Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Vận dụng lí thuyết chuẩn độ axit – bazơ trong giảng dạy Hóa học ở trường chuyên và phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia, Quốc tế

Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc BẢN ĐĂNG KÝ SÁNG KIẾN NĂM HỌC 2014-2015 I TÊN SÁNG KIẾN: “VẬN DỤNG LÍ THUYẾT CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ TRONG GIẢNG DẠY HÓA HỌC Ở TRƯỜNG CHUYÊN VÀ PHỤC VỤ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA, QUỐC TẾ” II TÁC GIẢ SÁNG KIẾN: ĐOÀN THỊ KIM DUNG - Ngày sinh: 21/07/1979 - Chức danh: Tổ phó chun mơn tổ Hóa - Học vị: Thạc sỹ - Địa chỉ: Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy – Tp Ninh Bình - Email: kimdunglvt@gmail.com -ĐTDD: 0987993666 III NỘI DUNG SÁNG KIẾN A Giải pháp cũ thường làm - Nội dung chuẩn độ axit bazơ chương trình tập huấn học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế phải sử dụng tài liệu giáo trình Hóa phân tích trường Đại học có ngành Hóa - Khi giải tập liên quan đến chuẩn độ axit bazơ phải sử dụng cơng thức tính tốn phức tạp chương trình Đại học: SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung Chương II: CHUẨN ĐỘ CÁC AXIT MẠNH VÀ BAZƠ MẠNH II.1.1 Chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh Xét phép chuẩn độ Vo ml axit mạnh HY nồng độ Co mol/l (thường cần phải xác định) dung dịch bazơ mạnh XOH biết nồng độ C mol/l Cho biết thể tích bazơ XOH dùng chuẩn độ V ml * Phương trình phản ứng chuẩn độ : H+ + OH- → H2O * Thành phần điểm tương đương: H2O → [H+] = [OH-] = 1,00.10-7, pHTĐ = 7,00 * Đường chuẩn độ: biểu diễn phụ thuộc pH theo thể tích V dung dịch chuẩn thêm vào, theo tỉ số mol P = CV CoVo Việc xây dựng đường chuẩn độ cho phép chọn hợp lí chất thị đánh giá sai số chuẩn độ Để tính xác giá trị pH thời điểm, xuất phát từ ĐKP h = [H+] = [OH-] - CV CV  o o V0  V V  Vo (II.1) Từ thiết lập phụ thuộc pH theo VXOH pH theo tỉ số mol P = CV C oVo P= C[C o  ([ H  ]  [OH  ])] CV = C oVo C o [C  ([ H  ]  [OH  ])] (II.2) * Sai số chuẩn độ: tỉ số % lượng chất chuẩn cho dư cho thiếu so với lượng cần thiết để chuẩn độ đến điểm tương đương (ĐTĐ) q= ' C XOH C'   HY C HY C HY (II.3) với : C’XOH nồng độ XOH dư SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung C’HY nồng độ HY dư CHY tổng nồng độ HY điểm cuối chuẩn độ Thay C’XOH = [OH-] –[H+] = KW/h –h CHY = Ta có : q = - (h - Kw/h) C oVo CC o  V  Vo C  C o C  Co CC o (II.4) II.1.2.Chuẩn độ bazơ mạnh axit mạnh Xét phép chuẩn độ Vo ml bazơ mạnh XOH nồng độ Co mol/l dung dịch axit mạnh HY C mol/l Thể tích axit HY dùng chuẩn độ V ml * Phương trình phản ứng chuẩn độ : OH- + H+ → H2O * Thành phần điểm tương đương: H2O → [H+] = [OH-] = 1,00.10-7→ pH TĐ = 7,00 * Đường chuẩn độ: xây dựng tương tự phép chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh P= C[C o  ([ H  ]  [OH  ])] CV = CoVo C o [C  ([ H  ]  [OH  ])] (II.5) * Sai số chuẩn độ thiết lập tương tự phép chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh q = (h - Kw/h) C  Co CC o (II.6) Chương III: CHUẨN ĐỘ ĐƠN AXIT YẾU, ĐƠN BAZƠ YẾU III.1.1 CHUẨN ĐỘ ĐƠN AXIT YẾU BẰNG BAZƠ MẠNH Trong trường hợp tổng quát chuẩn độ Vo ml axit HA nồng độ Co mol/l có số phân li axit Ka dung dịch bazơ mạnh NaOH C mol/l * Phương trình phản ứng chuẩn độ: HA + XOH → XA + H2O SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung Tại điểm tương đương, thành phần chủ yếu dung dịch là: A-, H2O, dung dịch có phản ứng bazơ yếu cần chọn thị có pT > * pH tương đương thường đánh giá dựa vào cân bằng: A- + H2 O HA + OH- Kw Ka C 0V0 Vt   V0 C C 0V0 -x Vt   V0 [] x x Từ giá trị [OH-] = x → pHTĐ * Phương trình đường chuẩn độ: xây dựng từ phương trình bảo tồn proton, với mức khơng HA XOH: [H+] - [OH-] + [X+] - [A-] = Trong đó: [X+] = CV Ka CV , [A-] = CHA  A = 0 V  Vo V  V0 h  K a Sau tổ hợp ta có: P= CV  C 0V0 Ka K  (h  w )] Ka  h h K C [C  (h  w )] h C[C (III.1) * Sai số chuẩn độ: q = C' HA C' q = XOH C HA C HA (III.2) Trong đó: C’HA nồng độ axit chưa bị chuẩn độ C’XOH nồng độ XOH dư so với lượng cần thiết để đạt điểm tương đương CHA nồng độ axit HA điểm dừng chuẩn độ SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung Áp dụng điều kiện proton với mức không thành phần điểm dừng chuẩn độ gồm: A-, OH-(C’XOH), H2O ta có: [H+] = [OH-] – C’XOH – [HA] C’XOH = - ([H+] - [OH-] ) –[HA] q=  Trong  HA  h Ka  h ([H  ] - [OH - )   HA C HA CHA= C oVo CC o  V  Vo C  C o Thay đại lượng vào (III.2) sau tổ hợp đơn giản ta có: q = - (h - Kw/h) C  Co h  CC o Ka  h (III.3) III.1.2 CHUẨN ĐỘ ĐƠN BAZƠ YẾU BẰNG AXIT MẠNH Trong trường hợp tổng quát chuẩn độ Vo ml bazơ B* nồng độ Co mol/l dung dịch axit mạnh HY C mol/l * Trước chuẩn độ, dung dịch có phản ứng bazơ: B + HB* H2O + OH- Kb= Kw Ka * Phương trình phản ứng chuẩn độ: B + H+ → HB Tại điểm tương đương, thành phần chủ yếu dung dịch HB, H2O, dung dịch có phản ứng axit yếu → chọn thị có pT < * pH tương đương đánh giá dựa vào cân bằng: H+ HB C C 0V0 Vt   V0 [] C 0V0 -h Vt   V0 + h B Ka h * Phương trình đường chuẩn độ: xây dựng từ phương trình bảo tồn proton: [H+] - [OH-] + [BH+] - [Y-] = SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung Trong đó: [BH+] = CB  BH =  [Y-] = CHY = C 0V0 h V  V0 h  K a CV V  V0 Sau tổ hợp ta có: P= CV  C 0V0 K h  (h  w )] Ka  h h Kw C [C  (h  )] h C[C (III.4) * Sai số chuẩn độ: q= C' B  q =  CB C' HY C B (III.5) Trong đó: C’HY nồng độ dung dịch chuẩn HY cho dư so với nồng độ CHY TĐ cần để đạt đến điểm tương đương; C’B- nồng độ B- chưa bị chuẩn độ CB- nồng độ B- điểm cuối chuẩn độ Áp dụng điều kiện proton cho hệ dư HY (quá chuẩn độ) với mức không thành phần điểm dừng chuẩn độ gồm: HB, HY (C’HY), H2O ta có: [H+] = [OH-] + C’HY + [B] C’HY = ([H+] - [OH-]) –[B] q =Trong  B  Ka Ka  h ([H  ] - [OH - ) B CB C’B= (III.6) (III.7) C oVo CC o  V  Vo C  C o Thay đại lượng vào (III.7) sau tổ hợp đơn giản ta có:   q =h  Ka Kw  C  C o   h  CC o Ka  h ( III.8) SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung Chương IV: CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP CÁC ĐƠN AXIT VÀ ĐƠN BAZƠ IV.1.1 Hỗn hợp axit mạnh đơn axit yếu Giả sử chuẩn độ Vo ml dung dịch chứa axit mạnh HY Co1 mol/l HA Co2 mol/l dung dịch chuẩn bazơ mạnh XOH C mol/l Trong dung dịch có trình: HY → H+ + YH+ + HA A- Ka IV.1.1.1 Trường hợp chuẩn độ riêng axit mạnh (khi axit HA yếu, Ka bé) pHTĐ1 pH dung dịch HA (đã kể đến pha lỗng thể tích) Phương trình sai số thiết lập từ ĐKP với mức không HY (C’), HA, H2O là: q = - (h - Kw/h) C  Co1 Co    CCo1 Co1 A (IV.1) IV.1.1.2 Trường hợp chuẩn độ tổng hai axit (không chuẩn độ riêng axit mạnh) * pHTĐ2 tính theo cân bằng: A- + H2O HA + OH- Kb = Kw Ka * Sai số chuẩn độ nấc 2: q2 = - (h - Kw/h) C  C o1  C o Co   HA C C o1  C o  C o1  C o (IV.2) IV.1.2 Chuẩn độ hỗn hợp hai đơn axit yếu Giả sử chuẩn độ Vo ml hỗn hợp axit HA Co1 mol/l axit HB Co2 M dung dịch XOH C mol/l Trong dung dịch có trình: HA H+ + A- KaA HB H+ + B- KaB Giả sử KaA > KaB chuẩn độ riêng axit HA hỗn hợp với sai số không 1% tỉ số K aA  10 K aB * Trường hợp chuẩn độ riêng axit HA SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung - Phản ứng chuẩn độ HA + OH- → A- + H2O - pH (hay nồng độ H+) ĐTĐ1 (khi chuẩn độ hết HA) tính theo ĐKP với mức khơng XA, HB, H2O h1 = K w  K aB [ HB] 1  K aA [ A ] (IV.3) với V1 thể tích XOH cần để trung hòa HA tới ĐTĐ1 - Sai số chuẩn độ nấc 1: q1 = - (h - Kw/h) C  C o1 C   HA  o  B  CC o1 C o1 (IV.4) * Khi chuẩn độ tổng lượng hai axit - pH ĐTĐ pH dung dịch gồm hai đơn bazơ A- B- Sai số chuẩn độ: q2 = - (h - Kw/h) C  C o1  C o C o1 Co   HA   HB C C o1  C o  C o1  C o C o1  C o (IV.5) Những kết luận việc chuẩn độ hỗn hợp đơn bazơ rút theo cách tương tự xét phép chuẩn độ hỗn hợp đơn axit Chương V: CHUẨN ĐỘ ĐA AXIT, ĐA BAZƠ V.1.1 CHUẨN ĐỘ ĐA AXIT BẰNG BAZƠ MẠNH Các trình xảy dung dịch đa axit HnA HnA Hn-1A- + H+ Ka1 Hn-1 A- Hn-2 + H+ Ka2 … HAn-1 An- + H+ Kan Đa axit coi hỗn hợp nhiều đơn axit Nếu tỉ số số nấc phân li vượt q 104 ngun tắc chuẩn độ riêng nấc với sai số không vượt 1% SKKN 2014-2015 - đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ giảng dạy hoá học trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế” Trường THPT Chuyên Lương Văn Tụy GV: Đoàn Thị Kim Dung Chuẩn độ Vo ml dung dịch H3A (Co mol/l, có số phân li axit Kai) dung dịch bazơ mạnh (C mol/l), thể tích tiêu thụ V ml Xét trường hợp có khả chuẩn độ riêng nấc V.1.1.1 Tính pH điểm tương đương(TĐ) * Tại điểm tương đương (TĐ1) - Phương trình phản ứng chuẩn độ : H3A + OH- → H2A- Phương trình tính [H+]1 = + H2O Kw  K a [ H A  ]  K a11 [ H A  ] (V.1) Nếu Kw