Bài giảng Hóa Phân tích Tiến sĩ Lâm Hoa Hùng ĐH Bách Khoa TPHCM

Bài giảng Hóa Phân tích. Tiến sĩ Lâm Hoa Hùng. Khoa Kỹ thuật Hóa học. Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM. CHƯƠNG 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ HOÁ PHÂN TÍCH. CHƯƠNG 2. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN. CHƯƠNG 3. HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC CÂN BẰNG HOÁ HỌC TRONG NƯỚC. CHƯƠNG 4. HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG ĐIỀU KIỆN CỦA CÁC CÂN BẰNG HOÁ HỌC TRONG NƯỚC CHƯƠNG 6. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG. CHƯƠNG 7. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH CHƯƠNG 8. KHÁI QUÁT VỀ CÁC PP PHÂN TÍCH PHỔ CHƯƠNG 10. PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN UV – VIS (PHỔ KÍCH THÍCH ELECTRON) CHƯƠNG 15. KHÁI QUÁT VỀ PP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA

CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ HỐ PHÂN TÍCH Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ HỐ HỌC PHÂN TÍCH z Sản xuất ⇒ chất lượng đầu vào đầu z Dược phẩm, nguyên liệu lương thực: thành phần hợp lý ⇒ Xác định chất thành phần vật liệu ⇒ Sự phát triển hố học phân tích Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ HỐ PHÂN TÍCH HĨA PHÂN TÍCH Mơn khoa học thực nghiệm nghiên cứu thành phần chất PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH: ™Xác định diện cấu tử ƒ Các ion ƒ Nguyên tố ƒ Nhóm chức ™Đánh giá sơ hàm lượng (đa lượng, vi lượng, vết ) PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG ™ Từ phép đo đặc tính hóa học, vật lý hóa lý chất Xác định xác hàm lượng cấu tử mẫu Kiểm tra q trình hóa lý kỹ thuật hóa học Chương VAI TRỊ CỦA HỐ PHÂN TÍCH z Tìm định luật hóa học quan trọng ƒ ƒ ĐL tác dụng đương lượng ĐL thành phần không đổi z Xác định nguyên tử khối nguyên tố, thành lập cơng thức hóa học hợp chất z Tạo điều kiện phát triển cho ngành khoa học khác (địa hoá, sinh hoá, khoáng vật học …) z Cơ sở tảng cho kiểm nghiệm hoá học khoa học sản suất z Kết hợp ⇒ tự động hố quy trình kiểm tra Chương U CẦU ĐỐI VỚIVỚI NGÀNH HỐ PHÂN TÍCH U CẦU ĐỐI NGÀNH PHÂN TÍCH Phải phát triển → theo kịp đà phát triển KHCN YÊU CẦU ĐỐI VỚI NGƯỜI PHÂN TÍCH z Có kiến thức ngành KH liên quan z Nắm vững nguyên tắc PP → phát triển phương pháp z Cẩn thận, trung thực, kiên nhẫn, xác, sẽ, có khả phán đoán Chương PHÂN LOẠI CÁC PP HĨA PHÂN TÍCH PHÂN LOẠI THEO BẢN CHẤT CỦA PP PP hố học PP vật lý Dùng p/ứ hóa học dựa tính chất vật lý : quang, điện, nhiệt, từ PP hoá lý (PPPT dụng cụ) Kết hợp PP hóa học vật lý PP phân tích dụng cụ PP vi sinh dựa hiệu ứng với tốc độ phát triển VSV PP phân tích động học dựa vào phản ứng xúc tác PP khác - pp nghiền - pp nhỏ giọt - pp điều chế ngọc borat hay phosphat - pp soi tinh thể Chương PHÂN LOẠI CÁC PP HĨA PHÂN TÍCH PHÂN LOẠI THEO LƯỢNG MẪU PHÂN TÍCH HAY KỸ THUẬT PHÂN TÍCH Phân tích thơ – 10 g 1-10 ml Phân tích bán vi lượng 10-3 – g 10-1-1 ml Phân tích vi lượng 10-6 – 10-3 g 10-3 - 10-1ml Thường sử dụng thực tế Phân tích siêu vi lượng < 10-6 g < 10-3 ml Chương PHÂN LOẠI CÁC PP HĨA PHÂN TÍCH PHÂN LOẠI THEO HÀM LƯỢNG CHẤT KHẢO SÁT z z Phân tích đa lượng: – Phân tích lượng lớn: hàm lượng từ 0,1 đến 100% – Phân tích lượng nhỏ: hàm lượng 0,01 – 0,1% Phân tích vi lượng: – Còn gọi PPPT vết, hàm lượng < 0,01 % PHÂN LOẠI THEO TRẠNG THÁI CHẤT KHẢO SÁT z Phân tích lối ướt: – z Mẫu phân tích dạng dung dịch Phân tích lối khơ: – Mẫu phân tích trạng thái rắn Chương CÁC LOẠI PHẢN ỨNG HĨA HỌC DÙNG TRONG HPT PƯ oxy hóa – khử PƯ acid - baz PỨ trao đổi tiểu phân PƯ tạo tủa PƯ tạo phức Chương TRONG HỐ PHÂN TÍCH U CẦU ĐỐI VỚI CÁC PHẢN ỨNG DÙNG ¾ Xảy tức thời ¾ Xảy hồn tồn theo chiều mong muốn ¾ Có hệ số xác định cho sản phẩm có thành phần xác định ⇒ Phản ứng phải hợp thức ¾ Có dấu hiệu đặc trưng → nhận biết PƯ chấm dứt ⇒ Khơng phải phản ứng phân tích thoả mãn yêu cầu Chương 10 GIỚI THIỆU VỀ PP ĐO THẾ PP PHÂN TÍCH ĐIỆN HĨA Nhóm PP dựa trình điện cực PP ĐO THẾ PP vi điệän phâ p n ⇒ Cường độ dòng dung dòch từ nhỏ → triệt tieu nho tiêu Đònh ò lượïng ion dựïa vào việc khảo sát TCBĐC nhúng điện cực thò M ø DD nghiê vao hi ân cưu ứ 22 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PP ĐO THẾ Thế cân điện cực M KL trơ (Pt, Au) nhúng vào DD chứa: ¾ Đôi Ox/ Kh: 0,059 [Ox ] lg (1) E diencuc = E cb = E ox / kh + [ Kh ] n ¾ Hai dạïng hóa tròò khác M: Mm+ Mn+ ((m > n)) m+ , 059 [ ] M lg (1') Ecb = EM m+ / M n+ + n+ m − n [M ] M KL không trơ (Ag, Cd, Hg, Pb, Sn, Zn… ) nhúng vào dd chứa muối Mn+: 0,059 Ecb = EM n+ / M + lg[M n+ ] (2) n 23 PHÂN LOẠI PP ĐO THẾ PP đo trựïc tiếp Nhúng điện cực (màng) chon chọ n lọ locc vơi với ion can cần xac xác đònh vào DD nghiên cứu Đo the can cân bang điện cự cưcc Tính nồng độ ion cần xác đònh theo (2) xac (2) PP chuẩn độ điện Nhúng điện cực thò vào DD nghiên cứu X Chuan Chuẩn độ X bang DD chuan chuẩn C thích hợp ⇒ Sựï thayy đổi [[X]] theo VC → TCBĐC E thay đổi Đồ thò E = f(VC ) gọi đ øng chuẩ đườ h ån độ đ ä (tích ( í h phâ h â n) theo PP đo điện 24 ĐẶC ĐIỂM CỦA PP ĐO THẾ Độ Đ ä nhaï h y cao (co ( ù the th å đen đ 10 -55 M) M) Chuẩn độ hiệu trường hợp màø bình bì h thườ h øng khô kh âng thể h å chuẩ h ån độ đ ä đượ đ c pp hóa học (dùng thò) ƒ DD có màu ƒ DD chứa nhiều cấu tử ƒ Cấu tử cần xác đònh chất thò thích hợp 25 ĐIỆN CỰC TRONG PP ĐO THẾ ĐIỆN CƯC CHỈ THỊ ĐIỆN CỰC MÀNG CHỌN LỌC ION ĐIỆN CỰC KIM LOẠI VÀ À KHÍÍ ĐIỆN CỰC MÀNG CHỌN LỌC PHÂN  TỬ Điện cực màng thủy tinh • Điện cực màng tinh thể • Điện cực màng • Xác định ị p pH • Xác định lỏng cation hóa trị I (N +, K+, Li+ …)) (Na 26 ĐIỆN CỰC TRONG PP ĐO THẾ CÁC LOẠI ĐIỆN CƯC SO SÁNH (ĐIỆN CỰC CHUẨN) Điện cực hydro chuẩn Điện cực Ag/AgCl Điện cực calomel 27 CÁCH THỨC ĐO THẾ CỦA MỘT NGUYÊN TỐ ĐIỆN HĨA (“ (“cell” ll” điệ điện hó hóa)) Sử dụng dụng cụ đo điện chiều (vôn kế chiều) để đo hiệu điện điện cực chúng nhúng vào dung dịch 28 KT THỰC NGHIỆM & ỨNG DỤNG A/ CÁC PPPT ĐO ĐIỆN THẾ TRỰC TIẾP (tự đọc) B/ PP CHUẨN ĐỘ Ộ ĐIỆN Ệ THẾ Chọn điện cực thò Phải tham g gia phả p n ứng điệän hóa với mộät g cấu tử có mặt cân chuẩn độ Khảo sát sựï biến thiên hiệäu điệän ∆E ((o) g điện cực thò điện cực chuẩn theo thể tích dung dòch chuẩn VC thêm vào (nếáu điện cực pH tự động chuyểån ∆E vềà pH) Xác đònh điểm tương đương tính kết Xác đònh Vtđ bằèng đồà thò hay PP nội suy Tính kếát quảû giống PP thể tích 29 B/ PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ CÁCH XĐ ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG (v ( tđ) Phương pháp đồ thò Từ bảng biếán thiên o (pH) theo VC có thểå xác đònh Vtđ PP đồ thò: E ΔE ΔV Etđ Vtđ VC A/ D Dựa vàøo đ đườøng tí tích h phâ h ân (PP hình bình hành) Vtđ VC B) dựa vào đường vi phân bậc moät; 30 B/ PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ CÁCH XĐ ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG (v ( tđ) Phương pháp đồ thò Từø bả T b ûng biế bi án thiê hi ân củûa o (pH) ( H) theo h VC cóù thể h å xáùc đònh đò h đượ đ c Vtđ PP đồ thò: ⎛ ΔE ⎞ Δ⎜ ⎟ ⎝ ΔV ⎠ a b V1 VtñV2 VC C) dựa vào đường vi phân bậc hai 31 B/ PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ CÁCH XĐ ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG (v ( tđ) Phương pháp nội suy ⎛ ΔE⎞ Δ⎜ ⎟ ⎝ ΔV ⎠ Từ đồ thò Δ(ΔΕ/ΔV) hay Δ(ΔpH/ ΔV) theo VC ⇒ Vtđ 1/ Tư Từ V1 (the (thể tích cua VC < Vtđ co có Δ(ΔΕ / ΔV) hoaëc Δ(ΔpH / ΔV) > ( hay < ) 2/ Suy từ V2 (thể tích VC > Vtđ có Δ(ΔΕ/ΔV) Δ(ΔpH/ΔV) bò đổi dấu ) a b V1 VtđV2 VC Đườ vii phan Đương h â bậ b äc h haii 32 B/ PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ CÁCH XĐ ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG (v ( tđ) Phương pháp nội suy ƒ (V2 - V1) → thay đổi (a + b) đơn vò ƒ (Vtđ - V1) → thay đổi a đơn vò ƒ (V2 – Vtđ) → thay đổåi b đơn vò (a, b lấy theo giá trò số hoïc ) ⎛ ΔE ⎞ Δ⎜ ⎟ ⎝ ΔV ⎠ a a Vtđ = V1 + (V2 − V1 ) a+b b V1 VtđV2 VC Đường vi phân bậc hai h hay b Vtđ = V2 − (V2 − V1 ) a+b Bỏ qua ΔV Δ(ΔΕ / ΔV) ΔV giữ số 33 C CHUẨN ĐỘ MẪU NƯƠC C.CHUẨN NƯỚC KIEM KIỀM VHCl (ml) 2,30 2,40 2,50 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00 3,10 3,20 pH 6,05 5,95 5,86 5,73 5,53 5,33 4,66 4,07 3,72 3,52 ΔpH 0,10 0,09 0,10 0,20 0,20 0,67 0,59 0,35 0,20 Δ(ΔpH) +0 +0,01 01 -0,01 01 -0,10 10 0,0 0 -0,47 47 +0,08 +0 08 +0,24 +0 24 +0,15 +0 15 (HCl) Burette ÁP DỤNG PP NỘI SUY a Vtd = V1 + (V2 − V1 ) a+b b Vtd = V2 − (V2 − V1 ) a+b Từ bang Tư bảng số so liệu V1 = 2,80 ; V2 = 2,90; a = 0,47 ; b = 0,08 34 B/ PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ CÁC PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ Chuẩn độ acid – baz - Điện cực thò: thủy tinh, Hydro - Điện cực chuẩn: calomel điện cực Ag / AgCl - Chuẩån độ hỗãn hợp acid đa acid bằèng baz mạnh k cách ≥ 103 lần k ≥ 10-10 Dùng dd NaOH chuẩn độ: Dùng dd HCl chuẩn độ: – 3,68 ; k = + Hỗn hợp HCl (k >>1) + Na2CO3 ( kb1 = 10 b2 – 7,65 ) 10 – 4,76 76 CH3COOH ( k= k 10 ) ) + Hỗn hợp Na2CO3 + NaOH + Hai chức đầu H3PO4 ( + Hỗn hợp Na2CO3 + NaHCO3 , ; k =10-7,21 , ; k ka11 =10– 2,12 a22 a33 = – 12,38) 35 B/ PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ CÁC PP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ Chuẩn độä oxyy hóa - khử - Điện cực thò: kim loại trơ - Điện cực chuẩn: calomel điện cực Ag / AgCl Chuẩn độ tạo tủa - Điện cực thò: kim loại M điện cực chọn lọc ion nhạy với ion cầàn xác đònh hay dung dòch thuốc thử - Dùng xác đònh nồng độ cation Mn+ Ag+, Zn2+ , Pb2+ ; cac anion Cl-, Br – , I– va vai vài ion khac khác Hg2 2+ Ví dụ : chuẩn độ dung dòch Cl – Ag+ Điện cực thò : Ag kim loại Chuẩn độ tạo phức 36 ... học hợp chất z Tạo điều kiện phát triển cho ngành khoa học khác (địa hoá, sinh hoá, khoáng vật học …) z Cơ sở tảng cho kiểm nghiệm hoá học khoa học sản suất z Kết hợp ⇒ tự động hố quy trình kiểm... phần vật liệu ⇒ Sự phát triển hố học phân tích Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ HỐ PHÂN TÍCH HĨA PHÂN TÍCH Mơn khoa học thực nghiệm nghiên cứu thành phần chất PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH: ™Xác định diện cấu tử ƒ Các