CHƯƠNG VII PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH (PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ)

CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH Người soạn: Lâm Hoa Hùng NỘI DUNG CHÍNH Cơ sở PP Phân tích thể tích (PTTT) ¾ Một số khái niệm mở đầu ¾ Đường chuẩn độ cách thức thành lập ¾ Chất thị dạng chất thị Các cách thức chuẩn độ cách tính kết Sai số hệ thống PP PTTT ¾ Sai số số cân bằng, sai số thiết bị, dụng cụ ¾ Sai số thị Các phản ứng chuẩn độ thông dụng MỘT SỐ KHÁI NIỆM PP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH Định lượng cấu tử X dựa phép đo thể tích PƯ X C thực cách nhỏ C từ từ vào DD X Sự định phân hay phép chuẩn độ Burette (C) Thời điểm C tác dụng vừa hết với X Điểm tương đương (ĐTĐ) Thể tích C ĐTĐ Vtđ Erlen (X) Tính CX biết VX MỘT SỐ KHÁI NIỆM Điểm tương đương Giúp phát xác định dựa vào đổi màu, xuất tủa … Khi sử dụng thị Dừng chuẩn độ theo biến đổi thị Điểm cuối (Vf) Chất thị Tùy điều kiện DD X buret DD C chứa erlen Phản ứng chuẩn độ C+X⇄A+B • Vf ≡ Vtđ : Không có sai số thị • Vf ≠ Vtđ : Có sai số thị Burette (C) Erlen (X) ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ĐỊNH NGHĨA Đường chuẩn độ: biểu diễn biến đổi đại lượng trình chuẩn độ thêm thuốc thử vào CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ • Trục tung : Biểu diễn đại lượng nồng độ hay logarit nồng độ ([C], [X], lgC, lgX, pC, pX, E, pH…) • Trục hoành : Biểu diễn lượng chất chuẩn thêm vào (ml, số đương lượng hay f) nC f = nX • nC : số (mili) đương lượng thuốc thử C dùng thời điểm xét • nX0 : số(mili) đương lượng X ban đầu ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ™ Hai dạng đường chuẩn độ phổ biến 1) Dạng biểu diễn biến thiên [X], [C], [A], [B] theo lượng chất chuẩn thêm vào [X] [C] Vtd VC [A] Vtd VC Vtd VC ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ™ Hai dạng đường chuẩn độ phổ biến 2) Dạng biểu diễn biến thiên lg[X], lg[C], pX = - lg[X] hay pC = - log [C], pH, E theo lượng thuốc thử thêm vào Log [C] Log [X] VC (ml) VC (ml) ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ MỤC ĐÍCH - CÔNG DỤNG • Theo dõi biến đổi tiêu lý hóa, • Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố khác • Giúp xác định điểm tương đương ⇒ lựa chọn chất thị • xác định độ xác trình chuẩn độ CÁCH THÀNH LẬP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ Tính theo trị số lý thuyết C, V (PT đường chuẩn độ lý thuyết) Vẽ từ trị số thực nghiệm trình chuẩn độ (đường chuẩn độ thực • Mô tả xác, đầy đủ QT chuẩn nghiệm) độ mà không cần tiến hành TN • Thu nhận từ việc tổ hợp hệ nhiều PT liên quan thành PT CHẤT CHỈ THỊ ĐỊNH NGHĨA CHẤT CHỈ THỊ (Ind hay In) hợp chất hữu hay vô có cấu trúc thay đổi theo nồng độ cấu tử Z DD Sự thay đổi cấu trúc Ind Dấu hiệu đặc trưng • Biến đổi màu sắc DD • Xuất hay kết tủa PHÂN LOẠI CHẤT CHỈ THỊ Theo công dụng, cách sử dụng, chất hóa học • Ind Oxh – Kh, ion, hấp phụ … • Ind ngoại, Ind nội, chất tự thị • Ind màu, hai màu, Chỉ thị thuận nghịch Chỉ thị bất thuận nghịch CHẤT CHỈ THỊ ĐIỀU KIỆN CHỌN LỰA CHẤT CHỈ THỊ Bền nhạy Xác định điểm cuối với độ xác cao Phù hợp với chất cấu tử - Dạng IndZ Ind có tính chất khác rõ rệt - Phản ứng từ Ind → IndZ ngược lại phải nhanh ⇒ chuyển màu dung dịch nhanh - Sự biến đổi (màu) Ind gần ĐTĐ tốt 10 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ OXI HÓA KHỬ Ind(Oxh) + ne- Ind(kh) Cơ cấu, màu sắc thay đổi theo khả cho nhận ehay theo Oxh – Kh môi trường DD có màu dạng Oxh [Ind(ox)] / [Ind(kh)] ≥ 10 (và dạng Kh [Ind(ox)] / [Ind(kh)] ≤ 1/10) Khoảng chuyển màu pH xác định E cm 0,059 =E ± n i Chuẩn độ với E tăng dần: Ef Dừng CĐộ hai đầu mút khoảng chuyển màu (tùy vị trí C, X) E Khoảng chuyển màu Ef : Chuẩn độ với E giảm dần 12 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ AXIT - BAZ Là acid hay baz hữu yếu có thay đổi cấu trúc ion hay phân tử pH thay đổi Thay đổi màu sắc theo pH DD CB thị: HInd Ind + H+ • DD có màu dạng trội Ind tỷ số [Ind]/[HInd] ≥ 10 • DD có màu dạng trội HInd tỷ số [Ind]/[HInd] ≤ 1/10 Khoảng chuyển màu dd ∆ pHch/m = pki ± 13 CHẤT CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ AXIT - BAZ pH dừng Cđộ đầu mút khoảng chuyển màu Thực tế, thường dừng pH có biến đổi màu rõ rệt nhất, gọi pT (chỉ số chuẩn độ chất thị) Chuẩn độ với pH tăng dần: pHf =pki +1 pT ≈ pki thị pT pH Khoảng chuyển màu pHf = pki – 1: Chuẩn độ với pH giảm dần • Thêm vào thị chất tạo màu trơ • Sử dụng thị có pki gần Dễ quan sát thay đổi màu sắc 14 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ TẠO PHỨC Là chất hữu có khả tạo phức với ion kim loại có màu khác với màu thị tự Thay đổi màu sắc theo nồng độ ion kim loại Ind + Mn+ Mindn+ [ MInd ] [ Mind ] n+ ⇒ [M ] = × β = n+ β i [ Ind ] [ Ind ][M ] ⇒ pM n+ [ Ind ] = lg β i + lg [ Mind ] • DD có màu dạng trội Ind tỷ số [Ind]/[MInd] ≥ (5) • DD có màu dạng trội MInd tỷ số [Ind]/[HInd] ≤ 1/3 (1/5) Khoảng chuyển màu dd ∆ pMn+ch/m = lgβi ± lg3 15 CHẤT CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ TẠO PHỨC pMn+ dừng Cđộ đầu mút khoảng chuyển màu Cđộ với pMn+ tăng dần: pMf =lgβi + lg3 pMn+ Khoảng chuyển màu pMf =lgβi – lg3:Chuẩn độ với pH giảm dần Đa số thị acid yếu HmInd nên: MInd(n−m) + mH+ HmInd + Mn+ Phức bền khoảng pH định Dạng HmInd (acid) khác màu với dạng Ind (baz) (màu thị thay đổi theo pH) chọn pH thích hợp dùng thị tạo phức 16 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ BẤT THUẬN NGHỊCH Giúp xác định điểm cuối QT chuẩn độ lần Do biến đổi bất thuận nghịch thành phần hóa học, cấu tạo thực PỨ thị Các dạng thị bất thuận nghịch Một số chất thị oxy Các chất thị tạo tủa hóa khử bị phân hủy hóa Ind + Mn+ MInd n↓, TMInd = [Ind][Mn+] học PỨ Oxh - Kh Dừng chuẩn độ metyl da cam, metyl đỏ, pMn+f = lgTMInd + lg [Ind]f congo đỏ… Điểm cuối định nồng độ tự thị 17 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ TRỰC TIẾP Thuốc thử C cho dần vào dd chứa X Chỉ thị điểm cuối chuẩn độ C X C+X A+B Số Đlượng C ≈ Số Đlượng X 18 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ NGƯỢC Cho lượng thừa thuốc thử C vào dd chứa X Chỉ thị Xác định lượng thừa C dd chuẩn C1 điểm cuối chuẩn độ C X C1 C+X → A+B C + C1 → D + E Số ĐL X ≈ Số ĐL C - Số ĐL C1 Dùng chuẩn độ ngược phản ứng X C: Không có thị thích hợp Cần tiến hành điều kiện đặc biệt (nhiệt độ cao, thời gian tiếp xúc dài…) 19 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ THẾ Cho thừa AC1 vào dd chứa X ⇒ lượng C1 = lượng X Chỉ thị Xác định lượng C1 dd chuẩn C điểm cuối chuẩn độ X AC1 C1 C AC1 + X → AX + C C + C1 → D + E Số đL X ≈ Số đL C ≈ Số đL C1 Dùng chuẩn độ Không có thị thích hợp cho X thuốc thử cho X Lưu ý: hợp chất AX phải bền AC1 20 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ GIÁN TIẾP Chuyển X thành hợp chất (kết tủa) có công thức phân tử xác định E Chỉ thị Chuẩn độ thành phần E thuốc thử C điểm cuối chuẩn độ Để xác định K, chuyển K vào hợp chất K2NaCo(NO2)6↓ CĐộ Co → hàm lượng K Để xác định Na, → thành NaMg(UO2)(CH3COO)9 ↓ hay NaZn(UO2)(CH3COO)9 ↓ CĐộ Mg (Zn) → hàm lượng Na 21 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ LIÊN TIẾP HAY PHÂN ĐOẠN Mẫu chứa nhiều cấu tử (X1, X2, X3… ) Cđộ thuốc thử C (C1) Xác định X1 Cđộ tiếp thuốc thử C (C2) Xác định X2 Cđộ tiếp thuốc thử C (C3) Xác định X3 Cđộ tiếp thuốc thử C (C…) Xác định X… Chỉ tiến hành chuẩn độ liên tiếp PƯ chuẩn độ có cấu tử tham gia 22 CÁCH TÍNH KẾT QUẢ TRONG PP THỂ TÍCH BIỂU THỨC TÍNH MẪU LỎNG 1) Lấy VX (ml) mẫu, chuẩn độ VC (ml) DD chuẩn CC: C CVC CX = VX CX CM(X) = n CCVC CCVC M X DX = × C(g/l) = VX VX n 2) Lấy V(ml) mẫu đậm đặc (A) pha thành V1(ml) DD loãng (B) ; Cđộ VX (ml) DD loãng B VC (ml) DD chuẩn CC : CN (ddđđ A) = CCVC V1 × VX V ⇒ C(g/l) = CN (ddđđ) ĐX 1000 V1 × × ÑX tính theo số ĐL C: C(g/l) = C C 10 VC × VX V −3 23 CÁCH TÍNH KẾT QUẢ TRONG PP THỂ TÍCH BIỂU THỨC TÍNH MẪU RẮN 1) Cân a(g) mẫu, hòa tan Cđộ VC (ml) dd chuẩn CC : 100 % X = C C ×VC × 10 × × ĐX m −3 Cân a(g) mẫu, hòa tan định mức thành V1 (ml) DD loãng; lấy VX (ml) DD đem chuẩn độ VC (ml) dd chuẩn CC 2) V1 100 % X = C C ×VC × 10 × × × ĐX VX m −3 24 CÁCH TÍNH KẾT QUẢ TRONG PP THỂ TÍCH BIỂU THỨC TÍNH CÁC GHI CHÚ 1) Các công thức áp dụng cho cách chuẩn độ trực tiếp chuẩn độ Với cách chuẩn độ ngược CC.VC = CX.VX + VC1.CC1 ⇒ C C VC − C C1 VC1 CX = VX 2/ Áp dụng định luật đương lượng để tính toán pha loãng dung dịch từ dung dịch đậm đặc Cđđ.Vđđ = CL.VL ⇒ C L V L Vđđ = C đđ Công thức áp dụng pha loãng dd nồng độ mol 25 CÁCH TÍNH KẾT QUẢ TRONG PP THỂ TÍCH BIỂU THỨC TÍNH CÁC GHI CHÚ 3/ Việc tính kết tiến hành thông qua độ chuẩn a) Độ chuẩn chất (TX) số g hay mg X 1mL dd m T ( g / mL ) = V hay m T ( mg / mL ) = × 1000 V b) Độ chuẩn theo chất xác định (TC/X) số g hay mg X tác dụng vừa đủ với mL dung dịch chuẩn nồng độ CC ) TC / X ( g / ml ) = C C × 10 −3 × Đ X 10 × TC / X ⇒ CC = ĐX Ví dụ: TC/X = THCl / NaOH = 0,00401 g nghĩa 0,00401 g NaOH tác dụng vừa đủ với ml dd HCl 0,1 N 26