PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH THỂ TÍCH

Người ta biểu thị nồng ñộ của dung dịch bằng lượng chất tan ñược hoà tan trong một lượng xác ñịnh dung dịch hay dung môi.. Nồng ñộ phần trăm theo khối lượng: C%kl/ kl Biểu thị bằng số g

7 Loại trừ sai số thô bằng cách:

8 Chữ số có nghĩa (CSCN) trong số ño trực tiếp bao gồm:

9 Kết quả ñịnh lượng sau cùng là M = 0,0020 g, số ño này bao gồm … chữ số có nghĩa:

10 Kết quả ñịnh lượng sau cùng là M = 0,0025 g, chữ số 5 là chữ số:

Chương 4 NỒNG ðỘ DUNG DỊCH

b Sai số ngẫu nhiên e Sai số tương ñối

c Sai số tuyệt ñối

a Tra bảng Student ñể tìm Ttn và Tlt d Câu a và c ñúng

b Dùng phương pháp chuẩn Dixon (test Q) e Câu b và c ñúng

c Dùng phương pháp kiểm ñịnh T (test T)

a Nhiều chữ số tin cậy và nhiều chữ số nghi ngờ d Câu a và c ñúng

c Nhiều chữ số tin cậy và duy nhất một chữ số nghi

ngờ

a 5 chữ số có nghĩa d 1 chữ số có nghĩa

c 2 chữ số có nghĩa

a Chữ số có nghĩa tin cậy c Câu a và b ñều ñúng

b Chữ số có nghĩa không tin cậy d Không câu nào ñúng

Phần II PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH THỂ TÍCH

NỘI DUNG

1 MỞ ðẦU

Dung dịch là một hệ ñồng thể gồm hai hay nhiều cấu tử (phân tử hay ion) Một dung dịch bất kỳ ñều gồm chất tan và dung môi Thành phần của chất tan trong dung dịch ñược biễu diễn bằng nồng ñộ Nồng ñộ là một ñặc tính ñịnh lượng cơ bản của dung dịch

Người ta biểu thị nồng ñộ của dung dịch bằng lượng chất tan ñược hoà tan trong một lượng xác ñịnh dung dịch hay dung môi

2 CÁC CÁCH BIỂU THỊ NỒNG ðỘ

2.1 Nồng ñộ phần trăm (nồng ñộ bách phân)

2.1.1 Nồng ñộ phần trăm theo khối lượng: C%(kl/ kl)

Biểu thị bằng số gam chất tan có trong 100 gam dung dịch

Ký hiệu: C% (kl/kl)

Công thức

m: khối lượng của chất tan (gam)

m1: khối lượng của dung dịch (gam)

V: thể tích dung dịch (ml)

d: khối lượng riêng của dung dịch

Thí dụ: Dung dịch amoniac 25% (kl/kl) có nghĩa là trong 100g dung dịch có chứa 25g amoniac

Từ công thức (4.1), suy ra lượng chất tan cần thiết

• Trường hợp pha một dung dịch trong ñó hoà tan m gam chất tan vào b gam dung môi thì nồng ñộ phần trăm của dung dịch là:

MỤC TIÊU

− Trình bày ñược các cách biểu thị nồng ñộ dung dịch

− Tính ñược ñương lượng của một chất trong phản ứng

− Giải ñược các bài toán về nồng ñộ dung dịch

(4.1)

(4.2)

Thí dụ 1: Tính nồng ñộ phần trăm C% (kl/kl) của dung dịch natri carbonat nếu cân 25 g Na2CO3 pha trong 250 ml nước

Giải:

Trong bài toán này,

m: khối lượng chất tan = 25 g

b: khối lượng dung môi = V.d = 250 ì 1 = 250 (g)

m + b: khối lượng dung dịch = 25 g + 250 (g)

Nồng ñộ phần trăm của natri cacbonat:

Thí dụ 2: Alizarin ñược dùng làm thuốc thử Khi pha người ta hoà tan 0,25 g trong 100 ml nước, như vậy nồng ñộ phần trăm C%(kl/kl) của alizarin sẽ là:

Trong hoá phân tích, nồng ñộ phần trăm ñược coi là gần ñúng, hoá chất ñược cân trên cân kỹ thuật

2.1.2 Nồng ñộ phần trăm khối lượng theo thể tích: C%(kl/ tt)

Biểu thị số gam chất tan trong 100 ml dung dịch

Ký hiệu: C% (kl/tt)

Công thức

Khối lượng chất tan ñược tính

Thí dụ 1: Khi pha một dung dịch glucose ưu trương, nếu sử dụng 200 g glucose pha thành 1000 ml, nồng ñộ dung dịch glucose tính theo nồng ñộ phần trăm:

Thí dụ 2: ðể pha 1 lít dung dịch tiêm truyền NaCl 0,9%, lượng NaCl ñược tính theo công thức:

(4.3)

(4.4)

(4.5)

2.1.3 Nồng ñộ phần trăm theo thể tích: C% (tt/ tt)

Biểu thị số mililít (ml) chất tan có trong 100 ml dung dịch

Ký hiệu: C% (tt/tt)

Công thức

V: thể tích của chất tan

V1: thể tích của dung dịch

Thí dụ: Người ta lấy 960 ml ethanol tuyệt ñối pha thành 1000 ml dung dịch Như vậy nồng ñộ của dung dịch cồn là:

3 NỒNG ðỘ PHÂN TỬ (NỒNG ðỘ MOL) C M

Biểu thị số mol của chất tan có trong 1 lít (1000 ml) dung dịch

Ký hiệu: CM

Công thức

m: khối lượng của chất tan (gam)

M: khối lượng mol (khối lượng phân tử) của chất tan

V: thể tích của dung dịch cần pha

Số mol của dung dịch ñược tính:

(4.6)

(4.7) (4.8)

(4.9)

Thí dụ 1: Tính nồng ñộ mol của dung dịch H2SO4, biết rằng ñể pha một dung dịch có thể tích là 500

ml, lượng H2SO4 ñậm ñặc cần dùng là 49 gam Khối lượng mol của H2SO4 (M = 98 g)

Giải

Thí dụ 2: Nước biển tiêu chuẩn chứa 2,7 g muối NaCl trong mỗi 100 ml dung dịch Xác ñịnh nồng

ñộ mol của NaCl trong nước biển

Giải:

Khối lượng NaCl: m = 2,7 (g)

Khối lượng mol của NaCl M = 58,5 g

Thể tích của dung dịch V = 100 ml

Một dung dịch chứa một phân tử gam chất tan trong một lít dung dịch ñược gọi là dung dịch phân

tử Từ dung dịch phân tử ñược lấy làm ñơn vị, người ta so sánh dung dịch ñậm ñặc hơn: 2M, 3M hay

dung dịch loãng hơn: 0,1M (decimol), 0,01M (centimol), 0,001M (milimol)

3.1 Nồng ñộ ñương lượng

Cách biểu thị nồng ñộ ñương lượng do nhà hoá học người ðức Karl Friedrich Mohr phát biểu mục ñích ñể ñơn giản hoá các phép tính

Cách biểu thị nồng ñộ này dựa trên khái niệm khối lượng ñương lượng (ñương lượng gam) của một

chất

3.1.1 ðương lượng gam

Ký hiệu E gam

ðương lượng gam của một chất ñược tính tuỳ thuộc vào bản chất của phản ứng hoá học

3.1.1.1 Trường hợp phản ứng acid – base

• ðối với một acid: ðương lượng gam là phân tử mol của acid ñó chia cho số proton hoạt tính (H+)

Thí dụ 1: ðương lượng gam của acid hydrochloric trong phản ứng trung hoà là:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

Thí dụ 2: ðương lượng gam của acid sulfuric ñược tính trong trường hợp phản ứng với NaOH

H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2 H2O

• ðối với một base, ñương lượng gam là phân tử gam của base chia cho số proton hoạt tính (H+) cần thiết ñể trung hoà nó

Thí dụ: ðương lượng gam của natri hydroxyd ñược tính khi phản ứng với HCl

3.1.1.2 Trường hợp phản ứng oxy hoá – khử

ðối với phản ứng oxy hoá ñương lượng gam của bất kỳ chất nào ñưa vào phản ứng cũng là khối

lượng mol của chất ñó chia cho số electron (n) cho hay nhận trong quá trình phản ứng

Thí dụ 1: Trong phản ứng oxy hoá giữa sắt (II) và kali permanganat

Thí d ụ 2: Phản ứng oxy hoá giữa Cr3+ với Sn2+

3.1.1.3 Trường hợp phản ứng tủa và phức chất

• ðương lượng gam của một cation ñược tính bằng cách lấy khối lượng gam của cation chia cho ñiện tích của cation

• ðương lượng gam của một anion là khối lượng gam của anion chia cho số ñương lượng của ion kim loại tương ứng ñể tạo tủa hoặc phức chất

Thí dụ:

- Trường hợp 1 Cation và anion có cùng số ñiện tích

- Trường hợp 2 Cation và anion có số ñiện tích khác nhau

- Trường hợp 3 Trường hợp tạo phức giữa cation và anion

3.1.2 Số ñương lượng gam

Số ñương lượng gam của chất A bằng số gam chất A chia cho ñương lượng gam của chất ñó

3.1.3 Nồng ñộ ñương lượng

Nồng ñộ ñương lượng ñược biểu diễn bằng số ñương lượng gam của chất tan có trong 1 lít (1000 ml) dung dịch

Ký hiệu: CN

Công thức:

(4.10)

(4.11) (4.12) (4.13)

Thí dụ: Xác ñịnh nồng ñộ ñương lượng của dung dịch nitrat bạc khi hoà tan 1,35 g AgNO3 thành

250 ml dung dịch

Biết khối lượng mol AgNO3 = 108, ñương lượng gam AgNO3 = 108 (số ñiện tích Ag+ = 1)

Nồng ñộ ñương lượng của dung dịch AgNO3:

Một dung dịch chứa một khối lượng ñương lượng của chất tan ñược goị là dung dịch có nồng ñộ nguyên chuẩn N Bên cạnh nồng ñộ nguyên chuẩn, người ta còn sử dụng bội số của N như dung dịch

2N, 4N , ước số của N như dung dịch 0,1N, dung dịch 0,01N

ðể tính toán lượng chất tan A cần thiết ñể pha dung dịch ñương lượng cho biết trước, người ta suy lượng m từ công thức (4.13)

3.1.4 Công thức tính nồng ñộ ñương lượng

Các tính toán trong cách chuẩn ñộ theo nồng ñộ ñương lượng gần giống với cách tính toán trong chuẩn ñộ theo nồng ñộ phân tử Có một sự khác biệt là tại ñiểm tương ñương tích của các thể tích (tính bằng ml) của các dung dịch các chất phản ứng với nồng ñộ ñương lượng thì bằng nhau

ml A NA = ml B NB

VA.NA = VB.NB Hay tại ñiểm tương ñương các thể tích dung dịch thuốc thử và của các chất cần xác ñịnh ñã phản ứng với nhau tỷ lệ nghịch với nồng ñộ ñương lượng của chúng

Quy tắc này gọi là quy tắc hợp thức (stoéchiométrie – stoichiometry)

Thí dụ: Dung dịch acid hydrochloric ñược xác ñịnh nồng ñộ bằng cách ñem chuẩn ñộ với dung dịch chuẩn natri hydroxyd Nếu sau khi phản ứng kết thúc, 25,00 ml dung dịch HCl ñược trung hoà cần một thể tích NaOH 0,0950 N là 32,20 ml Tính nồng ñộ ñương lượng của dung dịch acid hydrochloric

Giải:

Áp dụng phương trình trên, ta có:

NAVA = NBVB Với VA: thể tích của dung dịch HCl cần chuẩn ñộ, VA = 25,00 ml

(4.14)

NA: nồng ñộ của HCl.

VB: thể tích của dung dịch chuẩn NaOH, VB = 32,20 ml

NB: nồng ñộ của NaOH NB = 0,0950 N

Nồng ñộ của dung dịch acid hydrocloric:

4 MỘT SỐ CÁCH BIỂU THỊ NỒNG ðỘ KHÁC

4.1 Nồng ñộ gam

4.1.1 Nồng ñộ g/l

Biểu thị bằng số gam chất tan có trong 1 lít dung dịch

Ký hiệu: g/l

Công thức:

m: khối lượng của chất tan (gam)

V: thể tích dung dịch ñã cho tính bằng ml

Loại nồng ñộ này thường dùng trong một số thuốc thử acid hay base

Thí dụ: Nước thạch cao hay dung dịch CaSO4 bão hoà có nồng ñộ 2 g/l

4.1.2 ðộ chuẩn

Biểu thị số gam hay miligam chất tan có trong 1 mililít dung dịch

Ký hiệu: T

Thí dụ: Acid nitric ñậm ñặc là acid có ñộ chuẩn T = 1,40 g/ml

Trong thực tế, người ta thường dùng những dung dịch chuẩn có nồng ñộ ñã chọn sao cho cứ 1 ml dung dịch chuẩn tương ứng với một lượng chất cần ñịnh lượng ñể tính toán ñược dễ dàng

Thí dụ: ðể xác ñịnh ñộ cứng của nước, người ta ñịnh lượng nước bằng dung dịch complexon III chuẩn 0,01M với chỉ thị ðen Eriocrom T Khi phản ứng kết thúc, ñọc số thể tích ml dung dịch complexon III sử dụng

Tính kết quả: 1 ml complexon III ứng với 0,561 mg CaO, như vậy ứng với V ml người ta tính ñược

(4.15)

(4.16) (4.16a)

hàm lượng Ca2+ có trong nước

Người ta còn dùng ñộ chuẩn trong chuyển ñổi từ nồng ñộ này sang nồng ñộ khác

Thí dụ: Tính nồng ñộ phần trăm C%(kl/tt) của dung dịch H2SO4 2M

Từ dung dịch H2SO4 2M, áp dụng công thức tính CM suy ra khối lượng

Nồng ñộ phần trăm C% (kl/tt) của H2SO4 = 0,196 × 100 = 19,6%

4.2 Nồng ñộ ion gam

Biểu thị số ion gam chất tan có trong 1 lít dung dịch

Ký hiệu: ion gam/l

Thí dụ: Dung dịch FeSO4 có chứa 5,6 g Fe2+ → nồng ñộ ion gam của Fe2+ là 0,1 ion g/l vì 1 ion gam Fe2+ = 56

4.3 Nồng ñộ phần triệu (ppm: parts per million)

ðối với những dung dịch có nồng ñộ rất loãng, người ta thường sử dụng nồng ñộ phần triệu (ppm) Nồng ñộ phần triệu biểu thị số gam chất tan có trong 106 gam dung dịch hay hỗn hợp Người ta còn biểu thị số microgam của chất tan có trong 1 ml dung dịch hay số miligam chất tan có trong 1 lít dung dịch

Ký hiệu: ppm

Công thức:

Vì khối lượng riêng của nước là 1, khi một dung dịch có lượng chất tan quá ít so với lượng dung

môi, người ta quy ước 1 ml dung dịch = 1 g, vì lẽ ñó, dung dịch có nồng ñộ 1 ppm tương ứng với 1µg chất tan có trong 1 ml dung dịch hay 1,00 mg/1 lít dung dịch

Thí dụ: TCVN 5501 - 1991 quy ñịnh giới hạn nồng ñộ nitrat có trong nước uống là ≤ 5ppm

(4.17) (4.18) (4.19)

4.4 Nồng ñộ phần tỷ (ppb: parts per billion)

Nồng ñộ ppb hay nồng ñộ phần tỷ biểu thị số gam của chất tan có trong 109 gam của dung dịch hay hỗn hợp

Ký hiệu: ppb

Công thức:

Dung dịch 1 ppb của một chất tương ứng với 1 mg chất ñó trong 1 ml dung dịch hay 1 µg trong 1 lít dung dịch

Trường hợp biểu thị nồng ñộ của chất khí, người ta thường dùng ñơn vị chất khí trong một thể tích hơn là trong khối lượng

Thí dụ: 8ppb monoxyd carbon trong không khí có nghĩa là 8µl CO có trong 1 lít không khí

5 HỆ THỨC LIÊN LẠC GIỮA CÁC NỒNG ðỘ

5.1 Nồng ñộ phần trăm (C%) và nồng ñộ mol (C M )

Thí dụ 1: Tính nồng ñộ phần trăm của dung dịch NH4OH 14,8M, biết rằng khối lượng riêng là 0,899 g/ml, khối lượng mol phân tử là 17,03

Giải

Áp dụng công thức (4.22)

Thí dụ 2: Tính nồng ñộ mol của dung dịch H2SO4 98% (d = 1,84 g/ml), phân tử gam = 98

Giải

Nồng ñộ mol và nồng ñộ ñương lượng

(4.20) (4.21)

(4.22) (4.23)

(4.24)

n ñược tính tuỳ theo bản chất của phản ứng hoá học

6 MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ NỒNG ðỘ

6.1 Pha thuốc thử có nồng ñộ loãng từ dung dịch ñậm ñặc

Thí dụ 1: Cần bao nhiêu ml acid hydrocloric ñậm ñặc 12,1 N ñể pha loãng thành 1 lít dung dịch HCl

có nồng ñộ 0,1 N?

Giải

Áp dụng công thức VANA = VBNB

Hay Vñậm ñặc ×Nñậm ñặc = Vpha loãng ×Npha loãng Lấy 8,26 ml dung dịch HCl 12,1 N pha trong nước ñể có 1 lít dung dịch HCl 0,1 N

Thí dụ 2: Dung dịch amoniac ñậm ñặc chứa 28 % (kl/kl) NH3, khối lượng riêng 0,899 Tính thể tích của dung dịch này cần dùng ñể pha 500 ml dung dịch có nồng ñộ 0,25M Phân tử mol của NH3 là 17,03

Giải

- Tính khối lượng gam của NH3 có trong một lít dung dịch:

Từ công thức (4.23) suy ra:

- Nồng ñộ mol của dung dịch:

- Tính thể tích của dung dịch 14,8 M ñể pha loãng thành 500 ml dung dịch nồng ñộ 0,25 M

Áp dụng công thức

Vñậm ñặc Nñậm ñặc = Vpha loãng Npha loãng Trong ñó Nñậm ñặc = 14,8 M Vñậm ñặc =?

Vpha loãng = 500 ml, Npha loãng = 0,25 M Như vậy:

(4.25)

Lấy 8,45 ml dung dịch amoniac 14,8 M pha với nước thành 500 ml dung dịch

6.2 Tính nồng ñộ mol của một dung dịch

Thí dụ: Tính nồng ñộ mol của acid nitric (M = 63) trong một dung dịch, biết rằng khối lượng riêng

là 1,42 và chứa 70% (kl/kl) HNO3

Giải

Từ công thức (4.23) suy ra nồng ñộ mol của acid nitric:

TỪ KHÓA

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Phân biệt các loại nồng ñộ: nồng ñộ phần trăm, nồng ñộ mol, nồng ñộ nguyên chuẩn và nồng ñộ

ñương lượng

2 Tính nồng ñộ mol của các dung dịch sau:

3 Tính ñương lượng gam của các ion theo các phản ứng dưới ñây:

a) 2NaOH + H2C2O4 → Na2C2O4 + 2H2O

b) 2FeCl3 + SnCl2 → 2FeCl2 + SnCl4

c) AgNO3 + 2NaCN → Ag(CN)2- + 2Na+ +

• nồng ñộ phần trăm • ñương lượng gam

• nồng ñộ nguyên chuẩn • quy tắc hợp thức

4 Tính nồng ñộ ñương lượng của dung dịch Na2CO3 khi sử dụng một thể tích HCl 0,1 N là 30,60ml

ñể trung hoà 150 mg mẫu thử

5 Người ta dùng nồng ñộ ppm trong trường hợp nào?

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

1 Nồng ñộ phần trăm C% (kl/kl) ñược biểu thị:

2 Nồng ñộ phần trăm C% (tt/kl) ñược biểu thị

3 Nồng ñộ phần trăm C% (tt/tt) ñược biểu thị

4 Nồng ñộ gam/ lít ñược biểu thị

5 Số gam kali dicromat cần thiết ñể pha 250 ml dung dịch kali dicromat 2M là

6 Tính nồng ñộ mol của một dung dịch ethanol (C2H5OH = 46) Biết rằng trong 85,0 ml dung dịch

có chứa 1,7 g ethanol

7 Cho biết nồng ñộ ñương lượng của dung dịch H2SO4 98% có d = 1,84 g/ml

a số gam chất tan / 100 ml dung dịch d số mg chất tan / 100 g dung dịch

b số mg chất tan / 100 ml dung dịch e số gam chất tan / 1000 g dung dịch

c số gam chất tan / 100 g dung dịch

a số mg chất tan / 100 g dung dịch d số ml chất tan / 1000 g dung dịch

b số ml chất tan / 100 ml dung dịch e số ml chất tan / 100 g dung dịch

c số lít chất tan / 100 g dung dịch

a số ml chất tan / 100 ml dung dịch d số ml chất tan / 100 g dung dịch

b số ml chất tan / 1000 ml dung dịch e số ml chất tan / 10 g dung dịch

c số mg chất tan / 100 ml dung dịch

a số gam chất tan / 1000 ml dung dịch d số ml chất tan / 1000 ml dung dịch

b số mg chất tan / 1000 ml dung dịch e số ml chất tan 100 lít dung dịch

c số ml chất tan / 100 ml dung dịch

Chương 5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG

NỘI DUNG

1 LỊCH SỬ

Théodore W Richards (1868 – 1928), cùng với các sinh viên Trường ðại học Harvard ñã phát triển

và cải tiến nhiều kỹ thuật phân tích khối lượng, xác ñịnh ñược khối lượng nguyên tử của 25 nguyên tố

Vì lẽ ñó năm 1914 ông là người Mỹ ñầu tiên nhận giải Nobel về hoá học

2 NGUYÊN TẮC

Cơ sở của phương pháp phân tích khối lượng là ñịnh luật thành phần không ñổi và ñịnh luật ñương lượng

Trong ñịnh luật thành phần không ñổi, tỷ số khối lượng các nguyên tố có trong thành phần một chất luôn luôn như nhau Còn với ñịnh luật ñương lượng, khối lượng các nguyên tố tham gia phản ứng luôn luôn không ñổi và tỷ số giữa chúng không thay ñổi

Phương pháp phân tích khối lượng dựa trên việc ño lường khối lượng ñược thực hiện nhờ cân phân tích, một dụng cụ cung cấp các kết quả rất ñúng và chính xác

Trong phương pháp này, chất cần xác ñịnh ñược tách ra dưới dạng nguyên chất hay dưới dạng hợp chất có thành phần xác ñịnh Từ hợp chất thu ñược này, sau khi cân trên cân phân tích, người ta tính ñược khối lượng của cấu tử cần xác ñịnh và hàm lượng phần trăm của nó

Thí dụ: ðể xác ñịnh hàm lượng bạc trong bạc nitrat, người ta lấy chính xác khoảng 0,2549 g AgNO3, hoà tan trong nước và kết tủa ion bạc bằng acid hydrocloric

AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3 Sau khi xử lý thích hợp kết tủa thu ñược, và cân trên cân phân tích, khối lượng tủa AgCl thu ñược là

0, 2148 g Tìm khối lượng bạc trong kết tủa

Giải:

Dựa vào phương trình hoá học trên ta có: cứ một phân tử AgCl (M =143,35 g) thì lượng bạc tương ứng là 107,90 g Như vậy khi thu ñược 0,2148 g sẽ suy ra hàm lượng của bạc

MỤC TIÊU

− Nêu ñược nguyên tắc và phân loại ñược các phương pháp phân tích khối lượng

− Trình bày ñược các bước ñể tiến hành phân tích khối lượng