Tìm hiểu về chuẩn độ đa axit – đa bazơ

Tìm hiểu về chuẩn độ đa axit – đa bazơ

Niên khoá: 2014 – 2016

TIỂU LUẬN

Giảng viên hướng dẫn

PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN

Học viên thực hiện

Đề tài

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU

B NỘI DUNG

- Chuẩn độ axit yếu đa chức

- Hỗn hợp gồm axit mạnh và axit yếu đa chức

- Chuẩn độ bazơ yếu đa chức

- Hỗn hợp gồm bazơ mạnh và bazơ yếu đa chức

- Một số phép chuẩn độ khác

C KẾT LUẬN

D TÀI LIỆU THAM KHẢO

A.MỞ ĐẦU

Một trong các phương pháp phân tích thể tích quan trọng là phương pháp chuẩn độ axit bazơ Bản chất của phương pháp là dựa trên sự tương tác giữa các axit và các bazơ

Phương pháp này cho phép xác định định lượng (khối lượng, nồng độ) của các axit (bằng dung dịch kiềm chuẩn) hoặc các dung dịch kiềm (bằng dung dịch axit chuẩn) và các tương tác của các chất với axit hay với bazơ kiềm)

Chuẩn độ axit - bazơ đa chức là một trong những phép chuẩn độ quan trọng học viên cần nắm được lí thuyết liên quan cũng như phải giải được các bài.

Vì vậy chúng tôi xin được trình bày vấn đề : “TÌM HIỂU VỀ CHUẨN ĐỘ ĐA AXIT – ĐA BAZƠ” nhằm hệ thống hóa kiến thức từ lý thuyết cho đến bài tập

Trong dung dịch đa axit HnA có khả năng phân ly theo từng nấc:[3]

Và có thể coi đa axit như một hỗn hợp gồm đơn axit

I LÝ THUYẾT VỀ CHUẨN ĐỘ AXIT ĐA

CHỨC

I.1 Chuẩn độ dung dịch axit H3A [4]

Tiến hành theo từng nấc nếu

XOH, C

H3A,

Co, Ka1, Ka2,Ka3

Chuẩn độ dd axit H3A, Cobằng dd chuẩn XOH, C

I.2 pH tại các điểm tương đương [4],[5]

Điểm tương đương I: H3A + XOH XH2A + H2O

Điểm tương đương II: H3A + 2XOH X2HA + H2O

Thông thường Ka3 quá bé nên không thể chuẩn độ trực tiếp đến điểm tương đương thứ ba

Nếu chuẩn độ được nấc thứ ba thì phải thỏa điều kiện:

Tuy nhiên, do trong thực tế, nồng độ axit cần chuẩn độ rất bé, nên không thể chuẩn độ được

2 2 a3 o3

Điểm tđ III:

Với

Từ x= [OH-] suy ra [H+]III

I.3 Đường cong chuẩn độ axit yếu đa chức [4],[5]

Để xây dựng đường chuẩn độ có thể bằng hai cách:

-Thiết lập hàm liên hệ pH-P(mol), hoặc pH-P(đlg)

- Xác định các giá pH0 , pHtđI , pHtđII và chọn chỉ thị sao cho giá trị pT của chỉ thị gần sát với pHtđ càng gặp sai số bé

Ví dụ, chuẩn độ H3A (Co, Vo ) bằng NaOH (C,V)Tại điểm tương đương thứ nhất

Tại điểm tương đương thứ ba

H3A + 3NaOH  A3- + 3Na+ + 3H2O

CoVo CV

Đường chuẩn độ axit H3A 0,1 M bằng XOH 0,1 M

pKa1 = 2,0 ; pKa2 = 7,0 và pKa3 = 12,0 [4]

Sơ đồ chuẩn độ axit H3A bằng XOH (V2=2V1) [4]

V1 = VXOH chuẩn độ 1 nấc của H3A

V2= VXOH chuẩn độ 2 nấc của H3A

I.4 Sai số chuẩn độ [4],[5]

Để thiết lập phương trình sai số tại các điểm ta thấy rằng tại mọi thời điểm hệ luôn tồn tại nhiều cấu tử và các cấu tử đều có quan hệ chặt chẽ với nhau Để tính sai

số có thể sử dụng phương trình sau :

Phương trình sai số chuẩn độ nấc 1 :

Phương trình sai số chuẩn độ nấc 2 :

22

2

3 2 2

2

3 2 2

0

0

K K h

K h

K K

h CC

C

C h

W h

Phương trình sai số chuẩn độ nấc 3 [4]:

Ví Dụ [4]:

Đánh giá pH tại các điểm tương đương và sai số

khi chuẩn độ H3PO4 0,1M bằng NaOH 0,1M trong hai trường hợp:

a Đổi màu metyl da cam từ đỏ sang hồng (pTI = 4,4)

b Đổi màu phenolphtalein sang hồng (pTII = 9,0)

a) Tại điểm tương đương thứ nhất (đổi màu metyl da cam)

Sai số :

Sai số âm vì pT1< pHI

b) Tại điểm tương đương thứ hai (đổi màu phenolphtalein)

Với:

Sai số âm vì pHII> pTII

Tính pH, nồng độ, thể tích tại các thời điểm khác nhau

Bài 1:[2][6] Chuẩn độ 20ml dung dịch axit H 3 PO 4 0,01M bằng dung dịch xút 0,02M.

Tính pH của dung dịch sau khi đã thêm:

Nồng độ ban đầu của các chất là:

Lượng NaOH thêm vào đã trung hòa hết nấc 1 của axit

1 150

1 150

b) VNaOH = 20ml

Nồng độ ban đầu của các chất là:

Lượng NaOH thêm vào đã trung hòa hết nấc 2 của axit

o NaOH

Áp dụng điều kiện bảo toàn proton với mức không: HPO42-, H2O ta có:

PO h

K HPO H +PO K





Bài 2:[2][6] Chuẩn độ 50ml dung dịch axit H 2 A 0,04M Nếu thêm 20ml dung dịch NaOH 0,08M thì

pH của dung dịch bằng 3 Nếu thêm tiếp 30ml NaOH nữa thì pH = 9 Tính hằng số phân li K 1 và K 2 của H 2A

o NaOH

Nếu coi Ka1>>Ka2, thì chỉ xét cân bằng:

Co: 0,02[]:

Ở pH = 3 H2A đã phản ứng với NaOH chỉ tạo muối NaHA

Nồng độ ban đầu của các chất :

Ta có: H2A + NaOH  NaHA + H2O

Co :

[]

Nếu coi K1>>K2, thì chỉ xét cân bằng:

1 175

4 175

1 35

4 175

3

4

10 175



3 3

3 1

Bài 3 [1]: Chuẩn độ dung dịch H 3 PO 4 0,1M theo nấc 1 Nếu muốn sai số chỉ thị không vượt quá 0,5% thì phải kết thúc chuẩn độ trong pH khoảng nào? ( tức là dung chất chỉ thị có nằm trong khoảng nào?)

Giải phương trình đó, ta được

Vậy cần dùng chất chỉ thị có pT nằm trong khoảng 4,3 - 5,0 thì khi ngừng chuẩn độ sẽ mắc sai số nhỏ hơn hoặc bằng 0,5%

Bài 4[1]: Tính số ml dung dịch NaOH 0,1M cần thêm vào 20ml dung dịch H 3 PO 4 0,1M để pH của hỗn hợp thu được bằng 4,0 và 9,0.

Giải:

Gọi thể tích dung dịch NaOH 0,1M cần thêm vào để đạt được pH bằng 4,0 là V Để tính V ta xuất phát từ phương trình :

Khi giải phương trình đó, ta thay:

Giải ra ta được V =19,7ml NaOH 0,1M

Để tính thể tích dung dịch NaOH cần thêm vào để pH hỗn hợp thu được có pH = 9 , ta áp dụng công thức :

Dạng 2: Tính sai số

Bài 1[2]: Tính sai số chỉ thị khi chuẩn độ dung dịch

kết thúc chuẩn độ theo nấc thứ nhất pH = 4,3 và theo nấc thứ hai pH = 10.

4 2

II

Khi kết thúc chuẩn độ ở pH = 4,3 ͌ pHI ; ta áp dụng

công thức tính P-1 đối với nấc 1 được:

Tức là 0,64% axit chưa được chuẩn độ (sai số âm)

+ Khi kết thúc chuẩn độ ở pH=10 ͌ pHII ta áp dụng

phương trình tính sai số ở nấc thứ 2 để tính P – 2:

Tức +0,28% nghĩa là lượng NaOH đã thêm vào dư

0,28% so với lượng axit ban đầu

14 4,3 2 2,12 7,21 4,3

Bài 2[2]: Đánh giá sai số khi chuẩn độ dung dịch axit

4 2

2

1

1  pK  pK 

pH

Khi pT = 9 Tại điểm tương đương thứ hai :

MỘT SỐ BÀI TẬP TƯƠNG TỰ

Bài 1: Dung dịch A chứa axit H2A nồng độ 0,100 M Nếu thêm 10,0 ml dung dịch KOH 0,100 M vào 10,0 ml dung dịch A thì thu được dung dịch B có pH = 4,01; còn nếu thêm 10,0 ml dung dịch KOH 0,200 M vào 10,0 ml dung dịch A thì thu được dung dịch D có pH = 9,11 Tính pH và nồng độ cân bằng các cấu tử trong dung dịch

Bài 2 : [6] Hòa tan 0,063g axit H2A trong 50ml nước Thêm 40ml NaOH 0,03M thì cần 10,05ml HCl 0,02M Tính Mphân tử Biết H2A có pK1= 1,25 và pK2= 4,27

Bài 3 [2]: Hòa tan 1,260g axit oxalic H2C2O4 2H2O trong nước và pha chính xác thành 1lít Chuẩn độ 100ml dung dịch này bằng NaOH 0,0200M.

a Tính sai số chuẩn độ nếu dùng phenolphtalein làm chỉ thị (pT= 9,0)

b Cho biết H2C2O4 có K1 = 5,36.10-2; K2 = 5,42.10-5

Bài 4:

a)Tính số gam H2C2O4 2H2O cần phải lấy để sau khi hòa tan vào nước và đem chuẩn độ với NaOH có nồng độ vào khoảng 0,02N thì hết 15ml NaOH

b)Tính pH của dung dịch trước khi chuẩn độ và tại điểm tương đương nếu thể tích của hỗn hợp sau khi chuẩn độ 100ml

c) Thiết lập phương trình tính sai số chuẩn độ

II.1 Chuẩn độ hỗn hợp axit mạnh và đa axit [4]

Thường phải chuẩn độ axit mạnh và nấc thứ nhất của đa axit và sau đó chuẩn độ tiếp nấc thứ hai của đa axit

VI: chuẩn độ HY và nấc thứ nhất H3A

VII: chuẩn độ HY và 2 nấc của H3A

Thể tích XOH để chuẩn độ riêng HY là 2VI- VII

Thể tích chuẩn độ riêng 1 nấc H3PO4:

VII- VI

II.HỖN HỢP AXIT MẠNH VÀ ĐA AXIT.

PTPU chuẩn độ đến điểm tương đương I

HY+ XOH → XY+ H2O

H3A+ XOH → XH2A+ H2OĐến điểm tương đương thứ II:

HY+ XOH → XY+ H2O

H3A+ 2XOH → X2HA+ 2H2O

II.2 pH tại các điểm tương đương [4],[5]

chính là của dung dịch

chính là của dung dịch Được tính theo công thức :

II.2 pH tại các điểm tương đương [4]

Điều kiện chuẩn độ riêng từng axit:

II.3 Sai số chuẩn độ [4]

Bài 1: Đánh giá sai số chuẩn độ hỗn hợp HCl và

H 3 PO 4 Biết rằng khi chuẩn độ 100,00ml hỗn hợp đến

pT = 4,40 thì hết 45,00ml NaOH 0,100M, còn khi chuẩn độ đến pT = 9,00 thì hết 60,00ml NaOH.

BÀI TẬP VỀ HỖN HỢP AXIT MẠNH VÀ ĐA

Tại pT= 4,4 ta chuẩn độ được HCl và 1 nấc của H3PO4.

Tại điểm pT=9, ta chuẩn độ được HCl và 2 nấc của H3PO4

Áp dụng quy tắc đương lượng:

Sai số chuẩn độ đến điểm tương đương thứ hai:

Sai số chuẩn độ đến điểm tương đương thứ nhất:

2

0, 4 60,00 60,00 60, 24

100

45, 09 (60, 24 45, 09)

.0,1000 0,02994 100

H PO HCl

Bài 2:[2] Một hỗn hợp B gồm HCl 0,1M và H 3 PO 4 0,1M Có

khả năng chuẩn độ riêng HCl trong hỗn hợp B không? Tính thể tích NaOH 0,1M cần để trung hòa 100ml dung dịch B đến màu vàng metyl da cam có pT= 4 Biết H 3 PO 4 có pK a1 = 2,15;

pK a2 = 7,21; pK a3 = 12,32

a) Vì H3PO4 có Ka1= 10-2,15 > 10-7 nên không chuẩn độ riêng HCl được,vì vậy phép chuẩn độ trước hết là chuẩn độ axit HCl và nấc thứ nhất của axit H3PO4

b) Chuẩn độ tới màu vàng của metyl da cam có pT= 4 tức là chuẩn độ tới điểm tương đương thứ nhất Tại điểm tương đương I:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O

Giải:

Tại tương đương 1 dd gồm: H2PO4-, Cl-, Na+ Phương trình ĐKP :

[H+] = [OH-] + [HPO42-]+2[PO43-]-[H3PO4]

Vì Ka3<<Ka2 nên có thể bỏ qua [PO43-] so với [HPO42-]

V0 là thể tích hỗn hợp 2 axit (100 ml), V1 là thể tích dung dịch NaOH thêm vào

C0 là nồng độ mol của dung dịch HCl (0,1M), C0’ là nồng độ mol của H3PO4 (0,1M) và C là nồng độ dung dịch chuẩn

Bài 3: Cần phải thêm bao nhiêu ml dung dịch chuẩn 0,05M vào 20ml dung dịch hỗn hợp HCl 0,05M+ H3 PO40,1M để pH của dung dịch hỗn hợp thu được bằng

Gọi V0 là thể tích hỗn hợp 2 axit (20 ml), V1 ,V2 là thể tích dung dịch thêm vào lần lượt để được pH = 4,

pH = 9

C0 là nồng độ mol của dung dịch HCl (0,05M),

C0‘ là nồng độ mol của H3PO4 (0,1M) và C là nồng độ dung dịch chuẩn NaOH (0,05M)

Giải:

a V1 thêm vào để pT = 4

Phương trình bảo toàn proton xuất phát từ H2O và

Tại pH = 4 ta bỏ qua được

thay các giá trị vào pt ta được V1 = 59,43ml

b) Phương trình bảo toàn proton xuất phát từ H2O và

Khi pH = 9 có thể bỏ qua giá trị

Giải phương trình đó ta được V2 = 99,37 ml

2 4

2 2

0

0

, 0 4

3 2

0

0

V V

CV OH

PO

H V

V

V C PO

H V

V

V C H

Bài 2 :Trong bài thực hành chuẩn độ xác định Na2CO3, CaCO3 và Na2HPO4 có giai đoạn xác định nồng độ dung dịch chứa HCl dư (C01M) và H3PO4 (C02M) bằng phương pháp chuẩn độ axit- bazơ Giả sử chuẩn độ bằng NaOH nồng độ C (M) Biết H3PO4 có pKa1 = 2,15; pKa2 = 7,21;

pKa3 = 12,32 Xác định pH và chọn chỉ thị thích hợp tại các điểm tương đương

Các bazơ đa chức trong đa số trường hợp hầu hết là muối trung hòa được tạo ra từ cation của base mạnh với anion gốc axit đa chức như Na2CO3, Na2B4O7…

Việc chuẩn độ các bazơ đa chức bằng axit mạnh đơn chức diễn ra ngược với quá trình chuẩn độ axit bằng kiềm Vì vậy khả năng chuẩn độ riêng từng nấc cũng phụ thuộc vào tỷ số các hằng số Kb (với Kb = W.Ka-1) và như vậy thực chất cũng là tỷ số giữa các hằng số phân

li kế tiếp của axit liên hợp [5]

III LÝ THUYẾT VỀ CHUẨN ĐỘ BAZƠ ĐA CHỨC

 chuẩn độ riêng từng nấc của đa base với sai số không quá 1%

III.1 Chuẩn độ dung dịch bazơ A3- (lấy dưới dạng

Chuẩn độ bazơ X3A Co (M), Ka1, Ka2, Ka3 bằng axit mạnh HY C(M)

Nếu có khả năng chuẩn độ tiếp đến nấc thứ ba thì thành phần dung dịch là H3A

Tại điểm H + trung hoà nấc 3:

H2A - + H +  H3A Tính pHIII dựa vào các cân bằng của đa axit H3A.

Điểm tđ II: X3A + 2HY → XH2A + 2XY

III.3 Đường cong chuẩn độ bazơ yếu đa chức [4]

(C=Co=0,1M và H3A pKa1= 2,0 ; pKa2= 7,0 ; pKa3 = 12,0)

Sơ đồ chuẩn độ đa base A 3- bằng HY

V1 = VHY chuẩn độ 1 nấc của X3A

V2= VHY chuẩn độ 2 nấc của X3A

III.4 Sai số chuẩn độ [4][5]

Phương trình

sai số

Tại điểm tương đương thứ I

Tại điểm tương đương thứ II

Tính nồng độ, thể tích, pH

Xác định chỉ thị, tính sai số

Xác định chất phân tích, tính hàm lượng

Bài 1:[2] Chuẩn độ 50 ml dung dịch Na 3 PO 4 bằng dung dịch HCl 1M đến mất màu hồng của phenolphtalein thì hết 10 ml dung dịch HCl.

Tính nồng độ, thể tích, pH

Dạng 1

chuẩn độ nấc I:

pHI=0,5.(pKa2+pKa3)=9,765→ chỉ thị phenolphtalein (pT= 8) chuẩn độ nấc II:

V

C C

PO Na

HCl

HCl PO

50

10 1

4 3

4 3

) 1 (







ml C

V

C V

HCl

PO Na PO

Na

1

50 2 , 0 2

2

4 3 4

3

) 2

Bài 2:[2] Hoà tan 0,18345 gam Na 2 CO 3 trong 100 ml nước và chuẩn độ với HCl dùng metyl da cam làm chỉ thị thì hết 39,69 ml HCl Tính C HCl nếu:

C

V

C M

m

HCl

HCl

II HCl CO

Na

CO Na

08721 ,

0

10 69 , 39

53

18345 ,

0

10

2

/

3

3

3 2

3 2

C

V

C M

m

HCl

HCl

II HCl O

H CO Na

O H CO Na

03232 ,

0

10 69 , 39

143

18345 ,

0

10

2

/

3

3 10

.

10

2 3

2

2 3

Bài 3: Một hỗn hợp gồm Na 2 CO 3 và K 2 CO 3 với tỉ lệ khối lượng như nhau Hoà tan 1 gam hỗn hợp trong nước và thêm rất chậm 29,76 ml HCl 0,2688M rồi pha loãng với

H 2 O thành 100 ml dd A Tính số ml dd axit (hay kiềm)

có nồng độ 0,2688M phải dùng để chuẩn độ 10 ml dd A đến pT = 8 H 2 CO 3 pK a1 =6,35 pK a2 =10,33

Giải:

CO3

+ H + → HCO3- 8,34.10 -3 8.10 -3 3,4.10 -4 - 8.10 -3

3, 4.10 60.10

0, 2688 .10 100

a Chuẩn độ đến mất màu của phenolphtalein (pT = 8)

b Chuẩn độ đến chuyển màu metyl da cam (pT = 4)

10 10

10

10 10

10 02

, 0 01 , 0

02 , 0 01 ,

0 10

b Thay vào công thức tính sai số qII ta có:

= 0,003 = 0,3%

) 10

10

10 10

10 ( 2

10 10

2 10

.

10 02

, 0 01 , 0 2

02 , 0 2 01 ,

0 10

33 , 10 35

, 6 8

35 ,

6 6

Bài 2: Chuẩn độ 50ml dung dịch Na 3 PO 4 bằng HCl 1M đến mất màu hồng của phenolphtalein (pT=8) thì hết 10ml HCl.

là tạo thành muối Na2HPO 4

Na PO M Na PO

Áp dụng quy tắc đương lượng ta có:

b) Tính gần đúng:

Chuẩn độ 50ml dung dịch Na3PO4 trên bằng HCl 1M đến mất màu hồng của metyl da cam thì chuẩn độ hết nấc 2, nghĩa là tạo thành muối NaH2PO 4 

Áp dụng quy tắc đương lượng ta có:

Tính chính xác:

Nếu chuẩn độ dung dịch Na3PO4 đến mất màu của

metyl da cam (pT = 4) bằng dung dịch HCl thì sai số tính theo phương trình:

Thể tích chính xác HCl cần dùng là:

V HCl = 20.(1- 4,2.10 -3 %) = 19,99ml

2 2

Xác định chất phân tích, tính hàm lượng

a Xác định công thức muối và độ tinh khiết của muối.

b Nếu trong phép chuẩn độ trên dùng H 2 SO 4 0,2M thay cho HCl và nếu dùng metyl da cam làm chỉ thị (pT = 4) thì phải dùng bao nhiêu ml dung dịch

H 2 SO 4 ?

Độ tinh khiết của muối:

b VII : thể tích H2SO4 để chuẩn độ đến đổi màu metyl da cam (chuẩn độ nấc 2)

3

25

/ 2 100 1,7896 25

Bài 2:[2] Để xác định hàm lượng NaOH và Na 2 CO 3 có trong một mẫu xút ăn da người ta hoàn tan 4,01 gam mẫu và thêm nước đến 1 lít (dung dịch A) Chuẩn độ

25 ml dung dịch A (dùng metyl da cam làm chỉ thị) hết 23,15 ml HCl 0,1022N.

Trong một thí nghiệm khác người ta thêm BaCl 2 dư vào 25 ml dung dịch A và pha loãng với nước đến 100

ml Lọc bỏ kết tủa, chuẩn độ nước lọc thu được hết 22,55 ml HCl 0,1022M

xút ăn da.

b Tính số ml HCl phải dùng trong phép chuẩn độ lần thứ nhất nếu dùng phenolphtalein làm chỉ thị (pT = 8)

VII = 23,15 ml: VHCl chuẩn độ NaOH và 2 nấc của Na2CO3

(1)

09464 ,

0 53

40

10 15 , 23 1022 ,

0 1000

25

2 /

3 2

3 2

3 2

3 2

3

) (

CO Na

CO Na

NaOH NaOH

II HCl CO

Na NaOH

m m

M

m M

m

S S

S

gam m

M

m S

S

O H

NaCl HCl

NaOH

NaCl BaCO

CO Na

BaCl

NaOH

NaOH

NaOH HCl

NaOH

6874,

3

10.55,22.1022,

01000

25

2

3 2

3 3

2 2

Thay vào (1), tính được m = 0,1301 gam

VI : thể tích HCl để chuẩn độ đến đổi màu phenolphtalein (chuẩn độ NaOH và 1 nấc của Na2CO3)

V

V

C M

m M

m

S S

S

I

I

HCl HCl

CO Na

CO Na NaOH

NaOH

I HCl CO

Na NaOH

85 , 22

1022 ,

0 1000

25

106

1301 ,

0 40

6874 ,

3

10

1000

25

) (

3 2

3 2

3 2