kémchất lượng đã được phát hiện nhờ phương pháp này.II, Mục tiêu của báo cáo Sau phần trình bày tổ 1 mong muốn truyền tải đến thầy cô và các bạn những kiến thức hữu ích về chuẩn độ dung
NỘI DUNG I Cơ sở lí thuyết và phương pháp chuẩn độ 1 Nguyên tắc của Ví nghiệm và các khái niệm cơ bản
Yêu cầu đối với phản ứng chuẩn độ
Các phản ứng chuẩn độ dùng trong phân tích thể tích phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Phản ứng phải xảy ra hoàn toàn (thông thường chất cần xác định còn lại có nồng độ
< 10 -6 M) theo đúng hệ số hợp thức của phương trình phản ứng Phản ứng phải có tính chọn lọc cao: chỉ xảy ra giữa thuốc thử và chất cần xác định, không có phản ứng phụ.Phản ứng xảy ra phải đủ nhanh, nếu chậm việc xác định điểm tương đương sẽ kém chính xác Phải chọn được chất chỉ thị xác định được chính xác điểm tương đương.
Phân loại các phương pháp chuẩn độ và kỹ thuật chuẩn độ
3.1 Phân loại các phương pháp chuẩn độ
Thông thường dựa trên cơ sở phản ứng chuẩn độ để phân loại các phương pháp phân tích thể tích Trong phạm vi chương trình này chúng tôi trình bày bốn phương pháp sau:
- Phương pháp acid-base (phương pháp trung hòa)
Phản ứng định lượng là phản ứng trao đổi proton hay phản ứng acid base Định lượng dung dịch CH3COOH bằng dung dịch NaOH
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H₂O
- Phương pháp oxy hoá khử
Phản ứng định lượng là phản ứng trao đổi điện tử giữa một chất oxy hoá và một chất khử.
Ví dụ: Định lượng FeSO4 bằng KMnO4:
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
Dựa vào phản ứng tạo thành chất kết tủa (chất ít tan) giữa thuốc thử và chất cấn xác định.
Ví dụ: Định lượng dung dịch NaCl bằng dung dịch AgNO3
Dựa vào phản ứng tạo thành phức chất giữa thuốc thử và chất cần xác định.
Ví dụ: Định lượng dung dịch Mg 2+ bằng complexon (HY 3- )
3.2 Kỹ thuật chuẩn độ a, Định lượng trực tiếp (chuẩn độ thẳng) Đó là trường hợp cho thuốc thử và chất cần định lượng phản ứng trực tiếp với nhau vừa đủ.
Ví dụ: Để định lượng một dung dịch NaCl người ta nhỏ dung dịch chuẩn độ AgNO3 vào dung dịch NaCl đến khi chất chỉ thị chuyển màu. b, Định lượng ngược (chuẩn độ thừa trừ)
Ví dụ: Để định lượng clorid, trước hết ta cho AgNO3 dư để tủa hoàn toàn AgCl
AgNO3 dư + NaCl → AgCl↓ + NaNO3Sau đó chuẩn độ AgNO3 còn thừa bằng KSCN
AgNO3 còn lại + KSCN → AgSCN + KNO3
Biết được lượng AgNO3 thừa, tính được lượng AgNO3 đã tác dụng với NaCl tức là biết được lượng NaCl. c, Định lượng thế (chuẩn độ thế) Định lượng K2Cr2O7 bằng cách cho K2Cr2O7 tác dụng với KI dư trong môi trường acid để giải phóng 1 lượng tương đương iod.
K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 → 3I2 + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O Định lượng I2 giải phóng bằng Na2S2O3
Trong ví dụ này, việc định lượng K2Cr2O7 được thay thế bằng định lượng iod.
4, Cách sử dụng thiết bị: cân, dụng cụ đo thể tích, buret, pipet, bình định mức
Dụng cụ đo thể tích là công cụ không thể thiếu trong các phòng Ví nghiệm, nhà bếp, và nhiều lĩnh vực khác để đo lường chính xác lượng chất lỏng hoặc vật liệu rời. Dưới đây là một số dụng cụ đo thể tích phổ biến:
Buret được kẹp trên giá kẹp theo phương thẳng đứng Khóa van lại, dùng cốc đổ dung dịch vào đầu trên của buret đến khi qua vạch cao nhất Dùng một cốc khác hứng chất lỏng bên dưới buret Mở van khóa ra hoàn toàn, đảm bảo đẩy được hết bong bóng khí trong thành ống buret, cũng như phần dưới van được lấp đầy dung dịch Sau đó khóa van lại, đổ tiếp dung dịch vào buret đến qua vạch cao nhất, mở van từ từ để chất lỏng nhỏ giọt, đến khi chất lỏng trong buret đạt đến vạch cao nhất thì khóa van lại Nếu trong buret xuất hiện bong bóng khí, dùng ngón tay búng nhẹ để loại bỏ Lấy cốc đựng cần đưa dung dịch vào, đặt dưới buret Mở van từ từ để chất lỏng nhỏ giọt vào cốc, đến khi phản ứng chuẩn độ hoàn tất thì khóa van lại, đọc lượng thể tích đã dùng.
Bình định mức trước khi sử dụng cần được sấy khô Sau đó cân một lượng chất tan cần dùng, cho vào bình Dùng bình tia hoặc pipet đưa dung môi vào bình, đến khi tổng thể tích (chất tan và dung môi) đạt mức vạch chỉ thị thể tích khắc trên bình. Đậy nắp lại và lắc đều cho đến khi chất tan được hòa tan hoàn toàn, thu được dung dịch với nồng độ xác định.
Pipet thủy tinh được sử dụng chung với bóp cao su, thuận tiện nhất là với bóp cao su 3 van Gắn pipet vào bóp cao su như hình:
- Cắm đầu pipet vào bóp như hình trên, dùng 1 tay giữ cho pipet vào bóp theo phương thẳng đứng Đưa đầu còn lại của pipet ngập vào trong cốc đựng dung dịch cần lấy Một tay bóp vào van A, một tay bóp vào quả cao su, để lấy khí bên ngoài tạo áp suất hút Sau đó thả van A ra, bóp vào van S, chất lỏng sẽ được hút vào trong- - Khi chất lỏng hút qua vạch cao nhất của pipet thì thả van S ra Dùng van E để xả chất lỏng ra ngoài, đến vạch đo cần kiểm thì ngưng xả Dùng ngón tay búng nhẹ vào thành pipet để loại bỏ hết bọt khí Sau đó đem pipet đến cốc đựng cần đưa dung dịch vào, bóp van
E đến vạch cần xả Thực hiện thao tác tương tự cho pipet bầu, chỉ khác là pipet bầu có đúng 1 vạch chỉ thị thể tích.
4.4 Dụng cụ đo thể tích Ống đong, cốc đo: Cách sử dụng ống đong/ cốc đo rất đơn giản, rót chất lỏng vào ống đong/ cốc đo đến thể tích cần đo Cách đọc mực chất lỏng trong ống đong / cốc đo giống với cách đọc của pipet Nếu đổ dư vạch cần lấy, có thể dùng micropipette hoặc ống nhỏ giọt, hút bớt lượng dư ra Sau đó đổ hết chất lỏng bên trong qua cốc đựng.
5, Hiệu chỉnh dung tích các dụng cụ dùng trong phương pháp phân tích:
Quy trình hiệu chuẩn cho buret, bình định mức, pipet, ống đong, cốc đo có dải đo đến 5000ml.
5.2 Các thiết bị sử dụng
Bộ quả cân đã được hiệu chuẩn, ứng với thể tích tối đa của thiết bị đo, được quy đổi từ tỷ trọng và khổi lượng của nước Cân phân tích dải đo đến 200g ( ứng với 200ml); cân cấp II hoặc tốt hơn với dải đo đến 500g (ứng với 500ml) Cân cấp II hoặc tốt hơn với dải đo đến 5kg (ứng với 5000ml) cho dải đo còn lại Nhiệt kế điện tử, nhiệt ẩm kế điện tử và đồng hồ đo áp suất khí quyển đã được hiệu chuẩn Bình tia, bóp cao su 3 van, ống nhỏ giọt Khan lau khô và găng tay.
Các dụng cụ đo thể tích bằng thủy tinh cần được làm sạch và khô Với micropipette thì làm sạch và khô cho đầu típ Cốc đựng dung dịch dùng để đo cũng được làm sạch và khô Dùng một cốc khác để đựng nước cất, sử dụng cho việc lấy mẫu Đảm bảo nhiệt độ phòng trong khoảng (20 ÷ 25)oC, độ dao động nhiệt độ khi tiến hành đo không vượt quá 0.5oC, nước cất trong cốc đựng ban đầu cũng được giám sát theo điều kiện này bằng đồng hồ đo nhiệt độ điện tử Điều kiện môi trường được đo bằng nhiệt ẩm kế, áp kế khí quyển Đeo găng tay khi thao tác với dụng cụ đo, dùng khăn giấy thấm khi lau bề mặt dụng cụ đo hoặc trong cốc đo.
Tùy theo thể tích cần đo mà chọn cốc đo và cân dùng để đo cho phù hợp, tổng khối lượng cốc đo và nước cất được lấy không được phép vượt quá mức tải tối đa của cân Đối với pipet thẳng, ống đong có nhiều vạch chia thể tích: kiểm tra ở 3 mức 10%,50% và 100% thể tích tối đa; hoặc ở mức thấp nhất trong dải đo của micropipette thay cho điểm 10% Đối với pipet bầu, bình định mức: kiểm tra 1 điểm ở vạch chuẩn 100% thể tích Đảm bảo đĩa cân đang trống và ở mức zero Đặt (các) quả chuẩn tương ứng với thể tích cần kiểm (quy đổi từ khối lượng nước cất, ước lượng xấp xỉ 1g ≈ 1ml) Độ lệch giữa giá trị cân hiển thị với giá trị thực tế của quả sẽ được cộng bù vào khối lượng đo của nước cất trong cốc đo Đặt cốc đo đặt lên cân và nhấn trừ bì (Tare) Dựa trên các hướng dẫn sử dụng nêu trên cho từng loại dụng cụ đo, lấy một lượng thể tích cần đo cho vào cốc đo Đặt lên cân và cân lại, tính được khối lượng của nước cất đã lấy. Lặp lại n lần, ghi nhận các kết quả, tính giá trị trung bình, so sánh với thể tích cần kiểm của dụng cụ đo Dùng công thức tính toán để quy đổi sang thể tích đo được từ khối lượng, nhiệt độ dung dịch, áp suất khí quyển, độ ẩm môi trường Lưu ý riêng đối với bình định mức: dùng chính bình định mức làm vật đo Do đó ban đầu bình định mức được làm sạch và đặt lên cân để trừ bì, trước khi cho nước cất vào đến vạch chỉ định Sau đó cân lại, ghi nhận kết quả, tính toán.
6, Cách pha chế dung dịch chuẩn độ
6.1 Khái niệm về dung dịch chuẩn:
Dung dịch chuẩn độ: là dung dịch đã biết nồng độ chính xác và được dùng để xác định nồng độ của các dung dịch khác.
6.2 Cách pha chế dung dịch chuẩn Để có thể điều chế được các dung dịch chuẩn có nồng độ biết chính xác, chúng ta cần phải sử dụng các chất gốc Một số chất gốc sử dụng phổ biến như: acid oxalic
H2C2O4.2H2O, acid benzoic C6H5COOH, AgNO3, K2Cr2O7, .
Cách pha chế dung dịch chuẩn từ chất gốc được diễn ra khá đơn giản, gồm các bước sau:
Bước 1: Tính toán lượng chất gốc cần thiết cho quá trình điều chế dung dịch chuẩn. Bước 2: Cân chính xác lượng chất gốc đã tính bằng cân phân tích có nồng độ chính xác 0,1 mg.
Bước 3: Hòa tan và chuyển vào bình định mức có thể tích bằng với thể tích dung dịch chuẩn cần điều chế, rồi thêm dung môi tới vạch.
Ví dụ : Để điều chế được 250ml dung dịch chuẩn H2C2O4 0,1M chúng ta cần phải thực hiện theo các bước sau:
Tính toán lượng H2C2O4.2H2O cần thiết:
Dùng cân chính xác 3,15 gam chất rắn H2C2O4.2H2O.
Hòa tan lượng H2C2O4.2H2O vừa cân được vào nước, chuyển vào bình định mức 250ml rồi thêm nước cho tới vạch.
Lưu ý , chúng ta cần phải cân đúng lượng chất gốc cần thiết để đảm bảo dung dịch chuẩn được pha chính xác nhất.
6.3 Pha chế dung dịch chuẩn:
- Dung dịch H2C2O4 0,1 M; dung dịch NaOH nồng độ khoảng 0,1 M; dung dịch phenolphthalein.
- Pipette 10 mL; burette 25 mL; bình tam giác 100 mL; bình tia nước cất; giá đỡ, kẹp burrete.
- Dùng pipette lấy 10 mL dung dịch H2C2O4 0,1 M cho vào bình tam giác, thêm 1 – 2 giọt phenolphthalein.
- Cho dung dịch NaOH vào burette, điều chỉnh dung dịch trong burette về mức 0.
- Mở khoá burette, nhỏ từng giọt dung dịch NaOH xuống bình tam giác (lắc đều trong quá trình chuẩn độ) đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt (bền trong khoảng 10 giây) thì dừng chuẩn độ.
- Ghi lại thể tích dung dịch NaOH đã dùng.
II, Cân bằng của phản ứng acid – base:
1, Thang Ph – các thiết bị xác định pH
Chỉ thị acid-base
Chất chỉ thị acid-base: là các acid HInd hoặc base IndOH hữu cơ yếu trong đó dạng acid và base liên hợp có màu khác nhau, tức màu của chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch
HInd ↔ H + + Ind - Ka,Ind (a) màu 1 màu 2 IndOH ↔ Ind + + OH - Kb,Ind (b)
2.2 Khoảng đổi màu của chất chỉ thị
HInd ↔ H + + Ind - Ka,Ind màu 1 màu 2
Tên thông dụng Khoảng đổi pT=pK Màu dạng màu acid - baz
Methyl vàng 2,9 – 4,0 3,55 Đỏ - da cam
Methyl da cam 3,1 – 4,4 3,46 Đỏ - da cam
Bromcresol tía 5,2 – 6,8 6,12 Vàng – đỏ tía
2.3 Nguyên tắc chọn chất chỉ thị
Chọn chất chỉ thị sao cho:
Khoảng pH đổi màu của chỉ thị nằm trong bước nhảy pH; chỉ thị có pT càng gần điểm tương đương (ĐTĐ) càng tốt p ± Bước nhảy p
Là sai số do giá trị pT của chất chỉ thị không trùng với pH tại điểm tương đương.
- Đối với acid đa nấc, khi nào chuẩn độ được riêng rẽ, khi nào không chuẩn độ được riêng rẽ?
3, Các phương pháp chuẩn độ acid – base
3.1 Chuẩn độ một acid mạnh bằng 1 base mạnh
Khảo sát sự chuẩn độ Vo (mL) dung dịch acid mạnh HA có nồng độ
Co(M)bằng dung dịch base mạnh BOH có nồng độ C (M), giả sử thể tích BOH tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).
* Phương trình đường chuẩn độ: Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch acid mạnh HA có nồng độ Co(M) pH=-lg[H + ]= - lgCo
Vo + V Trước điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm acid mạnh HA dư và muối của nó với base mạnh BA. pH =-lg[H + ]=-lg Tại điểm tương đương: dung dịch là dung dịch muối BA (muối được tạo bởi acid mạnh HA và base mạnh BOH) pH=-lg[H + ]= -lg10 -7 = 7Sau điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm BA và BOH dư pH = 14 - pOH
- Khi chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh với các nồng độ khác nhau thì điểm tương đương luôn ở pH = 7.
- pH phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng: nồng độ càng lớn bước nhảy pH càng dài Trường hợp dung dịch quá loãng, bước nhảy pH của đường chuẩn độ ngắn độ chính xác chuẩn độ giảm.
* Cách chọn chất chỉ thị:
Về nguyên tắc, ta chỉ chọn chất chỉ thị thay đổi màu đúng điểm tương đương (pH = 7) như Bromthymol xanh (6,2-7,6), phenol đỏ (6,4 - 8), nhưng nếu chấp nhận sai số chuẩn độ ± 0,1% ta có thể chọn các chất chỉ thị có khoảng đối màu pH nằm trong bước nhảy pH.
3.2 Chuẩn độ một base mạnh bằng 1 acid mạnh
Khảo sát sự chuẩn độ Vo (mL) dung dịch base mạnh BOH có nồng độ Co(M) bằng dung dịch acid mạnh HA có nồng độ C (M), giả sử thể tích HA tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).
* Phương trình đường chuẩn độ:
Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch base mạnh BOH có nồng độ Co (M). pH = 14 + lgCo
Trước điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm base mạnh BOH dư và muối của nó với acid mạnh pH = 14 - pOH = 14 – pOH+lg
Tại điểm tương đương: dung dịch là dung dịch BA pH=-lg[H + ]= - lg10 -7 = 7
Sau điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm BA và HA dư pH = -lg
3.3 Chuẩn độ đơn acid yếu bằng base mạnh
Khảo sát sự chuẩn độ Vo(mL) dung dịch acid HA có nồng đô Co(M) và hằng số acid Ka bằng dung dịch base mạnh BOH có nồng độ C (M), giả sử thể tích BOH tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).
* Phương trình đường chuẩn độ:
- Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch acid yếu HA nồng độ Co(M) và hằng số acid Ka pH = -lg[H + ] = (pKa -lgCo)
- Trước điểm tương đương: dung dịch gồm acid yếu HA dư và muối của nó với base mạnh BA nên dung dịch là hệ đệm pH. pH = -lg[H + ] = pKa – lg
- Tại điểm tương đương : dung dịch là dung dịch của muối được tạo bởi acid yếu và base mạnh AB nên có tính base pH của dung dịch được xác định theo công thức tính pH của dung dịch base yếu A - có hằng số base Kb
- Sau gần điểm tương đương: dung dịch gồm base BOH dư và base yếu A - nên pH có thể tính gần đúng theo công thức tính pH của dung dịch base mạnh pH - pOH + lgCb
3.4 Chuẩn độ đơn base yếu bằng acid mạnh
Khảo sát sự chuẩn độ Vo(mL) dung dịch base yếu BOH có nồng độ Co(M) và hằng số base Kỳ bằng dung dịch acid mạnh HA có nồng độ C (M), giả sử thể tích HA tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).
* Phương trình đường chuẩn độ:
-Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch base yếu BOH có Co(M) và hằng số base
-Trước điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm base yếu và muối của nó với acid mạnh nên dung dịch là dung dịch đệm pH. pH - pOH= 14 - (pKb – lg )
- Tại điểm tương đương: dung dịch là dung dịch của muối được tạo bởi base yếu và acid mạnh BA nên có tính acid pH của dung dịch được xác định theo công thức tính pH của dung dịch acid yếu B + có hằng số Ka - Sau điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm acid mạnh HA và acid yếu B + nên pH của dung dịch có thể tính gần đúng theo công thức tính pH của dung dịch base mạnh: pH=-lg[H + ]=-lgCa
*Ví dụ: V đẽ ường chu n đ trong trẩ ộ ường h p chu n đ 20mL dung d ch ợ ẩ ộ ị
CH3COOH; h ng s aằ ố cid Ka -4,75 b ng dung d ch NaOH 0,1Mằ ị
3.5 Chuẩn độ acid đa chức
Vấn đề đặt ra là các lực acid khác nhau của các chức acid trong một acid đa chức có thể được xác định được khi trung hòa hay không nghĩa là nếu đường cong chuẩn độ trung hòa có nhiều điểm uốn thì các điểm uốn này sẽ tương ứng với từng điểm tương đương của các chức acid hay không.
3.5.1 Các chức acid có lực mạnh Đường cong trung hòa 1 acid mạnh (cho tất cả acid đa chức hay đơn chức có lực mạnh) bằng 1 base mạnh luôn giống nhau Kết quả là trong lúc chuẩn độ không thể phân biệt nhiều chức acid khác nhau của một acid đa chức (polyprotic acid) Như vậy, trong môi trường nước thì đường cong trung hòa của HCl 1 bằng NaOH 1M giống như trường hợp chuẩn độ H2SO4 1M bằng NaOH 1M và phép định lượng không tách biệt được hai chức acid của H2SO4.
3.5.2 Các chức acid có lực khác nhau
Có thể phân biệt những điểm tương đương khác nhau với điều kiện là lực của các chức acid trong một acid đa chức phải đủ khác
Ví dụ: có thể phân biệt lực của ba chức acid khác nhau của acid phosphoric H3PO4.
Người ta có thể tính giá trị pH tương ứng ở những điểm khác nhau của đường cong trung hòa H3PO4 0,1M bằng NaOH 0,1M khi bỏ qua sự pha loãng
Lúc bắt đầu: (chỉ xét chức acid thứ nhất, những chức acid sau có lực yếu, có thể bỏ qua). pH = pKa1 - lgC = lg0,1 = 1,05 – (-0,5) = 1,55 Ở giai đoạn bán trung hòa của chức acid thứ nhất: Ở điểm tương đương thứ nhất (xem như hỗn hợp lúc này là dung dịch của chất lưỡng tính H2PO4, bỏ qua chức acid thứ ba do lực yếu nhất). Ở giai đoạn bán trung hòa của chức acid thứ hai: pH = 7,2: Ở điểm tương đương thứ hai (xem như hỗn hợp lúc này là dung dịch của chất lưỡng tính HPO4 2-) :
Bán trung hòa của chức acid thứ ba: pH = 12,4 Ở điểm tương đương thứ ba (xem như hỗn hợp lúc này là dung dịch của base PO4 3-):