BÀI GIẢNG cơ sở hóa PHÂN TÍCH

Hóa học phân tích ra đời và phát triển gắn liền với sự phát triển của sản xuất và sự tiến bộ của các ngành khoa học kỹ thuật khác. Ngay từ thời thượng cổ khi nền sản xuất đầu tiên ra đời (đồ gốm, luyện kim) đã làm nảy sinh yêu cầu phải kiểm tra chất lượng nguyên liệu đưa vào sản xuất và sản phẩm làm ra, do đó đòi hỏi phải tìm ra phương pháp phân tích các chất, trong giai đoạn này hóa học phân tích đạt được những kết quả nhất định dựa vào kinh nghiệm thực hành, chưa có cơ sở lý thuyết rõ rệt. Từ cuối thế kỷ XVII đến giữa thế kỷ XIX hóa học phân tích phát triển mạnh và nhanh chóng. Khoảng giữa thế kỷ XVII nhà bác học người Anh Xbôilơ đã sắp xếp thành hệ thống tất cả các phản ứng định tính được biết lúc bấy giờ và tìm ra một số chất màu thân mộc làm chất chỉ thị để phát hiện ra axitbazơ và chính ông đặt ra danh từ “phân tích” cho ngành khoa học này. Giữa thế kỷ XVIII nhà bác học NgaLômônôxôp đã đặt cơ sở đầu tiên cho ngành phân tích định lượng. Sang nửa cuối thế kỷ XVIII Lômônôxôp và Prysli (Anh) đã đưa ra cơ sở phương pháp phân tích khí, đã tách được một số chất đơn giản: H2, O2, Cl2 xác định được thành phần của không khí (1774), thành phần của nước (1783) và nhiều hợp chất hữu cơ khác. Từ nữa thế kỷ XIX khi định luật tuần hoàn Mendeleep và thuyết cấu tạo hóa học Butlêrôp ra đời đã đưa hóa học phân tích đến bước phát triển mới, tìm ra nhiều phương pháp để phát hiện các ion và định lượng chúng, song song với phương pháp phân tích hóa học thì phân tích hóa lý cũng ra đời cuối thế kỷ XIX. Từ đầu thế kỷ XX với thành tựu của khoa học kỹ thuật hiện đại thì các phương pháp PT cực phổ, PT quang phổ, PT so màu, PT sắc ký...ra đời. Ngày nay hóa học phân tích phát triển đáp ứng đầy đủ các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và nền kinh tế quốc dân

-Cơ sở hố phân tích - BÀI GIẢNG CƠ SỞ HĨA PHÂN TÍCH -1- -Cơ sở hố phân tích - BÀI MỞ ĐẦU I/ Đối tượng nhiệm vụ hóa học phân tích Hóa học phân tích ngành khoa học nghiên cứu thành phần hóa học chất Thành phần hóa học chất bao gồm: Thành phần tính thành phần lượng, hóa phân tích gồm phân tích định tính phân tích định lượng - Phân tích định tính: Nghiên cứu phương pháp xác định tính nghĩa xem mẫu khảo sát có hợp chất ngun tố nhiều hay - Phân tích định lượng: Nghiên cứu phương pháp xác định lượng tức tìm tỉ lệ xác thành phần có chất khảo sát Khi xác định thành phần hóa học chất chưa biết phải tiến hành phân tích định tính trước phân tích định lượng, phải dựa vào kết PTĐT đề đường lối chọn phương pháp PTĐL thích hợp Với nhiệm vụ trên, hóa học phân tích có vị trí quan trọng lĩnh vực hóa học phát triển ngành khoa học khác Ngày hóa học phân tích phát triển mạnh mẽ có tác dụng ngành kỹ thuật sản xuất kinh tế quốc dân II/ Sơ lược lịch sử phát triển ngành hóa học phân tích Hóa học phân tích đời phát triển gắn liền với phát triển sản xuất tiến ngành khoa học kỹ thuật khác Ngay từ thời thượng cổ sản xuất đời (đồ gốm, luyện kim) làm nảy sinh u cầu phải kiểm tra chất lượng ngun liệu đưa vào sản xuất sản phẩm làm ra, đòi hỏi phải tìm phương pháp phân tích chất, giai đoạn hóa học phân tích đạt kết định dựa vào kinh nghiệm thực hành, chưa có sở lý thuyết rõ rệt Từ cuối kỷ XVII đến kỷ XIX hóa học phân tích phát triển mạnh nhanh chóng Khoảng kỷ XVII nhà bác học người Anh Xbơilơ xếp thành hệ thống tất phản ứng định tính biết lúc tìm số chất màu thân mộc làm chất thị để phát axit-bazơ ơng đặt danh từ “phân tích” cho ngành khoa học Giữa kỷ XVIII nhà bác học Nga-Lơmơnơxơp đặt sở cho ngành phân tích định lượng Sang nửa cuối kỷ XVIII Lơmơnơxơp Prysli (Anh) đưa sở phương pháp phân tích khí, tách số chất đơn giản: H 2, O2, Cl2 xác định thành phần khơng khí (1774), thành phần nước (1783) nhiều hợp chất hữu khác Từ kỷ XIX định luật tuần hồn Mendeleep thuyết cấu tạo hóa học Butlêrơp đời đưa hóa học phân tích đến bước phát triển mới, tìm nhiều phương pháp để phát ion định lượng chúng, song song với phương pháp phân tích hóa học phân tích hóa lý đời cuối kỷ XIX Từ đầu kỷ XX với thành tựu khoa học kỹ thuật đại phương pháp PT cực phổ, PT quang phổ, PT so màu, PT sắc ký đời Ngày hóa học phân tích phát triển đáp ứng đầy đủ lĩnh vực khoa học kỹ thuật kinh tế quốc dân -2- -Cơ sở hố phân tích - CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG HỐ PHÂN TÍCH 1.1.CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG HĨA HỌC XẢY RA TRONG DUNG DỊCH 1.1.1 Tốc độ phản ứng hóa học định luật tác dụng khối lượng 1.1.1.1 Khái niệm tốc độ phản ứng - Hệ đồng thể - Tốc độ phản ứng biểu diễn biến thiên nồng độ chất phản ứng đơn vị thời gian - Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào chất chất tham gia, nhiệt độ, nồng độ, chất xúc tác… - Hệ đồng thể đồng thể loại (tức dung dịch có pha), ion dung dịch dễ phản ứng, phản ứng nhanh, tín hiệu dễ nhận biết 1.1.1.2 Định luật tác dụng khối lượng Nồng độ yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ biểu diễn định luật tác dụng khối lượng “Tốc độ phản ứng hóa học tỉ lệ thuận với tích số nồng độ chất tham gia phản ứng” V = k [A] [B] Trong đó: k: Hằng số tốc độ phản ứng (k phụ thuộc vào chất chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, khơng phụ thuộc vào nồng độ) Suy ra: k tốc độ phản ứng nồng độ chất xác định 1mol/lit Ví dụ: ta có phản ứng 2SO + O ↔ 2SO Theo ĐL tác dụng khối lượng ta có: V = k [SO2]2 [O2] (1) Nếu tăng nồng độ SO2 lên làm lần tốc độ phản ứng thay đổi nào? V' = k [3SO2]2 [O2] = 9k[SO2]2 [O2] Từ (1) (2) suy ra: Tốc độ phản ứng tăng lên lần Phản ứng tổng qt: mA + nB ↔ pC + qD (2) Thì V = k [A]m [B]n 1.1.2 Cân hố học 1.1.2.1 Phản ứng thuận nghịch trạng thái cân - Các phản ứng hóa học xảy đồng thời theo hai chiều ngược gọi phản ứng thuận nghịch 300 C H + I ← → 2HI -3- -Cơ sở hố phân tích - Ta có: VT = kT [H2] [I2] VN = kN [HI]2 - Trạng thái cân trạng thái phản ứng hóa học thuận nghịch mà tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch nồng độ chất phản ứng khơng đổi Tại thời điểm cân bằng: VT = VN hay kT [H2] [I2] = kN [HI]2 kT [ HI ] = K = k N [ H ][ I ] K: Là số cân khơng đổi điều kiện bên ngồi khơng đổi Trạng thái cân hệ gọi trạng thái cân động Đặc điểm trạng thái cân + Khơng thay đổi theo thời gian điều kiện (t0, p….) khơng đổi + Nếu thay đổi điều kiện cân cũ bị phá vỡ + Đối với hệ nghiên cứu có trạng thái cân 1.1.2.2 Biểu thức số cân phản ứng hố học ý nghĩa mA + nB ↔ pC + qD Xét phản ứng: K [ C] [ D] K= T = K N [ A ] m [B ] n P Ta có: q Định luật tác dụng khối lượng áp dụng cho trạng thái cân bằng: “ở điều kiện bên ngồi (t0, p…) định phản ứng hóa học đạt tới trạng thái cân tỉ số tích số nồng độ chất tạo thành (với luỹ thừa tương ứng) tích số nồng độ chất tham gia phản ứng (với luỹ thừa tương ứng) số số cân phản ứng hố học” Hằng số cân (K): đại lượng đặc trưng cho khả phản ứng phản ứng thuận nghịch, K lớn phản ứng xảy hồn tồn ngược lại (Khác với V, K khơng phụ thuộc vào nồng độ chất) Biểu thức K xác định điều kiện cân phản ứng thuận nghịch nói lên mối quan hệ số cân nồng độ chất phản ứng trạng thái cân tức chiều phản ứng 1.1.3 Sự chuyển dịch cân cách điều khiển chiều phản ứng thuận nghịch Khi thay đổi điều kiện bên ngồi (t o, C, p…) cân bị phá vỡ, tốc độ phản ứng thuận nghịch khơng nữa, sau cân thiết lập với nồng độ chất phản ứng khác trước q trình gọi chuyển dịch cân Nó tn theo ngun lý chuyển dịch cân Lơsăctơlie: “ Khi hệ trạng thái cân bằng, ta thay đổi điều kiện: nhiệt độ, nồng độ, áp suất, cân chuyển dịch theo chiều có tác dụng chống lại thay đổi đó.” Dựa vào ngun lý ta điều khiển trạng thái cân phản ứng, nghĩa điều khiển chiều phản ứng Ví dụ: Muốn phản ứng xảy theo chiều thuận ta tăng nồng độ chất phản ứng giảm nồng độ chất tạo thành hay thay đổi áp suất, nhiệt độ, xúc tác….nếu hệ cân chất khí -4- -Cơ sở hố phân tích - Theo ngun lý Lơsăctơlie chất tạo thành sau phản ứng chất kết tủa, khí, bay hơi, điện ly yếu (độ bền cao…) có lợi cho phản ứng phân tích 1.2 CHẤT ĐIỆN LY YẾU TRONG DUNG DỊCH 1.2.1 Sự phân ly phương trình ion Chất điện ly dung dịch phân ly thành ion (cation, anion) nên dung dịch điện ly dễ dẫn điện chất điện ly dung dịch dễ tham gia phản ứng Khả phân ly chất điện ly khác phụ thuộc vào chất nồng độ chất điện ly phụ thuộc vào nhiệt độ dung mơi hòa tan Chất điện ly mạnh phân ly hồn tồn: HCl → H + + Cl NaOH → Na + + OH NaCl → Na + + Cl Chất điện ly yếu phân ly khơng hồn tồn dung dịch, q trình phân ly thuận nghịch + NH OH ↔ NH + OH CH COOH ↔ H + + CH COO - Khi cho dung dịch NaCl dung dịch AgNO3 trộn lẫn vào có phản ứng Ta có phương trình phản ứng ion: Na+ + Cl- + Ag+ + NO3- → Na+ + NO3- + AgCl↓ Phản ứng xảy Ag+ + Cl- nên viết phản ứng chất điện ly dung dịch cần viết dạng phương trình rút gọn: Ag + + Cl- → AgCl ↓ 1.2.2 Độ điện ly số điện ly chất điện ly yếu 1.2.2.1 Độ điện ly α : Là đại lượng đặc trưng cho mức độ phân ly cụ thể chất điện ly dung dịch C α= i C Trong đó: Ci: Số phân tử phân ly C: Số phân tử đem hòa tan C %α = i 100 Suy ra: C Ci tăng %α tăng Với chất điện ly mạnh α = tức %α = 100 Với chất điện ly yếu α < %α < 100 Ví dụ: Dung dịch H2SO3 0.05M có 0.01 phân tử gam phân ly thành ion C 0.01 = 0.2 Hoặc %α = 20% Vậy α = i = C 0.05 1.2.2.2 Hằng số phân ly chất điện ly yếu Xét cân bằng: -5- -Cơ sở hố phân tích - CH3COOH ↔ H+ + CH3COOKhi đạt trạng thái cân bằng, theo định luật tác dụng khối lượng [ H + ] × [CH 3COO − ] = K K= (1) pl [ CH 3COOH] K: Là số điện ly tính tỉ số tích nồng độ ion phân ly dung dịch (với luỹ thừa tương ứng) nồng độ chất tan trạng thái cân Đối với đa axit yếu H2S: H2 S H+ + HS- HS- H+ + S2- H2 S 2H+ K H2S = [H+].[HS-] [H2 S] [H+].[S2-] K2 = [HS-] K1 = + S2- [ H ] [ S ] = K K + 2− [H2S] (2) Kpl: Hằng số phân ly khơng phụ thuộc vào nồng độ chất điện ly phụ thuộc vào chất chất, nhiệt độ, dung mơi hòa tan * Mối quan hệ Kpl độ điện ly α Trở lại ví dụ ta có : CH3COOH ↔ H+ + CH3COOC 0 C: Nồng độ ban đầu α: Độ điện ly Khi đạt trạng thái cân bằng: C - αC αC αC K pl = K CH 3COOH = viết: (α C ) = C − α C (α C ) C.(1 − α ) α C K pl = 1− α Nếu chất điện ly phân ly yếu tức α nhỏ niều so với (α[...]... 2.4.Đònh lượng theo phương pháp phân tích khối lượng Đònh lượng Ca trong bột nhẹ(CaCO3) - 29 - -Cơ sở hố phân tích - CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 3.1 CƠ SỞ VÀ NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP: 3.1.1 .Cơ sở của phương pháp: Phân tích thể tích là một phương pháp phân tích hóa học khác với phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích dựa trên cơ sở việc đo chính xác thể tích thuốc thử có nồng độ... ứng, từ đó suy ra hàm lượng chất cần xác đònh Rõ ràng phân tích thể tích tiến hành nhanh gọn, ít tốn thời gian như phân tích khối lượng Muốn tiến hành phân tích thể tích thì phải trải qua các bước sau: + Lấy lượng mẫu cân hoà tan mẫu vào dung dòch + Tách các thành phần gây trở ngại + Tiến hành phân tích + Tính kết quả phân tích Hiện nay phân tích thể tích được xem là phương pháp xác đònh nhanh gọn có... 1.6.1.1 Những khái niệm Hệ chất mà trong đó có các hạt nhỏ phân bố đều trong hệ gọi là hệ phân tán Đặc điểm của hệ phân tán là các tiểu phân của các hạt bị phân chia q nhỏ gọi là tướng phân tán phân bổ đều trong mơi trường phân tán - 16 - -Cơ sở hố phân tích - Các hệ phân tán có mức độ phân tán khác nhau, mức phân tán của các hạt này trong hệ, tuỳ kích thước của hạt chia thành 3 nhóm - Dung dịch thực:... dịch, đó gọi là sự che dấu ion trong phân tích - 20 - -Cơ sở hố phân tích - CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯNG 2.1- CƠ SỞ VÀ PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP: 2.1.1 .Cơ sở của phương pháp: Phương pháp phân tích khối lượng (hay còn gọi là phương pháp cân) là một phương pháp phân tích hóa học cổ điển, dựa trên cơ sở việc cân chính xác khối lượng chất cần xác đònh, được tách ra khỏi những chất khác có trong mẫu... - 31 - -Cơ sở hố phân tích - 3.4 NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH TRONG PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 3.4.1.Cách biểu thò nồng độ dung dòch: 3.4.1.1.Nồng độ tỷ lệ: Biểu thò tỉ số theo thể tích ở thể đậm đặc của chất tan so với nước cất Vđđ = V pha a+b a:Số đơn vò thể tích của chất đđ (a=1) b:Số đơn vò thể tích của nước cất Ví dụ: dung dòch HCl ½ có nghóa là một thể tích HCl đặc (37%, d=1,19) được pha trộn với hai thể tích nước... thiết lập lại nồng độ dung dòch này theo H2C2O4.2H2O (M=126,06) - 34 - -Cơ sở hố phân tích - CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ 4.1 CƠ SỞ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP 4.1.1 .Cơ sở của phương pháp: Phương pháp chuẩn độ axit bazơ hay còn gọi là phương pháp chuẩn độ trung hòa, là một phương pháp phân tích thể tích, dựa trên cơ sở của sự tương tác giữa axit và bazơ để đònh lượng chúng, với phương trình... NH3 - 19 - -Cơ sở hố phân tích - - Dùng phản ứng tạo phức để che dấu các ion gây trở ngại, lợi dụng khả năng tạo phức bền của các ion để che dấu chúng trong phân tích, chẳng hạn: Khi phát hiện ion Ni2+ và Ca2+ nếu có Fe3+ thì gây trở ngại, nên cho Fe3+ tạo phức với F- thành [FeF6]3-, bằng cách thêm KF hay NaF vào dung dịch, đó gọi là sự che dấu ion trong phân tích - 20 - -Cơ sở hố phân tích - CHƯƠNG... (%): Trong phân tích khối lượng, kết quả phân tích được biểu thò bằng %, tức chỉ số gam chất cần xác đònh có trong 100g mẫu Chẳng hạn khi phân tích G gam mẫu (ở trạng thái khô kiệt) thu được a gam chất xác đònh - 27 - -Cơ sở hố phân tích - -Khi dạng xác đònh và dạng cân trùng nhau: a 100 G %X = -Khi dạng xác đònh không trùng với dạng cân: a 100 G %X = f (ở đây a là khối lượng dạng cân) Tích f.a là... điểm tương đương 3.2 PHẢN ỨNG VÀ PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP 3.2.1.Yêu cầu của phản ứng dùng trong phân tích thể tích: Muốn thực hiện một phản ứng dùng trong phân tích thể tích, phải thoả mãn các yêu cầu sau: -Tốc độ phản ứng phải đủ lớn để quá trình chuẩn độ phản ứng phải được thực hiện hòan tòan có như vậy nhận biết điểm tương đương mới rõ Trong thực tế - 30 - -Cơ sở hố phân tích - nhiều phản ứng diễn ra... kiện thí nghiệm, mỗi mẫu làm thí nghiệm nhiều lần 2.3.3.Cách ghi kết quả phân tích: Kết quả phân tích thường được ghi bằng con số cụ thể, những chữ số có nghóa này, phải biểu thò kết quả phân tích và sai số của nó Ví dụ: khi cân một mẫu trên cân phân tích có độ chính xác là ± 0,1mg thì kết quả khối lượng mẫu phải ghi ở số thập phân thứ tư với đơn vò là gam, tức là G=1,1234 ± 0,0001g Hoặc tính kết quả ... dịch, gọi che dấu ion phân tích - 20 - -Cơ sở hố phân tích - CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯNG 2.1- CƠ SỞ VÀ PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP: 2.1.1 .Cơ sở phương pháp: Phương pháp phân tích khối lượng (hay... pháp phân tích khối lượng Đònh lượng Ca bột nhẹ(CaCO3) - 29 - -Cơ sở hố phân tích - CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 3.1 CƠ SỞ VÀ NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP: 3.1.1 .Cơ sở phương pháp: Phân tích. .. -Cơ sở hố phân tích - BÀI MỞ ĐẦU I/ Đối tượng nhiệm vụ hóa học phân tích Hóa học phân tích ngành khoa học nghiên cứu thành phần hóa học chất Thành phần hóa học chất bao gồm: