Thực hành phân tích định lượng

Ví dụ: HCl + NaOH = NaCl + H2O phản ứng trung hòa − Dựa vào phản ứng này có thể định lượng chất định phân là HCl hay NaOH theo thể tích và nồng độ của dung dịch chuẩn là NaOH hay HCl.. T

Trần Thị Yến ( chủ biên)

Th S Ngô Tấn Lộc – Th S Nguyễn Hiền Hoàng

Th S Đỗ Văn Huê - Th S Nguyễn Thị Minh Huệ

CN Lê Ngọc Tứ

Tài liệu lưu hành nội bộ - 2004

LỜI MỞ ĐẦU

Bộ môn Hóa phân tích Trường Đại học Sư Phạm TP.HCM biên soạn giáo trình THỰC HÀNH PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG nhằm giúp cho sinh viên thuận tiện trong việc thực hiện các bài thí nghiệm phần Phân tích định lượng tại phòng thí nghiệm bộ môn Hóa phân tích trường Đại học Sư Phạm TP.HCM Do chưa có kinh nghiệm nên chắc chắn giáo trình còn nhiều thiếu sót, rất mong quý vị độc giả góp ý giúp chúng tôi có thể hoàn thiện giáo trình được tốt hơn

Chân thành cảm ơn

Tập thể bộ môn Hóa phân tích

ĐHSP TP.HCM

BÀI 1:

CHUẨN ĐỘ AXÍT MẠNH – BAZƠ MẠNH

Nội dung chính:

• Giới thiệu phương pháp phân tích thể tích

• Sử dụng dụng cụ đo thể tích

• Chuẩn độ axít mạnh bằng bazơ mạnh và ngược lại

Ví dụ: HCl + NaOH = NaCl + H2O (phản ứng trung hòa)

− Dựa vào phản ứng này có thể định lượng chất định phân (là HCl hay NaOH) theo thể tích và nồng độ của dung dịch chuẩn (là NaOH hay HCl )

− Sự thêm từ từ dung dịch chuẩn bằng buret vào dung dịch chất định phân, gọi là quá trình chuẩn độ

− Thời điểm đã thêm lượng thuốc thử tác dụng vừa đủ với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương

− Để nhận biết điểm tương đương có thể dùng các chất gây ra những hiện tượng mà ta có thể quan sát được bằng mắt thường (như: sự đổi màu, sự kết tủa ) xảy ra ở rất gần điểm đó Những chất này gọi là chất chỉ thị Thời điểm tại đó sự chuẩn độ kết thúc được gọi là điểm cuối chuẩn độ

− Sự chuẩn độ mắc sai số là do điểm cuối chuẩn độ không trùng với điểm tương đương (Nếu dừng chuẩn độ trước điểm tương đương thì mắc sai số âm, nếu dừng chuẩn độ sau điểm tương đương thì mắc sai số dương )

2 Phản ứng dùng trong phân tích thể tích

Các phản ứng dùng trong phân tích thể tích phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

- Phải xảy ra hoàn toàn , đúng tỉ lượng theo một phương trình phản ứng xác định

- Phải xảy ra nhanh và không có phản ứng phụ (có độ chọn lọc cao)

- Phải có chỉ thị thích hợp để xác định điểm cuối chuẩn độ với sai số có thể chấp nhận

3 Phân loại các phương pháp phân tích thể tích

Theo bản chất của các phản ứng chuẩn độ có thể chia ra các phương pháp sau:

a Phương pháp axit-bazơ (phản ứng trung hòa)

b Phương pháp chuẩn độ ôxy hóa khử

c Phương pháp chuẩn độ tạo phức ( chuẩn độ complexon )

d Phương pháp chuẩn độ kết tủa

4 Các phương pháp tiến hành chuẩn độä thể tích

a Chuẩn độ trực tiếp:

Thêm từ từ chất chuẩn R vào dung dịch cần định phân X, thuốc thử R tác dụng trực tiếp với chất cần định phân X Dựa vào VR , CR và phản ứng hóa học mà tính hàm lượng của X

b Chuẩn độ gián tiếp:

Nếu chất X không xác định trực tiếp được bằng thuốc thử R Ta chuyển

X vào một hợp chất XA bằng thuốc thử A với điều kiện A có thể xác định trực tiếp được bằng thuốc thử R

c Chuẩn độ ngược:

Cho dư một lượng chính xác thuốc thử R vào dung dịch chất cần định phân X, sau đó xác định lượng dư R bằng thuốc thử R’ thích hợp Dựa vào CR ,

VR và CR’ , VR’ để xác định hàm lượng X

d Chuẩn độ thay thế:

Cho chất cần định phân X tác dụng với một hợp chất MA nào đó để tạo

MX và giải phóng A Chuẩn độ lượng chất A bằng thuốc thử R thích hợp Dựa vào CR , VR để tính lượng X

e Chuẩn độ phân đoạn:

Chuẩn độ X, Y, Z trong cùng một dung dịch bằng một hoặc hai dung dịch chuẩn

5 Nồng độ

Các cách biểu diễn nồng độ:

a Nồng độ thể tích: là tỉ số thể tích của chất lỏng đó và thể tích của dung

– Ví dụ: Dung dịch NaOH 10% là dung dịch gồm 10 gam NaOH trong 100gam dung dịch Cách tính nồng độ phần trăm:

– Ký hiệu: a : số gam chất tan; q : số gam dung môi

a + q = Q gam dung dịch; P: nồng độ phần trăm

P% = a 100a + q = a 100Q

c Nồng độ mol: là số mol chất tan trong một lít dung dịch Nồng độ mol được

ký hiệu bằng chữ M hoặc mol/lít đặt sau chữ số chỉ nồng độ

– Ví dụ: Dung dịch NaOH 0,1 M là dung dịch chứa 0,1 mol NaOH ( tức là 0,1 40 = 4,0 gam NaOH ) trong 1 lít dung dịch Cách tính nồng độ mol/lít:

– Ký hiệu: CM là nồng độ mol / lít

a : số gam chất tan

V lít dung dịch

M:khối lượng mol chất tan

Ta có: CM = M.V ; Nếu V tính bằng ml thì Ca M = a.1000 M.V

d Nồng độ đương lượng:

Nồng độ đương lượng là số mol đương lượng của chất tan (nĐ) trong 1 lít dung dịch hoặc số milimol đương lượng của chất tan trong 1 mililít dung dịch Nồng độ đương lượng được ký hiệu bằng chữ N đặt sau chữ số chỉ nồng độ

– Ví dụ: Dung dịch HCl có nồng độ 0,5 N có nghĩa trong 1 lít dung dịch HCl có 0,5 mol đương lượng HCl hoặc nếu tính ra khối lượng thì sẽ là: 0,5 x 36,5 g = 18,25 g HCl

– Cách tính nồng độ đương lượng:

Nếu kí hiệu: CN : nồng độ đương lượng, a: sốgam chất tan; V: thể tích dung dịch (tính bằng lít); Đ: khối lượng mol đương lượng chất tan (còn gọi là đương lượng gam, đương lượng mol chất tan) Thì nồng độ đương lượng được tính theo công thức:

– Khối lượng mol đương lượng là số gam của một đương lượng chất Nếu

kí hiệu khối lượng mol đương lượng là Đ thì :

Đ = Khối lương moln

trong đó n là số mol ion (hay nguyên tử) hidro, số mol ion hóa trị một, hay số electron được cung cấp bởi (hoặc kết hợp với)1 mol chất trong phản ứng mà ta đang xét

– Đương lượng mol của một chất không phải là một hằng số như khối lượng mol mà thay đổi phụ thuộc vào phản ứng mà chất ấy tham gia

– Ví dụ: Trong phản ứng trung hòa:

HCl + NaOH = NaCl + H2O Khối lượng mol đương lượng của HCl bằng khối lượng mol của HCl Khối lượng mol đương lượng của NaOH bằng khối lượng mol của NaOH – Trong phản ứng trung hòa nấc 1 của H3PO4:

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O Khối lượng mol đương lượng của H3PO4 bằng khối lượng mol của H3PO4

– Khi trung hòa hai nấc của H3PO4 bằng NaOH:

H3PO4 + NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O Khối lượng mol đương lượng của H3PO4 bằng 12 khối lượng mol của

H3PO4

– Khi trung hòa ba nấc của H3PO4 bằng NaOH

H3PO4 + NaOH = Na3PO4 + 3 H2O Khối lượng mol đương lượng của H3PO4 bằng 13 khối lượng mol của

H3PO4

– Trong phản ứng oxyhóa khử: Khối lượng mol đương lượng của chất oxyhóa hay khử được tính bằng tỉ số Mn , với M là khối lượng mol của chất oxyhóa hay của chất khử, và n là số electron mà một mol chất đó tham gia trong bán phản ứng

Ví dụ:

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Khối lượng mol đương lượng của Fe2+ = M (Fe2+ ) Khối lượng mol đương lượng của MnO4- = M5

e Độ chuẩn của một dung dịch : là số gam (hay miligam) chất tan trong một

mililit dung dịch

T = a(gam)V(ml) – Độ chuẩn theo chất định phân: là số gam chất cần định phân (nguyên tử, phân tử, ion) phản ứng hết với 1 mililit dung dịch chuẩn

– Ký hiệu là TR / X với R là dung dịch chuẩn, và X là chất cần định phân

Ví dụ: Tính độ chuẩn của dung dịch KMnO4 0,02 M theo sắt khi chuẩn độ

Fe2+ theo phản ứng:

MnO4- + 5Fe2+ + 8H+→ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4H2O Theo phương trình phản ứng trên, ta có: 1 mol MnO4- phản ứng hết với 5 mol Fe2+ Trong 1 ml dịch chuẩn KMnO4 0,02 M có chứa 0,02 : 1000 = 2.10-5 mol

- ion MnO4- và như vậy 1 ml MnO4- đó phản ứng hết với 5 x 2.10-5 = 10-4 mol

Fe2+, tức là với 10-4 56 = 5,6 10-3 gam Fe2+ Do đó độ chuẩn T (KMnO4 0,02 M/

Fe2+ ) = 5,600 mg/ml có nghĩa là 1ml KMnO4 tác dụng vừa hết với 5,600 mg

Fe2+

g Nồng độ ( hàm lượng)phần triệu (ppm,) và phần tỉ (ppb ):

– Đối với các dung dịch rất loãng hoặc các hàm lượng rất nhỏ người ta thường dùng các khái niệm này

– Phần triệu (kí hiệu là ppm : parts per milion) là số microgam chất cần xác định có trong 1 gam chất mẫu hoặc 1 microgam chất tan trong 1 gam dung dịch

C ppm = Khối lượng chất tan ( microgam ) Khối lượng dung dịch ( gam ) x 106 ppm

Ví dụ: Dung dịch Au3+ nồng độ 1 ppm, tức là dung dịch có chứa 1 microgam Au trong 1 gam dung dịch , hoặc 1 miligam Au trong 1 kg dung dịch Đối với các dung dịch nước rất loãng thì có thể coi gần đúng khối lượng riêng của nước bằng 1 g/ ml hoặc 1 kg / l Do đó 1 ppm = 1 microgam / ml hoặc 1 mg /

l

– Đối với các dung dịch loãng hơn, người ta dùng phần tỉ ( kí hiệu là ppb : parts per bilion)

C ppb = Khối lượng chất tan ( microgam ) Khối lượng dung dịch ( gam ) x 109 ppb

6 Cách tính kết quả trong phân tích thể tích

– Nguyên tắc: dựa vào nồng độ (và thể tích) các chất tham gia phản ứng, phương pháp phân tích và quy tắc đương lượng để lập công thức tính toán

– Đối với trường hợp chuẩn độ trực tiếp:

a Tính theo nồng độ đương lượng:

Nếu chuẩn độ VX ml chất định phân có nồng độ đương lượng là CN(X) hết

VS ml chất chuẩn có nồng độ CN(S) thì theo quy tắc đương lượng ta có công thức :

VX.CN(X) .10-3 = VS.CN(S) 10-3

(Tức là: Tại điểm tương đương số đương lượng gam chất X trong thể tích

VX phản ứng hết với số đương lượng gam của chất chuẩn trong thể tích VS )

– Từ đây tính được nồng độ đương lượng của chất định phân: CN(X) = Vs.CN(S)

Vx Tính số gam của chất định phân trong VX ml theo công thức:

a( gam) = VS.CN(S).10-3 .ĐX

b Nếu lấy a gam mẫu phân tích có chứa chất X hòa tan thành V 0 ml dung dịch rồi lấy V X ml đem chuẩn độ hết V S ml của chất chuẩn có nồng độ C N(S) thì hàm lượng chất X có trong a gam mẫu sẽ là:

Hàm lượng m (gam) = VS.CN(S ).10-3 .ĐX.VoVx

– Ví dụ: Tính nồng độ và số gam HCl Biết rằng khi chuẩn độ 20ml HCl phải dùng hết 22,75 ml dung dịch NaOH nồng độ 0,1060 N

II CÁC DỤNG CỤ ĐO THỂ TÍCH

Trong phân tích thể tích chúng ta thường xuyên sử dụng các dụng cụ như buret, pipet và bình định mức do đó cần thiết phải biết cách sử dụng các dụng cụ này

1 Bình định mức

– Bình định mức là bình hình quả lê hay hình tròn, cổ hẹp, thường có nút nhám Trên cổ có một vạch để định mức Trên bầu quả lê (hay tròn) của bình có ghi rõ thể tích và nhiệt độ tương ứng để chất lỏng đựng trong bình có được thể tích như đã ghi Người ta thường sản xuất các loại bình định mức 1000 mililít (ml ), 500 ml, 250 ml, 200 ml, 100 ml, 50 ml, 25 ml, 10 ml

– Bình định mức thường được dùng để pha chế các dung dịch cần có nồng độ chính xác Người ta cho chất lỏng hoặc chất rắn có khối lượng xác định vào bình và thêm dần nước (hoặc dung môi thích hợp) vào độ nửa thể tích bình và cẩn thận lắc xoay tròn bình để hòa tan hoàn toàn chất, và sau khi đã cân bằng nhiệt độ thì thêm dần nước (hoặc dung môi) cho đến cách vạch của bình chừng 0,1– 1 cm , sau đó dùng ống nhỏ giọt thêm từng giọt dung môi cho đến vạch định mức

– Để tránh sai số, khi quan sát phải để mắt ở cùng mặt phẳng ngang với vạch và thêm dung môi sao cho mặt khum của chất lỏng tiếp xúc với mặt phẳng ngang của vạch

a Pipet thường: là một ống thủy tinh, ở giữa là một bầu có hình cầu hay hình

trụ Ở phía trên và phía dưới là ống thủy tinh nhỏ, đầu mút phía dưới được vuốt nhọn có lỗ hẹp sao cho chất lỏng chảy ra khỏi pipet với một tốc độ thích hợp

- Pipét thường cũng chia làm hai loại: một loại chỉ có một vạch ở ống thủy tinh phía trên, loại thứ hai có thêm một vạch nữa ở ống thủy tinh phía dưới Khi hút chất lỏng vào pipet phải cố định sao cho mặt khum của chất lỏng tiếp xúc với mặt phẳng ngang của vạch phía trên (nếu dung dịch cần lấy có màu sáng) và cho chất lỏng chảy hoàn toàn ra khỏi pipet hoặc cho chảy đến khi mặt khum tiếp xúc với mặt phẳng ngang của vạch phía dưới (nếu pipet có hai vạch) thì thể tích chất lỏng lấy ra bằng đúng thể tích ghi trên pipet ở nhiệt độ xác định đã cho

b Pipet chia độ: là một ống hình trụ, phía dưới vuốt nhọn để có lỗ có kích

thước thích hợp Trên pipet có chia thành nhiều vạch tương ứng với các thể tích chất lỏng lấy ra khác nhau Các loại pipet có chia độ hay dùng là 10 ml, 5 ml, 2

ml, 1 ml

H.2 Các loại pipet thường gặp

3 Buret

Buret là một ống hình trụ phía trên có chia độ, phía dưới là vòi có khóa

- Buret được dùng chủ yếu trong chuẩn độ khi cần lấy từng ít một thể tích chất lỏng Các loại buret thường dùng là 10 ml, 25ml, 50 ml, chia độ đến 0,1 ml và có thể đọc đến 0,01 ml (bằng ước lượng) Đối với các mục đích phân tích vi lượng người ta còn dùng các microburet 1ml, 2 ml

H.3 Một dạng buret thường gặp

4 Rửa dụng cụ

– Dụng cụ thủy tinh được coi là sạch nếu nước thấm đều bề mặt phía trong của dụng cụ mà không tạo thành giọt hoặc thành đám Nếu thủy tinh bị dính các chất béo thì khi đổ nước ra khỏi dụng cụ, nước lập tức biến đi rất nhanh

ở vùng bị bẩn

Trước hết rửa các dụng cụ như bình định mức, buret, pipet bằng nước máy Đổ nước ra, quan sát xem thành bình phía trong có bị mờ không Nếu có thì tráng đều các dụng cụ đó bằng dung dịch bão hòa K2Cr2O7 trong H2SO4 đậm đặc (dung dịch rửa) bằng cách dùng pipet cho từng giọt dung dịch rửa vào dụng cụ và xoay dụng cụ để dung dịch rửa chảy láng hết thành bình Đổ dung dịch rửa vào bình chứa trở lại Rửa kỹ dụng cụ bằng nước máy rồi tráng lại bằng nước cất (ít nhất 3 lần) Quan sát xem còn vết mờ ở thành bình không Nếu còn thì lặp lại quá trình rửa như trên

– Có thể sử dụng các dung dịch rửa khác như : dung dịch Na2CO3 bão hòa, dung dịch NaOH, dung dịch KOH trong rượu, dung dịch KMnO4 trong kiềm Dung dịch KOH trong rượu, dung dịch kMnO4 trong kiềm đều là những chất rửa có hiệu qủa, nhưng không nên để tiếp xúc lâu với dụng cụ vì thủy tinh dễ bị kiềm ăn mòn Khi rửa bằng dung dịch KMnO4 trong kiềm thì sau khi rửa xong phải tráng lại dụng cụ bằng dung dịch HCl đậm đặc để hòa tan hết các vết MnO2 còn bám lại trên thành dụng cụ Nếu rửa bằng các hóa chất không có kết quả thì có thể sử dụng các biện pháp cơ học như dùng chổi lông nhỏ có cán dài để rửa buret bằng nước xà phòng, lắc các mảnh giấy lọc hoặc cát với nước xà phòng để rửa bình định mức, súc pipet bằng dung dịch xà phòng nóng Tuy

nhiên không nên dùng các biện pháp cơ học quá mạnh vì có thể làm xây xát thành bình tạo nên nguồn gốc gây bẩn tiếp tục

III CÁCH TRÌNH BÀY BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

1 Nguyên tắc thí nghiệm

– Phản ứng chuẩn độ: Ghi rõ phản ứng chuẩn độ thuộc loại phản ứng gì: trung hòa, oxy hóa-khử, tạo phức hay kết tủa

– Chỉ thị chọn dùng: Ghi rõ chỉ thị chọn dùng và vì sao lại chọn như vậy –Tính bước nhảy chuẩn độ

2 Cách tiến hành

– Ghi lại trình tự các việc đã làm trong buổi thực hành để thực hiện bài thí nghiệm

– Ví dụ: Hút 10ml dung dịch cần phân tích A , thêm V ml dung dịch đệm có pH = 9 đến 10, thêm 3 đến 4 giọt chỉ thị và chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn

B có nồng độ Cs

3 Kết quả và tính toán

– Ghi kết quả vào bảng

– Tính kết quả theo yêu cầu của bài thí nghiệm

4 Kết luận

Ghi lại kết luận của cá nhân mình sau khi thực hiện thí nghiệm về các yếu tố như: điều kiện thí nghiệm, chỉ thị nào tốt, tại sao như vậy

IV MỘT SỐ ĐIỀU CẦN BIẾT TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

1 Cách pha chế các dung dịch chuẩn

a Nếu có chất gốc thì cân một lượng xác định chất đó trên cân phân tích có độ chính xác 0,1 – 0,2mg, hòa tan lượng cân trong bình định mức có dung tích thích hợp rồi pha loãng bằng nước đến vạch định mức

Ví dụ: Để điều chế dung dịch chuẩn Na2CO3 0,1 M, cần cân 106,0000 0,1 = 10,6000 gam Na2CO3 hòa tan thành 1 lít dung dịch, dùng nước cất hai lần mới cất và bình định mức có dung tích 1lít

b Nếu không có chất gốc thì trước hết pha dung dịch có nồng độ gần đúng, sau đó dùng chất gốc hoặc dung dịch chuẩn thích hợp để xác định lại nồng độ

c Có thể pha dung dịch chuẩn từ một ống chuẩn có sẵn (có bán trên thị trường) Trong trường hợp này cần lưu ý: cần rửa bên ngoài ống chuẩn cho thật sạch trước khi pha dung dịch và sau khi đã lấy hết dung dịch chuẩn phải rửa bên trong thành ống bằng nước cất nhiều lần để bảo đảm không bị mất chất chuẩn

2 Cách chuẩn độ

− Dùng pipet lấy một lượng chính xác dung dịch cần chuẩn độ vào bình tam giác

− Thêm các chất cần thiết (tạo môi trường , pH ) và chỉ thị

− Mở vòi buret để thêm chất chuẩn vào bình tam giác chứa chất cần phân tích, vừa thêm chất chuẩn vừa lắc bình tam giác theo một chiều (chuẩn độ nhanh, chậm hay vừa phải tùy theo yêu cầu của từng trường hợp chuẩn độ)

− Khi đạt điểm tương đương (màu của chỉ thị đổi) thì khóa vòi buret Đọc và ghi lại kết quả

3 Cách bảo quản buret – pipet sau khi chuẩn độ

- Sau khi thực hiện xong bài thực hành thì để yên buret trên giá, không tháo ra, chỉ tháo hết dung dịch còn dư bỏ đi

- Rửa buret: Đổ nước máy vào đầy buret rồi mở khóa cho nước chảy, lặp lại vài lần cho sạch buret, sau đó thêm nước máy đầy buret

- Pipet: hút đầy nước rồi cho chảy vài lần cho sạch hóa chất đã sử dụng

PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT - BAZƠ

(phương pháp trung hòa)

I CHỈ THỊ AXIT- BAZƠ

1 Bản chất của chỉ thị axit-bazơ

Chỉ thị dùng trong chuẩn độ axit - bazơ phải thỏa mãn yêu cầu cơ bản là sự đổi màu của chỉ thị phải thuận nghịch theo sự thay đổi của pH của dung dịch trong quá trình chuẩn độ

Chỉ thị axit - bazơ thường là các axit hay bazơ hữu cơ yếu và màu của hai dạng axit và bazơ phải khác nhau

- Dạng tồn tại của chỉ thị có thể là HIn, HIn+, HIn- (hay InOH ) và có thể chia thành 3 loại chủ yếu như sau:

a Các chỉ thị thuộc loại phtalein:

Phenolphtalein, Thymolphtalein, Naphtolphtalein

– Cơ chế đổi màu của phenolphtalein:

Phenolphtalein có khoảng chuyển màu từ pH = 8 (không màu) đến pH = 9,8 (màu tím hồng)

b Các sulfophtalein: phenol đỏ, brom phenol xanh, crezol đỏ

– Cơ chế đổi màu của phenol đỏ: Phenol đỏ có khoảng chuyển màu từ

pH = 6,2 (màu vàng) đến pH = 8,0 (màu đỏ)

c Các hợp chất azo: Metyl da cam, tropeolin, metyl đỏ, metyl vàng có

màu vàng trong môi trường trung tính và kiềm, màu đỏ trong môi trường axit

– Cơ chế đổi màu của metyl dacam: Metyl dacam có khoảng chuyển màu từ pH = 3,1 (màu đỏ) đến pH = 4,4 (màu vàng)

2 Khoảng PH chuyển màu

pK* – 1 < pH < pK* + 1 – Có những chỉ thị axit – bazơ có thể đổi màu khi chưa đạt được tỉ lệ giữa hai dạng axít và bazơ là 10 nên có khoảng chuyển màu nhỏ hơn hai đơn vị (Ví 1dụ: Metyl dacam có khoảng chuyển màu chỉ từ pH = 3,1 đến pH = 4,4 )

– Đối với loại chỉ thị chỉ có một màu, tức là chỉ có một trong hai dạng axít hoặc bazơ liên hợp có màu , ví dụ: chỉ thị có dạng HIn mà dạng HIn không có màu thì màu của chỉ thị sẽ do dạng In– quyết định Nếu C là giá trị nồng độ của In– cần đạt tới để có thể nhận biết được màu của nó và C0 là nồng độ ban đầu của nó thì pH của dung dịch tại đó màu của In– bắt đầu xuất hiện là:

pH = p K* – lg C0 C - CNhư vậy, pH làm đổi màu phụ thuộc nồng độ của chất chỉ thị Ví dụ: Trong dung dịch phenolphtalein bão hòa, màu hồng xuất hiện khi pH = 8 còn trong dung dịch loãng hơn 10 lần thì pH = 9 mới xuất hiện màu hồng

3 Chỉ số chuẩn độ pT của chỉ thị:

Trong khoảng pH chuyển màu của chỉ thị có một giá trị pH, tại đó màu của chỉ thị chuyển đổi là rõ nhất Giá trị pH này gọi là chỉ số chuẩn độ của chỉ

– Đối với Metyldacam: Khi chuẩn độ axit bằng kiềm, dung dịch chuyển từ màu đỏ sang vàng tại giá trị pH = 4,4 nên chỉ thị có pT = 4,4 Khi chuẩn độ bazơ bằng axít, dung dịch chuyển từ màu vàng sang hồng cam tại giá trị pH = 4,0 nên chỉ thị có pT = 4,0 Ngoài ra, giá trị pT còn phụ thuộc vào nhiệt độ, dung môi, lực ion của dung dịch

– Nguyên tắc chọn chỉ thị cho một phép chuẩn độ:

Để phép chuẩn độ có tính chính xác cao, ta phải chọn chất chỉ thị nào có khoảng chuyển màu trùng với khoảng bước nhảy chuẩn độ của phép chuẩn độ, tốt nhất là chọn chỉ thị có giá trị chỉ số chuẩn độ pT gần trùng với giá trị pH của dung dịch chuẩn độ tại thời điểm tương đương

Chú ý: Muốn tăng độ chính xác của một phép chuẩn độ cần phải:

1 Chọn chỉ thị chính xác (là những chỉ thị có pT = pHtđ của phản ứng chuẩn độ)

2 Lượng chỉ thị cho vào bình chuẩn độ phải giống nhau đối với các lần chuẩn độ khác nhau

3 Cho ít chỉ thị (2 - 3 giọt ) vì chỉ thị axit - bazơ là những axít hoặc bazơ yếu dẫn tới tiêu hao dung dịch chất chuẩn

4 Chuẩn độ đến màu giống nhau (cần có bình đối chứng)

5 Nên sử dụng một chỉ thị nhất định cho một phép chuẩn độ cụ thể

II PHÉP CHUẨN ĐỘ AXIT MẠNH BẰNG BAZƠ MẠNH VÀ NGƯỢC LẠI

Chuẩn độ HCl bằng NaOH chuẩn hay chuẩn độ NaOH bằng HCl chuẩn

1 Nguyên tắc: Phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hòa:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H+ + OH- = H2O

2 Dựng đường cong chuẩn độ và chọn chỉ thị

2.1 Dựng đường cong chuẩn độ:

Thành phần dung dịch tại điểm tương đương gồm H2O và NaCl , pH tại điểm tương đương là 7 vì vậy về nguyên tắc chúng ta có thể chọn những chỉ thị có pT = 7

Đường cong chuẩn độ trong phép chuẩn độ axít -bazơ là đường biểu diễn sự liên hệ giữa nồng độ cân bằng của ion H+ (hay pH) và lượng axít hay bazơ đã

chuẩn độ Dựng được đường cong chuẩn độ ta sẽ dễ dàng thấy được sự biến thiên của pH dung dịch trong quá trình chuẩn độ, dễ dàng chọn đưọc chất chỉ thị thích hợp và dễ dàng tính được sai số chuẩn độ

– Giá trị pH của dung dịch khi chưa chuẩn độ được tính dựa vào nồng độ ban đầu của dung dịch HCl hay NaOH phải định phân

– Tính bước nhảy chuẩn độ theo công thức tính sai số:

q = (h – wh )(C+CCC0

0 ) khi chuẩn độ bazơ bằng axít hay q = – (h – wh )(C+CCC0

0 ) khi chuẩn độ axít bằng bazơ

– Giả sử ta thực hiện phép chuẩn độ HCl bằng NaOH chuẩn Nồng độ của HCl bằng nồng độ của NaOH , tức là C = C0 và = 0,1M ; với sai số q = + 0,2 % Ta sử dụng công thức q = –(h – wh )(C+CCC0

0 ) để tính thì pH đầu bước nhảy chuẩn độ sẽ là 4,0; pH tại điểm tương đương sẽ là 7,0 ; pH cuối bước nhảy chuẩn độ sẽ là 10,0 Như vậy bước nhảy chuẩn độ trong trường hợp này sẽ gồm

6 đơn vị pH (kéo dài từ pH = 4,0 đến pH = 10,0)

Đường cong chuẩn độ có dạng:

H.4 Đường cong chuẩn độ axít mạnh bằng bazơ mạnh

– Tương tự như vậy, nếu ta chuẩn độ bazơ mạnh NaOH bằng axít mạnh HCl có cùng nồng độ 0,1 M thì pH đầu bước nhảy chuẩn độ sẽ là 10; pH tại điểm tương đương là 7, pH tại cuối bước nhảy chuẩn độ sẽ là 4,0 và bước nhảy chuẩn độ cũng gồm 6 đơn vị pH (kéo dài từ pH = 10,0 đến pH = 4,0)

Đường cong chuẩn độ có dạng:

H.5 Đường cong chuẩn độ bazơ mạnh bằng axít mạnh

2.2 Chọn chỉ thị: Khi đã có bước nhảy chuẩn độ ta chọn những chỉ thị có

pT gần pH tương đương nhất hay chọn những chỉ thị có pT nằm trong bước nhảy

chuẩn độ của phép chuẩn độ mà ta phải thực hiện

Bảng 1 Khoảng chuyển màu của một số chỉ thị thường dùng

Tên chỉ thị

(Tên thị

trường)

Dung môi hòa tan

Màu dạng axit

Màu dạng bazơ

Khoảng PH chuyển màu

Metyl Dacam H2O Đỏ Vàng 3,1 -4,4 Metyl Đỏ Cồn 600 Đỏ Vàng 4,4 -6,2 Phenol Đỏ Cồn 200 Vàng Đỏ 6,4 -8,0 Phenolphtalein Cồn 700 Không màu Tím hồng 8,0 -9,8

Ta thấy cả 4 chỉ thị trên đều có khoảng chuyển màu trùng với bước nhảy

của phép chuẩn độ axít mạnh bằng bazơ mạnh (và ngược lại) nên có thể chọn

cả 4 chất làm chỉ thị cho các phép chuẩn độ ấy

– Cụ thể : Khi chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh thì:

Metyl dacam có chỉ số pT = 4,4 (Một giọt NaOH dư làm dung dịch

chuyển sang màu vàng); Metyl đỏ có chỉ số pT = 6,0 (Một giọt NaOH dư làm

dung dịch chuyển sang màu vàng); Phenol đỏ có chỉ số pT = 7,0 (Một giọt

NaOH dư làm dung dịch chuyển sang màu hồng cam); Phenolphtalein có chỉ số

pT = 9,0 (Một giọt NaOH dư làm dung dịch chuyển sang màu hồng )

– Ngược lại, khi chuẩn độ bazơ mạnh bằng axít mạnh thì:

Metyl dacam có chỉ số pT = 4,0 (Một giọt HCl dư làm dung dịch chuyển

sang màu hồng cam); Metyl đỏ có chỉ số pT = 5,0 (Một giọt HCl dư làm dung

dịch chuyển sang màu đỏ cam); Phenol đỏ có chỉ số pT = 6,0 (Một giọt HCl dư

làm dung dịch chuyển sang màu vàng); Phenolphtalein có chỉ số pT = 8,0 (Một

giọt HCl dư làm dung dịch chuyển sang không màu)

Phenolphtalein Không màu → Hồng Metyl da cam Đỏ → Vàng

Phenol đỏ vàng → Hồng cam Ghi lại thể tích NaOH đã dùng

Thí nghiệm cần được lặp lại ít nhất 3 lần cho mỗi chỉ thị sử dụng Tính giá trị trung bình ( V NaOH) Nồng độ HCl chuẩn được tính theo công thức:

C N (HCl) = V NaOH V C N(NaOH)

HCl

– Dung dịch NaOH dễ hấp thụ CO2 trong không khí do đó không nên để lâu Người ta thường pha dung dịch đặc 1N, 2N và khi cần thiết thì pha loãng theo đúng yêu cầu của từng trường hợp, sau đó chuẩn độ các dung dịch này bằng các chất chuẩn gốc axit để xác định lại nồng độ cho chính xác

– Chất gốc thường được dùng nhất là axit oxalic H2C2O4

1 Nguyên tắc

Phản ứng chuẩn độ:

H2C2O4 + 2NaOH = Na2C2O4 + 2H2O Phản ứng trung hòa này xảy ra lần lượt theo hai nấc :

H2C2O4 + OH– = HC2O4– + H2O

HC2O4– + OH–= C2O4 2– + H2O Tuy nhiên, vì H2C2O4 có Ka1 = 10–1,25 và Ka2 = 10– 4,27 , tỉ lệ KKa1

a2 < 104 nên không thể chuẩn độ riêng lẽ từng nấc được mà chỉ có thể chuẩn độ thẳng đến nấc thứ hai

–Vì phenolphtalein rất nhạy với CO2 nên nước để pha axit H2C2O4 cần phải được đun sôi, để nguội đuổi hết CO2

3 Cách tiến hành xác định nồng độ NaOH chuẩn bằng chất chuẩn gốc

− Cân một lượng chính xác H2C2O4.2H2O cho mỗi phép chuẩn độ hoặc pha dung dịch H2C2O4 từ ống chuẩn ficanal trong bình định mức Hút chính xác

10 ml dung dịch H2C2O4, thêm 3-4 giọt phenolphtalein và chuẩn độ bằng NaOH đến xuất hiện màu hồng (nếu sau điểm tương đương màu hồng mất ngay thì trong dung dịch NaOH có CO32- hay CO2 ,cần phải loại bỏ ngay)

– Nồng độ của NaOH được tính theo công thức sau:

C N (NaOH) = C N (H 2 C V( NaOH) 2 O 4 ) V (H 2 C 2 O 4 )

II CHUẨN ĐỘ CH 3 COOH BẰNG NAOH ĐỂ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG

CH 3 COOH MẪU

1.Nguyên tắc

Phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hòa giữa axit và bazơ

CH3COOH + NaOH = H2O + CH3COONa

2 Đường cong chuẩn độ và chọn chỉ thị

2.1 Thành phần và pH của dung dịch chuẩn độ tại điểm tương đương

- Thành phần dung dịch tại điểm tương đương gồm H2O, Na+ và CH3COO-

Môi trường bazơ yếu , pH > 7 vì vậy phải chọn chỉ thị có pT > 7

- Tính pH tại điểm tương đương:

CH3COO– + H2O = CH3COOH + OH– KW Ka-1

C V + VC0V0

0 [ ] (V + VC0V0

0 –x ) x x Theo định luật tác dụng khối lượng , ta có: x

2

(V + VC0V0

0 -x) = KW.Ka-1

– Nếu C = C0 = 0,1 M và thay V + VC0V0

- Vì pH tđ > 7 nên chỉ có thể chọn chỉ thị có pT > 7 → Ta chọn

Phenolphtalein

2.2 Sai số chuẩn độ và đường cong chuẩn độ

Muốn vẽ đường cong chuẩn độ ta phải tính một số giá trị pH tiêu biểu: – pH lúc chưa chuẩn độ được tính theo phương trình phân li của axit axetic CH3COOH:

– Tính pH tại điểm tương đương theo mục 2.1 ở trên

– pH đầu và cuối bước nhảy chuẩn độ được tính theo công thức tính sai số chuẩn độ đối với trường hợp chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh:

q = (h – wh ) C + CCC 0

0 – K+h h(với q < 0 ở đầu bước nhảy chuẩn độ và q > 0 ở cuối bước nhảy chuẩn độ)

–Với q = + 0,2% thì bước nhảy chuẩn độ là khoảng pH từ 7,5 đến 10 Ta chọn chỉ thị là phenolphtalein vì phenolphtalein có chỉ số chuẩn độ pT = 9,0 nằm trong bước nhảy chuẩn độ và gần với giá trị pH tương đương của phép chuẩn độ (Phenol đỏ có thể được nhưng không được chính xác, Metyl đỏ và metyl da cam không dùng được)

- Đường cong chuẩn độ axit CH3COOH bằng NaOH có dạng:

H.7 Đường cong chuẩn độ CH3COOH bằng NaOH

3 Cách tiến hành

Thêm nước cất vào mẫu CH3COOH trong bình định mức cho đến vạch (100 ml) Hút chính xác 10,0 ml CH3COOH trong bình định mức trên cho vào bình tam giác 250 ml Thêm 3 – 4 giọt phenolftalein, lắc đều và chuẩn độ bằng NaOH 0,1 N cho đến khi dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng bởi một giọt NaOH dư Ghi lại thể tích NaOH tiêu tốn Thí nghiệm cần lặp lại ít nhất 3 lần Tính thể tích V NaOH.

– Nồng độ của dung dịch CH3COOH trong bình định mức (mẫu phân tích) được tính theo công thức:

C N(CH3COOH) = C N (NaOH) V V NaOH

CH3COOH

– Hàm lượng CH3COOH trong mẫu được tính theo công thức:

a = C N (CH3COOH) 1000 .100.60 (g/mẫu)

I CHẤT CHUẨN GỐC VÀ DUNG DỊCH CHUẨN

1 Chất chuẩn gốc: là những chất được dùng để kiểm tra lại nồng độ của

các axit hay kiềm được pha chế để làm chất chuẩn trong một phép chuẩn độ

2 Yêu cầu đối với một chất chuẩn gốc

Các chất được sử dụng làm chất chuẩn gốc trong phép chuẩn độ bazơ là:

axit-– Những axit hay bazơ nguyên chất, tinh khiết

– Có thành phần hóa học bền, không bị phân hủy khi bảo quản và khó hút ẩm

– Dễ tinh chế, dễ kiểm tra độ tinh khiết bằng các phương pháp hóa học đơn giản

– Tham gia phản ứng chuẩn độ theo đúng hệ số tỉ lượng, không có phản ứng phụ

– Thường chọn các chất có khối lượng mol phân tử lớn để sai số cân được nhỏ

3 Dung dịch chuẩn: (trong trường hợp này là HCl)

– Dung dịch HCl chuẩn được pha từ một lượng cân chính xác của axit HCl đẳng phí hoặc HCl đặc, tinh khiết phân tích (P.A.) hay tinh khiết hóa học có

tỉ trọng d đã biết rõ

– Khi phải pha dung dịch loãng thì trước hết pha các dung dịch tương đối đậm đặc

(ví dụ HCl 1N, 2N ) rồi sau đó pha loãng thành các dung dịch 0,1 N, 0,01N

II XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ HCL CHUẨN (Thường gọi là chuẩn hóa nồng độ

HCl)

Để xác định nồng độ các axit chuẩn thường dùng các chất gốc bazơ như: Natri tetraborat (hay gọi là Borax) Na2B4O7, Natri cacbonat (hay gọi là xôđa)

Na2CO3, Natri oxalat Na2C2O4 Thường dùng nhất là Na2B4O7 10 H2O vì chất này có thành phần ổn định, dễ tinh chế và có khối lượng mol phân tử lớn (M = 381.42)

1 Phản ứng chuẩn độ

Phản ứng chuẩn độ xảy ra như sau:

Thành phần dung dịch tại điểm tương đương gồm H2O và H3BO3, môi

trường axit yếu pH < 7 nên chọn chỉ thị có pT < 7

– Tính pH tại điểm tương đương theo phương trình phân ly của axit boric:

H3BO3 ←⎯⎯⎯⎯→ H+ + H2BO3– K1 = 10–9,24

H3BO3 ←⎯⎯⎯⎯→ H+ + H2BO3– K1 = 10–9,24

C C [ ] C–h h h Nếu nồng độ của H3BO3 là 0,1 M thì pH tại điểm tương đương: pHtđ = 5,12

Trong 4 chỉ thị axit – bazơ hay dùng đã trình bày ở bài I ta thấy chỉ có metyl đỏ (với chỉ số pT = 5,0) là dùng tốt, còn metyl dacam (với chỉ số pT = 4,0) và phenol đỏ

(với chỉ số pT = 6,0) chỉ là tạm được

3 Cách tiến hành chuẩn hóa dung dịch HCl

Cân chính xác một lượng natri tetraborat Na2 B4O7.10 H2O pha thành dung dịch trong bình định mức (hoặc pha từ ống chuẩn) Hút chính xác 10,00 ml dung dịch ấy cho vào bình tam giác 250 ml, thêm 3 – 4 giọt chỉ thị metyl đỏ Lắc đều và chuẩn độ đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu hồng cam Ghi lại thể tích HCl đã tiêu tốn Thí nghiệm cần lặp lại tối thiểu 3 lần Lấy giá trị VHCl trung bình và tính nồng độ của HCl theo công thức:

C N (HCl) = C N(Borax) V .V Borax

HCl III CHUẨN ĐỘ DUNG DỊCH NH 3 BẰNG DUNG DỊCH CHUẨN HCL

1 Nguyên tắc

Phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hòa axit – bazơ:

NH3 + HCl = NH4Cl

NH3 + H+ ←⎯⎯⎯⎯→ NH4+

2 Dựng đường cong chuẩn độ và xác định chất chỉ thị

2.1 Dựng đường cong chuẩn độ

– Thành phần dung dịch tại điểm tương đương gồm H2O, NH4+ , là môi trường axit yếu, có pH < 7 nên phải chọn chỉ thị có pT < 7

– Trước khi chuẩn độ, dung dịch có môi trường bazơ, pH của dung dịch được tính theo cân bằng:

NH3 + H2O ←⎯⎯⎯⎯→ NH4+ + OH- Kb = 1,8.10-5

– Trước và gần điểm tương đương, trong dung dịch còn dư NH3, phép chuẩn độ có sai số âm (q < 0 ), pH của dung dịch ở đầu bước nhảy chuẩn độ được tính từ công thức:

q = (h – Wh )(C + CCC 0

0 ) – (K+ h ) K– Tại điểm tương đương, pH của dung dịch được quyết định bởi cân bằng :

NH4+ ←⎯⎯⎯⎯→ NH3 + H+ Ka = 5,5.10-10

C VC0V0

0+V [ ] VC0V0

– Sau và gần điểm tương đương thừa axit, phép chuẩn độ có sai số dương,

pH của dung dịch ở cuối bước nhảy chuẩn độ được tính từ công thức sau (với q > 0) :

q = (h – Wh )(C + CCC 0

0 ) – (K+ h ) Kvà ta có the åbỏ giá trị Wh so với h Nếu C = C0 = 0,1 M và q = + 0,2 % thì bước nhảy chuẩn độ là khoảng pH từ 6,5 đến 4,0

– Đường cong chuẩn độ NH3 bằng HCl có dạng :

3 Cách tiến hành

Thêm nước cất vào mẫu NH3 trong bình định mức đến vạch (100 ml ) Hút chính xác 10,0 ml dung dịch trong bình định mức, cho vào bình tam giác 250

ml Thêm 3-4 giọt Metyl đỏ Lắc đều và chuẩn độ bằng dung dịch HCl (đã được xác định nồng độ ở trên) cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ cam bởi một giọt HCl dư Ghi lại thể tích HCl đã tiêu tốn Thí nghiệm cần lặp lại ít nhất 3 lần Tính V HCl

– Nồng độ của dung dịch NH3 trong bình định mức được tính theo công thức:

C N (NH3 ) = V HCl V C N(HCl)

NH3

– Hàm lượng NH3 trong mẫu được tính theo công thức:

a = C N (NH3 1000 ).100.17 (g/mẫu)

BÀI 4:

CHUẨN ĐỘ ĐA AXIT

Nội dung chính:

• Chuẩn độ đa axit: Chuẩn độ H3PO4 bằng NaOH

• Chuẩn độ hỗn hợp axit mạnh và đa axit bằng bazơ mạnh:

Chuẩn độ hỗn hợp HCl và H3PO4 bằng NaOH

-

Các đa axit có thể xem như hỗn hợp của nhiều đơn axit Khi tỉ số giữa các hằng số của các nấc phân li kế tiếp vượt quá 104 thì về nguyên tắc có thể chuẩn độ riêng từng nấc

– Ví dụ: Đối với axit photphoric H3PO4:

Phản ứng chuẩn độ

– Đến điểm tương đương thứ nhất:

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O – Đến điểm tương đương thứ hai:

H3PO4 + 2 NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O

2 Dựng đường cong chuẩn độ và xác định chất chỉ thị

2 1 Thành phần và pH của dung dịch chuẩn độ tại các điểm tương đương

– Tại điểm tương đương thứ nhất thành phần dung dịch gồm NaH2PO4 và

H2O Nồng độ ion H+ được tính theo công thức:

[ H+ ]I = K1 + Kw + Ka2 CI

a1-1 CI

ở đây CI = (CNa H2 PO4 )I = C+CCCo

o ; Nếu CI lớn hơn Ka1 nhiều thì có thể bỏ giá trị

Ka1 so với CI và giá trị KW so với Ka2 CI Như vậy:

[ H+ ] = Ka1 Ka2

pHI = pKa1 + pK 2 a2 = 2.15 + 7.212 = 4.68 Khi Co = C = 0,100 M thì CI = 0,050 M ta tính được:

[ H+ ]I = 5.108.063 = 10-9.21 – 4,71

pHI = 4,71 Giá trị pH này gần với giá trị pT của chỉ thị metyldacam khi chuyển từ màu đỏ sang vàng (pT = 4,4) do đó ta chọn chỉ thị là metyldacam

– Tại điểm tương đương thứ hai thành phần dung dịch gồm Na2HPO4 và

H2O Nồng độ ion H+ được tính theo công thức:

[ H+ ]II = K1 + Kw + Ka3 CII

a2-1 CII

ở đây CII = ( CNa 2 HPO4 )II = C + 2CCCo

o ; Nếu CII lớn hơn Ka2 nhiều thì có thể bỏ giá trị Ka2 so với CII và giá trị KW so với Ka3 CII Như vậy:

q2 = – (h – K h )W C + 2 C 2 C C 0

0 –

h2 - Ka2 Ka3 2(h2 + Ka2 h + Ka2 Ka3 ) với h là kí hiệu của nồng độ H+ (tức là [ H+ ] )

c Đường cong chuẩn độ H3PO4 bằng NaOH có dạng:

H.8 Đường cong chuẩn độ H3PO4 bằng NaOH

3 Cách tiến hành và tính toán

− Thêm nước cất vào mẫu H3PO4 đến vạch 100 ml Dùng pipet hút 10 ml dung dịch H3PO4 vừa pha cho vào bình tam giác 250 ml Thêm 3 đến 4 giọt metyl da cam và chuẩn độ bằng dung dịch NaOH đến khi dung dịch chuyển từ màu đỏ sang vàng Ghi lại thể tích V1 Thêm tiếp 3 đến 4 giọt phenol phtalein và chuẩn độ tiếp bằng NaOH đến khi dung dịch chuyển từ vàng sang hồng cam Ghi lại thể tích V2 Lặp lại thí nghiệm ít nhất ba lần Ghi lại các thể tích trung bình V1 và V2

– Nồng độ H3PO4 được tính theo công thức:

Phản ứng chuẩn độ

– Đến điểm tương đương thứ nhất:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O – Đến điểm tương đương thứ hai:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H3PO4 + 2 NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O

2 Dựng đường cong chuẩn độ và xác định chất chỉ thị

2.1 Thành phần và pH của dung dịch chuẩn độ tai các điểm tương

Tại điểm tương đương I nồng độ H+ được tính theo công thức sau:

[ H+]I = 1 + KKw + Ka2 CI

a1-1 CI Với CI = (CNa H2 PO4 )I = C +(CC.Co2

o1 +Co 2 ) ; Nếu CI lớn hơn Ka1 nhiều thì có thể bỏ giá trị Ka1 so với CI và giá trị KW so với Ka2 CI Như vậy:

[ H+ ] = Ka1 Ka2

pHI = pKa1 + pK 2 a2 = 2.15 + 7.21 2 = 4.68

pHI ≈ 4,68 Giá trị pH này tương đương với giá trị pT của chỉ thị metyldacam khi chuyển từ màu đỏ sang vàng (pT = 4,4) do đó ta chọn chỉ thị là metyldacam

Tại điểm tương đương thứ II nồng độ H+ được tính theo công thức sau:

[ H+ ]II = 1 + KKw + Ka3 CII

a2-1 CII Với CII = (CNa 2 HPO4 )II = C +(CC Co2

o1 + 2Co 2 ) ; Nếu CII lớn hơn Ka2 nhiều thì có thể bỏ giá trị Ka2 so với CII và giá trị KW so với Ka3 .CII Như vậy:

2 2 Sơ đồ chuẩn độ, sai số chuẩn độ và đường cong chuẩn độ

a Sơ đồ chuẩn độ:

V2 - V1: Thể tích NaOH dùng để chuẩn độ một nấc của H3PO4

b Công thức tính sai số chuẩn độ tại các điểm tương đương như sau:

qI = – (h – K h ) W C + C C (C 01 +C02

01 +C02 ) –

C02 (C01 + C02) (

h2 - Ka2 Ka3

h2 + Ka2 h + Ka2 Ka3 )

c Đường cong chuẩn độ hỗn hợp axit mạnh và đa axit bằng bazơ mạnh có dạng:

H.9 Đường cong chuẩn độ hỗn hợp HCl + H3PO4 bằng NaOH

3 Cách tiến hành và tính toán

− Thêm nước cất vào mẫu phân tích cóchứa HCl và H3PO4 trong bình định mức 100 ml cho đến vạch Dùng pipet hút 10 ml dung dịch vừa pha cho vào bình tam giác 250 ml Thêm 3 đến 4 giọt metyl da cam và chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N đến khi dung dịch chuyển từ đỏ sang vàng Ghi lại thể tích V1 Thêm tiếp 3 đến 4 giọt phenol phtalein và chuẩn độ tiếp bằng NaOH đến khi

HCl + H3PO4

NaCl + NaH2PO4

NaCl + Na2HPO4

3PO4) = C M (H3PO4) 10-3.98.100 (g/maãu)

a(HCl) = C M (HCl) 10-3.36,5.100 (g/maãu)

BÀI 5:

CHUẨN ĐỘ ĐA BAZƠ

Nội dung chính:

• Chuẩn độ đa bazơ: Chuẩn độ Na2CO3 bằng HCl

• Chuẩn độ hỗn hợp bazơ mạnh và đa bazơ bằng axit mạnh:

Chuẩn độ hỗn hợp NaOH và Na2CO3 bằng HCl

-

I CHUẨN ĐỘ NA 2 CO 3 BẰNG HCl

Khả năng chuẩn độ từng nấc của một đa bazơ phụ thuộc vào tỉ số giữa các hằng số phân li kế tiếp của các axit liên hợp Khi tỉ số KKW

a1 = 10

-14

10-6.35

1 Nguyên tắc

Phản ứng chuẩn độ:

Đến điểm tương đương thứ nhất:

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl

Đến điểm tương đương thứ hai:

Na2CO3 + 2HCl = H2CO3 + 2NaCl

2 Đường cong chuẩn độ và chọn chỉ thị

2.1 Thành phần và pH của dung dịch chuẩn độ tại các điểm tương đương

– Tại điểm tương đương 1, trong dung dịch chuẩn độ chủ yếu là NaHCO3và H2O, môi trường bazơ yếu, pH > 7 vì vậy chỉ thị cần chọn phải có khoảng chuyển màu trong vùng bazơ yếu Nồng độ H+ trong dung dịch tại điểm tương đương 1 được tính gần đúng theo công thức:

[ H+ ]I = 1 + KKw + Ka2 CI

a1-1 CI với CI = 0

0

CC

C+C Khi CI không quá bé (CI >> K a1 , Ka2 CI >> Kw) thì tính gần đúng nồng độ [ H+ ]I = Ka1.Ka2 = 10–8,34 và pH = 8,34 do đó có thể dùng phenolphtalein làm chỉ thị

– Tại điểm tương đương thứ 2, thành phần dung dịch bao gồm H2 O,

H2CO3 và NaCl Môi trường axit yếu, pH < 7, vì vậy chỉ thị cần chọn phải có khoảng chuyển màu nằm trong vùng axit yếu Nồng độ ion H+ được tính theo cân bằng phân li nấc thứ nhất của axit cácboníc:

H2 CO3 ←⎯⎯⎯⎯→ H+ + HCO3– Ka1 = 10–6,35

C CII[ ] CII - h h hVới CII =

2

CCo

C+ Co Nếu CII > L CO2 (L CO2 là độ tan của CO2 trong nứớc , ở

25oC LCO2 = 3.10-2 M)thì CII được thay bằng L CO2 và nồng độ H+ được tính theo công thức của định luật tác dụng khối lượng:

h2

3.10-2 -h = 10-6,35 – Theo tính toán gần đúng, h = 10- 3,94 và pH = 3,94 , giá trị này gần với chỉ số chuẩn độ của metyl dacam nên ta chọn chỉ thị là metyl dacam

2.2 Sơ đồ chuẩn độ, công thức tính sai số và đường cong chuẩn độ

a Sơ đồ chuẩn độ:

V1: thể tích HCl dùng để chuẩn độ một nấc của Na2CO3 ứng với sự đổi màu phenol- phtalein từ hồng sang không màu

V2: thể tích HCl dùng để chuẩn độ hai nấc của Na2CO3 ứng với sự đổi màu của metyl da cam từ màu vàng sang màu hồng cam

b Sai số chuẩn độ được tính theo các công thức sau:

– Sai số tại điểm tương đương thứ nhất:

– Trường hợp có CO2 bay ra (Khi nồng độ của axit H2CO3 tạo thành lớn hơn độ tan của CO2 trong nước, tức là CM(Na2CO3) = VCoVo

o + V > LCO2 = 3.10-2 M) thì sai số tại điểm tương đương thứ hai được tính theo công thức:

qII = (h – Kh ) W (C + 2C 2CC o)

o – LCO2 (C + 2C 2CC o)

o K h a1

c Đường cong chuẩn độ Na 2 CO 3 bằng HCl có dạng:

H.10 Đường cong chuẩn độ Na2CO3 bằng HCl

3 Cách tiến hành và tính toán

- Thêm nước cất vào mẫu Na2CO3 trong bình định mức cho đến vạch 100

ml

- Dùng pipet hút 10 ml dung dịch Na2CO3 cho vào bình tam giác 250 ml

- Thêm 3 đến 4 giọt chỉ thị phenol phtalein và chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,1 N đến khi dung dịch chuyển từ màu hồng sang không màu Ghi lại thể tích V1

- Thêm tiếp 3 đến 4 giọt metyl da cam và chuẩn độ tiếp bằng HCl đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu hồng cam Ghi lại thể tích V2

- Lặp lại thí nghiệm 3 lần Ghi lại thể tích trung bình V1 và V2

Nồng độ mol của Na2CO3 được tính theo công thức sau:

Ta không thể chuẩn độ riêng NaOH trong hỗn hợp gồm NaOH nồng độ

C01 mol / l và Na2CO3 nồng độ C02 mol / l mà phải chuẩn độ chung NaOH và

nấc thứ nhất của Na2CO3 ứng với sự đổi màu phenolphtalein và tiếp tục chuẩn độ nấc thứ hai của Na2CO3 ứng với sự đổi màu của metyl da cam

Phản ứng chuẩn độ:

Đến điểm tương đương thứ nhất:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl Đến điểm tương đương thứ hai:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Na2CO3 + 2HCl = H2CO3 + 2NaCl

2 Đường cong chuẩn độ và chọn chỉ thị

2 1 Thành phần dung dịch và pH tại các điểm tương đương

– Tại điểm tương đương 1: dung dịch gồm NaCl, NaHCO3, H2O

Dung dịch chuẩn độ tại điểm tương đương I có môi trường bazơ yếu, pH >

7 :

[ H+ ]I = 1 + KW + Ka2 CI

a1-1 CI Với CI = C +(CC Co2

o1 +Co 2 ) ⇒ pHI = pKa1 + pK2 a2 = 8,34 Chỉ thị cần chọn phải có chỉ số chuẩn độ lớn hơn 7, giống như trong trường hợp chuẩn độ đa bazơ Na2CO3 bằng HCl, chúng ta chọn chỉ thị là phenolphtalein có chỉ số chuẩn độ pT = 8

– Tại điểm tương đương 2: dung dịch gồm NaCl, H2CO3, H2O

Dung dịch chuẩn độ tại điểm tương đương II có môi trường axit yếu (pH

< 7), Nồng độ H+ tại điểm tương đương II được tính theo cân bằng phân li của axit H2CO3, Nếu CH2CO3 = C +(CC Co2

o1 +2Co 2 ) > LCO2 (LCO2 = 3.10-2 M) thì pHII = 3,94 và ta chọn chỉ thị là Metyl dacam có chỉ số chuẩn độ pT là 4,0

2 2 Sơ đồ chuẩn độ, công thức tính sai số và đường cong chuẩn độ

a Sơ đồ chuẩn độ hỗn hợp NaOH + Na 2 CO 3 bằng HCl:

V1: Thể tích HCl dùng để chuẩn độ xong NaOH và một nấc Na2CO3

V2: Thể tích HCl dùng để chuẩn độ xong NaOH và hai nấc Na2CO3

V2 - V1: Thể tích HCl dùng chuẩn độ một nấc Na2CO3

b Sai số chuẩn độ được tính theo các công thức sau:

– Sai số tại điểm tương đương thứ nhất:

qII = (h – Kh )W (C + C C(C o1 +2Co2)

o1 + 2Co2) –

Co2 (Co1 +2Co2)

Ka1(Ka1 + h) Nếu có CO2 bay ra (Khi nồng độ của H2CO3 tạo thành lớn hơn độ tan của

CO2 trong nước) thì sai số chuẩn độ tại điểm tương đương thứ hai được tính theo công thức;

c Đường cong chuẩn độ hỗn hợp NaOH + Na 2 CO 3 bằng HCl có dạng:

H 11 Đường cong chuẩn độ hỗn hợp NaOH + Na2CO3 bằng HCl

3 Cách tiến hành và tính toán

- Thêm H2O vào mẫu phân tích chứa NaOH và Na2CO3 trong bình định mức đến vạch 100 ml