chuẩn độ đơn axit bazơ đơn và đa chức

+ Điều kiện để chuẩn độ riêng từng axit: K a .C 02 ≤ C 2 .q 2 Khi đó đường chuẩn sẽ có 2 điểm tương đương Nếu không thỏa mãn thì đường chuẩn chỉ có 1 điểm tương đương tại thời điểm cả

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TIỂU LUẬN:

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP KHÓ VỀ

CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ

Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN

Học viên thực hiện:

MAI THỊ MỸ HƯƠNG Chuyên ngành: LL & PPDH bộ

môn Hóa học

Niên khóa: 2017 - 2019 

I MỞ ĐẦU

II NỘI DUNG

1 Chuẩn độ hỗn hợp gồm (axit mạnh + axit yếu)

2 Chuẩn độ hỗn hợp gồm 2 axit yếu

3 Chuẩn độ hỗn hợp gồm (bazơ mạnh + bazơ yếu)

4 Chuẩn độ hỗn hợp gồm 2 bazơ yếu

5 Chuẩn độ axit yếu đa chức

6 Chuẩn độ hỗn hợp gồm axit mạnh và axit yếu đa chức

7 Chuẩn độ bazơ yếu đa chức

8 Chuẩn độ hỗn hợp gồm bazơ mạnh và bazơ yếu đa chức

9 Một số phép chuẩn độ khác

III KẾT LUẬN

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

CẤU TRÚC TIỂU LUẬN

Hóa học phân tích là môn khoa học về các phương pháp xác định thành phần định tính và định lượng của chất và hỗn hợp của chúng.

Hóa học phân tích đóng vai trò rất quan trọng sống còn đối với sự phát triển các môn khoa học khác, các lĩnh vực khác nhau trong công nghệ, sản xuất và đời sống xã hội

Trong các phương pháp phân tích thì phương pháp chuẩn độ axit – bazơ là một phương pháp quan trọng và được sử dụng phổ biến

Trong tiểu luận này chúng tôi tiến hành chọn đề tài: “Lý thuyết và bài tập khó về chuẩn độ axit – bazơ” để tìm hiểu hơn về

phương pháp này.

MỞ ĐẦU

I CHUẨN ĐỘ AXIT VÀ BAZƠ ĐƠN: [2, 5, 6, 7, 8, 11]

XOH, C, V ml

HA, C 0 , V 0 ml, K a

BOH, C 0 , V 0 ml, K b 4

1 CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP AXIT MẠNH + AXIT YẾU:

I CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP AXIT ĐƠN VÀ BAZƠ ĐƠN: [2, 5, 6,

+ Phương trình chuẩn độ:

Nấc 1:

Nấc 2:

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được thì sẽ dùng 2 chất chỉ thị.

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng được thì sẽ dùng 1 chất chỉ

thị

+ Điều kiện để chuẩn độ riêng từng axit: K a C 02 ≤ C 2 q 2

Khi đó đường chuẩn sẽ có 2 điểm tương đương

Nếu không thỏa mãn thì đường chuẩn chỉ có 1 điểm tương đương

tại thời điểm cả hai axit điều được chuẩn độ

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được thì sẽ dùng 2 chất chỉ thị.

(Chỉ thị 1)Đây chính là phép chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh Nên có phương trình sai số:

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng được thì sẽ dùng 1 chất chỉ thị

+ Sai số chuẩn độ:

Nấc 1: Chuẩn độ vừa hết HY Tại điểm tương đương:

Nấc 2: Chuẩn độ cả HY và HA Tại điểm tương đương:

Ví dụ: Tiến hành chuẩn độ 25ml hỗn hợp A gồm HCl 0,01M và

sai số q=0,1%, có thể chuẩn độ riêng từng axit trong hỗn hợp A được không? (Biết K a = 1,8.10 -5 )

Nấc 1: Chuẩn độ vừa hết HCl Tại điểm tương đương:

Thay các giá trị vào để tính sai số q:

Ta có: C01 = 0,01M; C02 = 1M; C = 0,1M và h = 10-4,4 = 4.10-5

Sai số âm vì pH < pHtđ

Bài 2: [7] Tính sai số khi chuẩn độ hỗn hợp HCl 0,01M và

Thay các giá trị vào để tính sai số q:

Ta có: C01 = 0,01M; C02 = 0,01M; C = 0,1M và h = 10-9

Sai số dương vì pH > pHtđ

Dạng 2: Tính pH trước và sau khi chuẩn độ Bài 1: [7] Chuẩn độ 50 ml hỗn hợp gồm HCl 0,1M và HA 0,1M

1 Tính pH trước khi chuẩn độ.

2 Tính pH sau khi đã chuẩn độ được 99,9% HCl Biết q = - 0,1%.

1 Vì Ka Ca>> W nên bỏ qua cân bằng của nước

2 Tính pH sau khi đã chuẩn độ được 99,9% HCl tức là ứng với điểm tương

Áp dụng công thức tính sai số tại điểm tương đương thứ nhất, ta có:

Nấc 1: Chuẩn độ vừa hết HCl Tại điểm tương đương:

Thay các giá trị vào để tính sai số q:

Ta có: C01 = 0,1M; C02 = 0,1M; C = 0,2M và Ka = 10-6

Tính được h = 2,26.10-4 Suy ra pH= 3.65

2 CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP HAI AXIT YẾU:

Tùy thuộc vào hằng số phân ly KHA,

KHB của hai axit để phép chuẩn độ có thể tiến hành riêng từng axit hoặc phải chuẩn độ chung

2.1 Lý thuyết

XOH, C, V ml

HA, HB, V 0 ml

(C 01 , K HA ) ; (C 02 , K HB )

+ Điều kiện để chuẩn độ từng axit:

Nhận xét: Nếu KHA > KHB thì HA bị trung hòa trước và khi một phần

HA bị trung hòa thì sẽ xảy ra phản ứng cả 2 axit

+ Khi C 01 = C 02 và

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được từng axit.

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng được axit.

+ Phương trình chuẩn độ:

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được từng axit HA, HB.

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng từng axit.

Ta có:

Nấc 2: Chuẩn độ cả HA và HB Tại điểm tương đương: Xét pH tại ĐTĐ II: CVII = (C01 + C02)V0

Ta có:

Ví dụ: [7] Đánh giá khả năng chuẩn độ riêng axit axetic trong hỗn hợp axit axetic 0,1M và axit boric 0,1M bằng dung dịch NaOH 0,1M Cho biết: và sai số

Ta có: C01 = 0,1M; C02 = 0,1M; C = 0,1M

+ Xét điều kiện để chuẩn độ từng axit:

Vậy không thể chuẩn độ riêng từng axit trong hỗn hợp được

Có khả năng chuẩn độ chính xác đến 1% Tại điểm tương đương thứ nhất

Có thể chuẩn độ xuất hiện màu hồng da cam của chỉ thị phenol đỏ (pT

= 7) Trên đường chuẩn độ bước nhảy pH hầu như không rõ, sự chuyển màu của chất chỉ thị xảy ra chậm Nếu chuẩn độ đến màu đỏ của chất chỉ thị (pT = 8) thì sai số tính theo công thức sau là 5,6%

Ở pH = 8 cả hai axit đã được chuẩn độ Sai số chuẩn độ:

Tại điểm tương đương: CV = (C01 + C02)V0 nên

Từ phương trình điều kiện proton (mức không: CH3COO-, HCOO-, NaOH, H2O)

Sai số chuẩn độ:

Thay h = 10-8; C = 0,05; Co1 = 0,01; C02 = 0,02;

Ka1= 10-4,76, Ka2 = 10-3,75

vào ta tính được q = - 0,26%.

Tại điểm tương đương, hệ có: H2O, CH3COO-, HCOO

-Từ phương trình điều kiện proton:

[H+] = [OH-] – [CH3COOH] – [HCOOH]

Ta rút ra:

3

0,01.100[ COO ]

1600.02.100

Bài 2:[7] Chuẩn độ 50 ml hỗn hợp hai axit HA 0,05M (pK a1 =3,75),

a Tính pH tại điểm tương đương I

b Tính pH tại điểm tương đương II

c Tính sai số chuẩn độ nếu chuẩn độ đến pT = 4,4.

d Tính sai số chuẩn độ nếu chuẩn độ đến pT = 10,00 với dung dịch chuẩn NaOH 0,1M.

Bài giải:

a, Tại điểm tương đương thứ nhất thành phần dung dịch gồm có A- ,

HB, H2 O Áp dụng công thức tính pH tại điểm tương đương thứ nhất:

Cách 1: Giải theo định tính:

b Tại điểm tương đương thứ 2 thành phần dung dịch gồm có: A-, B- ,

H2O Áp dụng công thức pH tại điểm tương đương thứ 2:

Xét điều kiện:

Cách 2: Giải theo định lượng:

Thỏa mãn điều kiện

a Áp dụng công thức tính pH tại điểm tương đương thứ nhất:

b Áp dụng công thức tính pH tại điểm tương đương thứ hai:

c Chuẩn độ đến pT=4,4 chuẩn độ đến điểm tương đương thứ nhất

Với C01= 0,05M, Ka1 = 10-3,75, C02= 0,1M, Ka2 = 10-7,5, C=0,1M

Ta tính được q 1 = -18,25%

d Chuẩn độ đến pT=10 là chuẩn độ đến điểm tương đương thứ 2

Với C01= 0,05M, Ka1 = 10-3,75, C02= 0,1M, Ka2 = 10-7,5, C=0,1M

Ta tính được q 2 = -0,04%.

→ Thỏa mãn điều kiện tiến hành chuẩn độ riêng

Tại thời điểm ban đầu có các cân bằng sau:

Bài 1: [8] Đánh giá khả năng chuẩn độ riêng axit CH 3 COOH

- Trong dung dịch hỗn hợp bazơ xảy ra các quá trình:

3 CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP BAZƠ MẠNH + BAZƠ YẾU:

3.1 Lý thuyết

HY, C, V ml

XOH, BOH, V 0 ml

C 01 , (C 02 , K a )

+ Phương trình chuẩn độ:

Nấc 1:

Nấc 2:

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được thì sẽ dùng 2 chất chỉ thị.

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng được thì sẽ dung 1 chất chỉ

thị

+ Điều kiện để chuẩn độ riêng từng bazơ: K b C 02 ≤ C 2 q 2

Khi đó đường chuẩn sẽ có 2 điểm tương đương

Nếu không thỏa mãn thì đường chuẩn chỉ có 1 điểm tương đương

tại thời điểm cả hai axit điều được chuẩn độ

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được thì sẽ dùng 2 chất chỉ thị.

(Chỉ thị 1)Đây chính là phép chuẩn độ bazơ mạnh bằng axit mạnh Nên có phương trình sai số:

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng được thì sẽ dung 1 chất chỉ thị

+ Sai số chuẩn độ:

Phép chuẩn độ 1: Chuẩn độ vừa hết XOH Tại điểm tương đương:

Phép chuẩn độ 2: Chuẩn độ cả XOH và BOH Tại điểm tương

đương:

Ví dụ: Chuẩn độ 100 ml hỗn hợp dung dịch NaOH và CH 3 COONa đến mất màu phenolphtalein (pT=8) thì phải dùng 30 ml HCl 0,15

M Nếu chuẩn độ tiếp đến màu đỏ của metyl da cam (pT = 4) thì

CH 3 COONa (tính gần đúng và chính xác) Biết K a = 10 -4,76

CĐ: 100 ml NaOH Co1 M, CH3COONa Co2 M↔ HCl 0,15 M

pT = 8 → V1 = 30 ml ; pT = 4 → V2 = 30+10 = 40 ml

Nồng độ gần đúng của NaOH và NaAc là:

C NaAc = (V2 – V1) CHCl 10-2 = (40 – 30).0,15.10-2 = 0,015 M

C NaOH = (2V1 – V2) CHCl 10-2 = (2.30 – 40).0,15.10-2 = 0,03 M

Bài giải:

3.2 Bài tập

4 CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP HAI BAZƠ YẾU:

Tùy thuộc vào hằng số phân ly KAOH, KBOHcủa hai bazơ để phép chuẩn độ có thể tiến hành riêng từng bazơ hoặc phải chuẩn độ chung

4.1 Lý thuyết

HY, C, V ml

AOH, BOH, V 0 ml

(C 01 , K HA ) ; (C 02 , K HB )

+ Điều kiện để chuẩn độ từng bazơ:

Nhận xét: Nếu Ka1 > Ka2 thì AOH bị trung hòa trước và khi một phần AOH bị trung hòa thì sẽ xảy ra phản ứng cả 2 bazơ

+ Khi C 01 = C 02 và

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được từng bazơ.

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng được từng bazơ.

+ Phương trình chuẩn độ:

 Trường hợp 1: Chuẩn độ riêng được từng bazơ AOH, BOH.

(Chỉ thị 1)

 Phương trình chuẩn độ AOH:

 Phương trình chuẩn độ BOH:

Đây chính là phép chuẩn độ bazơ yếu bằng axit mạnh Nên có phương trình sai số:

(Chỉ thị 2)Đây chính là phép chuẩn độ bazơ yếu bằng axit mạnh Nên có phương trình sai số:

 Trường hợp 2: Không chuẩn độ riêng từng bazơ.

Áp dụng công thức tính sai số trong phép chuẩn độ hỗn hợp 2 bazơ yếu với axit mạnh ta có:

Biết: pKa NH 4 + = 9,24 , pKa CH 3 NH 3 + = 10,6

Bài giải:

+ Xác định chất cần phân tích thông qua khối lượng phân tử và quy tắc đương lượng.

Bài 1 [8]: Đun sôi 1,000 g một mẫu muối amoni thô với lượng dư

HCl 0,500 M Lượng HCl thừa được chuẩn độ với 15,60 ml NaOH 0,0500 M

b.Có thể dùng chất gì làm chỉ thị trong phép chuẩn độ trên?

Bài 1 [7]: Thêm 20 ml dung dịch NaOH vào 30ml dung dịch

hỗn hợp trên 5 ml HCl 0,01N thì pH giảm xuống bằng 6 Hãy tính

Tại pH = 10,5, chứng tỏ NaOH dư

Ta có:

3[ H  ] [  Na ] [CH COO ] [    OH  ]

20 C  30 C  50.10 (1)

�

Bài giải:

Tại pH = 6, chứng tỏ axit dư

Thành phần dung dịch: Na+, Cl-, H+,OH-, CH3COO

-Ta có:

3 3

LÝ THUYẾT VỀ CHUẨN ĐỘ AXIT ĐA CHỨC

Các axit đa chức có nhiều nấc phân li khác nhau ứng với các hằng số phân ly khác nhau, vì vậy mà khi chuẩn độ axit đa chức phép chuẩn độ có thể tiến hành từng nấc riêng lẻ, điều này phụ thuộc vào các hằng số phân ly từng nấc của axit

Kí hiệu: đa axit là HnA, trong dung dịch thì có khả năng phân li từng nấc như sau [5], [9]:

Axit đa chức có thể được xem như là hỗn hợp nhiều axit đơn chức và vì vậy điều kiện để có thể chuẩn độ riêng từng nấc là các hằng số phân ly của các nấc kém nhau 104 lần.

Quá trình phân li:

…

Hay

Theo nội dung định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ta có:

Thay vào (*): (**)

+ Nếu KaCa » W (**), ta có qua H2O: [H+]2 + Ka[H+] – KaCa = 0+ Nếu Ca » [H+], ta được:

 Trường hợp 2:

(a)(b)

Cách 1: Giải phương trình bậc cao (phương pháp Newton)

Thay (b) vào (a), ta có:

(c)

Thay W, Ka1, Ka2, … , Kan ta tìm đươc h

Từ (c) ta có phương trình bậc cao => giải phương trình bậc cao theo phương pháp Newton

Cách 2: Giải theo phương pháp gần đúng liên tục

(b’)(a’)

+ Bước 1: Thay [HnA]0 và h0 vào (*) ta được: h1, sau đó thế h1 vào (**) thu đươc: [HnA]1

+ Bước 2: Thay [HnA]1 và h1 vào (*) ta được: h2, sau đó thế h2 vào (**) thu đươc: [HnA]2 và tiếp tục tính lặp lại cho đến hội tụ

Ví dụ 1 [2]: Tính pH của dung dịch H 4 P 4 O 7 (H 4 A) 4.10 -2 M Biết

Cách 1: Giải phương trình bậc cao.

Thay (b) vào (a) và biến đổi (a), ta có:Thay các giá trị Ka1, Ka2, Ca vàota được:

Giải theo phương pháp Newton

Tìm h0:

+ h3 – 1,076.10-3h = 0 => h = 0,0328 (vì h > 0)+ 10-1,52h2 - 1,055.10-5 = 0 => h = 0,0187 (vì h > 0)Nghiệm thưc h thỏa mãn: 0,0187 < h < 0,0328

Chọn h0 = 0,027 (có thể chọn 1 giá trị khác)

+ Bước 1: Thay [H4A]0 và [H+]0 vào (b’) ta được: h1 = 0,0388 sau đó thế h1 vào (c’) được: [H4A]1 = 0,0216

+ Bước 2: Thay [H4A]1 và [H+]1 vào (b’), tính được h2 = 0,0283, thế

h2 vào (c’) được: [H4A]2 = 0,018

+ Bước 3: Thay [H4A]2 và [H+]2 vào (b’), tính được h3 = 0,027, thế h3vào (c’) được: [H4A]3 = 0,018

Vậy h = 0,027, suy ra pH = 1,57

 Trường hợp 3:

 Trường hợp 4:

Tiến hành theo từng nấc nếu:

Chuẩn độ dung dịch axit H3A, C0 bằng dung dịch chuẩn XOH, C

5 CHUẨN ĐỘ AXIT YẾU ĐA CHỨC (H 3 A) [5]

5.1 Lý thuyết

XOH, C

H 3 A (C 0 , K a1 ,

K a2 , K a3 )

+ pH tại các điểm tương đương [5],[7]:

- Điểm tương đương II:

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

Điểm tương đương III:

Với

Từ x= [OH-] suy ra [H+]III

+ Đường cong chuẩn độ axit yếu đa chức [5],[7]

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

Theo phương pháp thứ hai thì P(đlg) là tỉ số đương lượng của chất phản ứng, luôn luôn bằng 1 ở bất kì điểm tương đương nào Trong

ví dụ trên:

Ptd2 (đlg) =

Ptd3 (đlg) =

+ Sai số chuẩn độ [5],[7]

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:

- Phương trình sai số chuẩn độ nấc 3 [7]:

pK a1 = 2,0 ; pK a2 = 7,0 và pK a3 = 12,0 [7]

Sơ đồ chuẩn độ axit H 3 A bằng XOH [7]

V1 = VXOH chuẩn độ 1 nấc của H3A

V2 = VXOH chuẩn độ 2 nấc của H3A (V2 = 2V1)

V3 = VXOH chuẩn độ 3 nấc của H3A (V3 = 3V1)

-Bài 1 [7]:

Đánh giá pH tại các điểm tương đương và sai số khi chuẩn độ

Với pK a1 = 2,15 ; pK a2 = 7,21 và pK a3 = 12,32

5.2 Bài tập

Dạng 1: Đánh giá pH, Tính pH và khoảng pH, thể tích.

Bài giải:

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

Bài 2: 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:

1 150

H PO

Do đó pH sẽ tính theo tính theo ion theo cân bằng:

Áp dụng định luật bảo toàn proton với mức không với H2PO4-, H2O,

1 2 4

PO h

o NaOH

Nồng độ ban đầu của các chất là:

Lượng NaOH thêm vào đã trung hòa hết nấc 2 của axit H3PO4 theo phương trình:

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

Bài 3 [3]: 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 h  10 ;5 pH  5

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 [3]: Tính số ml dung dịch NaOH 0,1M cần thêm vào 20ml

và 9,0.

Bài 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 :