ĐỀ CƯƠNG hóa PHÂN TÍCH

TÀI LIỆU ÔN THI THAM KHẢO CHUẨN CÓ CHỈNH SỬA CỦA NHÀ TRƯỜNG, THAM KHẢO CÁC BẢN TRƯỚC ĐÓ, ÁP DỤNG CHO CÁC BẠN THEO HỌC NGÀNH MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC BẠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HN CÁC CÂU HỎI ĐÃ ĐƯỢC XÁC MINH, CHỈNH SỬA PHÙ HỢP VỚI YÊU CẦU ÔN THI

+ĐỀ CƯƠNG HÓA PHÂN TÍCH

A PHẦN THI: LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP

I Bài toán pha hóa chất

 MQH giữa C% & CM

CM = (C %d 10)

M

Nồng độ khối lượng: C = mdung dịch v dung dịch (g/ml; g/l)

Vd: 1gN/l  trong 1 l d2 có 1g Nito

Nồng độ đương lượng:

- Là số đương lượng mol chất tan có trong 1l d2

- Là số mili đương lượng mol chất tan có trong 1ml d2

- CN = N V (N)

- N: số dương lượng mon chất tan

- N= n.a

- Đương lượng gam: D= M

a

-  NxD=m

- Cách xác định giá trị a:

+ là số nhóm H+ , OH- trao đổi trong phản ứng axit-bazo

+ là tổng số điện tích dương ( tổng số điện tích âm) trong phản ứng muối, Xét với một mol chất

+Tổng số e trao đổi trong phản ứng oxh-khử

+tổng số phối chí trong phản ứng tạo phức

Không cần biết hệ số và k để ý đuôi trong pư oxh-k.

HCl  H 2 a=1

Phản ứng muối thì nhân vs đuôi của ion

Fe(NO 3 ) 3 ; ở đây NO 3 - số điện tích là -1, nhưng phải nhân vs cả số 3 bên ngoài, lên a=3 Như Fe 3+ thì a=3

Fe 2 (SO 4 ) 3 thì a=6

 Đối với mỗi chất, giá trị a không cố định, nó phụ thuộc vào từng phản ứng, hay nói cách khác,đương lượng mol hay đổi phụ thuộc vào bản chất của phản ứng.

 mỗi khi tính kết quả chúng ta không được để kết quả ở đợn vị của C N mà phải để đơn

vị của C M

CM = C N / a

BÀI TOÁN PHA KHỐI LƯỢNG CÂN, NÔNG ĐỘ, THỂ TÍCH…

-Tính khối lượng cần cân để pha dung dịch.

Nó sẽ cho biết pha dung dịch để dung cho phản ứng nào, từ đó chúng ta sẽ biết được gía trị a mà tính đúng không?

Vd: Tính khối lượng KMnO4 cần để pha 100ml dung dịch 0,1N dung cho phản ứng sau:

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4  5FeFe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

Ta thấy đây là phản ứng oxh-k, Mn lúc đầu là +7, về sau xuống +2, số e trao đổi là 5Fe  a=5Fe

Ta có đề cho CN=0,1 N

CM = CN : a = 0,15 =0,02 (M)  mKMnO4= CMVM= 0,02.0,1.15Fe8=0,316 (g)

 Một số kiểu nồng độ pha loãng: dung dịch H2SO4 (3:1) có nghĩa là nồng độ thể tích, trong

đó 3 phần axit thì có một phần nước

 HỆ SỐ PHA LOÃNG

f= Cđặc Cpha=Vpha

V hút (theo kiểu nồng độ đương lượng, Nt=Ns mà N= CNV)

Vhút= Cp CđVpha

II Phương pháp phân tích thể tích

1 Đại cương về phương pháp phân tích thể tích:

a) Nguyên tắc: để xác định một hàm lượng cấu tử X trong một mẫu người ta tìm cách chuyển mẫu thành dạng dung dịch bằng một dung môi thích hợp(nước, axit…) sau đó lấy chính xác một thể tích thu được vào bình nón sạch và them dần một ít thuốc thử R vào dung dịch cho đến khi R pư vừa hết vs X biết nồng độ chất R và thể tích dung dịch R đã dung trong pư, ta sẽ tính được nồng độ của chất X

b) Một số khái niệm:

-Dung dịch cần chuẩn: Dung dịch X cần biết chính xác nồng nộ ( dung dịch cần phân

tích)

- dung dịch chuẩn: dung dịch R đã biết nồng độ chính xác và được dùng để các định

nồng độ các chất khác Có 2 loại dung dịch chuẩn:

+ dung dịch chuẩn gốc: là dung dịch rất quan trong trong phân tích thể tích, khi chuẩn độ người ta thường dụa vào dung

dịch này để xác định hàm lượng các chất trong chất phân tích Việc pha chế một dung dịch có nồng độ chính xác cần phải tuân theo những quy tắc đặc iệt về tính chính xác và cẩn thận nghiêm ngặt khi làm việc.

Chất chuẩn gốc là những chất thuộc loại phân tích hoặc tinh khiết hóa học, thong thường là những chất rắn dễ tinh chế,

dễ bảo quản, không hút ẩm, không bị hư hỏng khi bảo quản, có thành phần đúng với công thức xác định kể cả nước tinh khiết

và có khối lượng đương lượng lớn chất gốc và dung dịch của nó phải bền vd: borax, axit oxalic, axit benzoic K 2 Cr 2 O 7 … các kim loại nguyên chất Cu, Ag, Au… “nồng độ không thay đổi khi pha”

+ Chất chuẩn phụ: nếu không có chất chuẩn gốc thích hợp người ta thường sử dụng các chất chuẩn phụ có độ tinh khiết thấp hơn hoặc không thể cân chính xác được, nồng độ chất chuẩn phụ được thiết lập theo chất chuẩn gốc VD dùng dung dịch chuẩn borax đã biết chính xác nồng độ(điều chế từ chất chuẩn Na 2 B 4 O 7 H 2 O) để xác định lại dung dịch HCl.”dễ bay hơi, thay đổi nồng độ”

-Quá trình chuẩn độ: Quá trình them từ từ thuốc thử R từ buret vào dung dịch cần

chuẩn

-Điểm tương đương: thời điểm lượng chất R đã cho vào ffur để phản ứng đủ với toàn

bộ lượng chất X

-Chất chỉ thị: là chất cho sự thay đỏi tín hiệu của một chất tham gia phản ứng hoặc

một chất phụ có trong dung dịch

-Điểm kết thúc chuẩn độ(điểm dừng chuẩn độ): là thời điểm tại đó chất chỉ thị thay

đổi tín hiệu

-Sai số chuẩn độ: Trong thực tế, điểm dừng chuẩn đọ không thể trùng với điểm tương

đương và điều đó gây nên sai số chuẩn độ Sai số chuẩn độ thường do 2 yếu tố: sử dụng chất chỉ thị không phù hợp, kĩ thuật chuẩn độ

- Chuẩn độ mẫu trắng: trong một số trường hợp để xác định các sai số và loại bỏ sai

só, người ta thường thực hiện song song một phép chuẩn độ mẫu trắng, là phép chuẩn

độ lại dung dịch để pah hóa chất( thường là nước cất)

ĐIỀU KIỆN, YÊU CẦU CỦA PHẢN ỨNG CHUẨN ĐỘ:

+ X & R phản ứng hoàn toàn với nhau

+ tốc độ phản ứng đủ lớn để phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn

+chất X phải phản ứng vs R theo một pư với tỉ lệ hợp thwusc trong phương trình pư nhất định

+ phải có chất chỉ thị thích hợp

+ phản ứng có chọn lọc: thuốc thử chỉ pư vs chất cần xác định mà k pư vs bất kì chất nào khác có thể có mặt trong dung dịch

2 Chuẩn đọ axit-bazo:

Chất chỉ thị axit-bazo: là những chất chỉ thị cso khả năng biến đổi màu ở những giá trị pH nhất định và màu của dạng axit khác màu bazo

Chất chỉ thị axit-bazo biến đổi màu dưới tác dụng của axit-bazo Sự biến đổi màu

đó phụ thuộc vào mức độ thay đổi nồng độ ion H+ hay pH của dung dịch

Khoảng pH mà trong đó thấy được sự biến đổi màu của chất chỉ thị gọi là khoảng đổi màu của chất chỉ thị

Giá trị pH thích hợp của dung dịch cần chuẩn độ, mà ở giá trị đó thấy rõ nhất sự biến đổi màu của chất chỉ thị là bằng chứng để kết thúc sự chuẩn độ được gọi là chỉ số chuẩn độ, kí hiệu pT

Giá trị pT nằm trong khoảng pH đổi và thường gần bằng giá trị pKa của chất chỉ thị

+++Một số chỉ thị hay dung trong chuẩn độ axit-3zo:

Metyl da cam: khoảng pH chuyển màu: 3,1-4,4 Màu axit đỏ, màu 3zo vàng cam pT=4

Metyl đỏ: khoảng pH chuyển màu 4,4-6,2, màu axit đo, màu 3zo vàng pT = 5Fe Phenolphthalein: khoảng pH chuyển màu 8-10, màu axit không màu, màu 3zo hồng pT=9

Giá Trị pT phụ thuộc vào chiều của phản ứng

Giải thích sự chuyển màu nè:

Chuẩn độ HCl bằng NaOH Chất cần chuẩn là HCl, để trong dụng dịch trong bình nón cùng với chỉ thị phenolphthalein pH nhỏ, dung dịch không màu

Màu chuyển từ: không màu(pH<=8hồng nhạt(pH=9) hồng đậm)

Khi chuẩn độ nhỏ NaOH xuống thì màu chuyển từu không màu sang có màu hồng nhạt, dừng lại khi pH=8  pT=8

Chuẩn độ NaOH bằng HCl thì NaOH ở dưới cùng chỉ thị  màu hồng đậm

Khi chuẩn độ thì màu sẽ nhạt dần nhwung chúng ta không thể nhận đc tín hiệu rõ, vậy lại chuẩn độ đến khi không màu thì lúc nàu pT bằng 8

Chú ý:

- Trong khoảng đổi màu của chất chỉ thị có một giá trị màu tại đó màu của chất chỉ thị thay đổi rõ nhất, giá trị này gọi là chỉ số chuẩn độ (pT) của chất chỉ thị Vì vậy quá trình chuẩn độ kết thúc tại

pH = pT

- Giá trị pT phụ thuộc vào bản chất chất chỉ thị và chất chuẩn độ pT càng gần pH điểm tương đương thì càng chính xác

Ví dụ: dùng phênolphtalein làm chất chỉ thị khi chuẩn độ axit bằng kiềm pT = 9, ngược lại, kiềm

bằng axit pT = 8 Nếu dùng metyldacam chuẩn độ axit bằng kiềm pT =4,4, ngược lại, kiềm bằng axit pT = 4

Các bạn thấy không, pT phụ thuộc vào chiều của chuẩn độ Màu sẽ thay đổi nhưng để có tín hiệu nhận biết dễ nhất chúng ta sẽ có giá trị pT tại đó

3 Chuẩn độ kết tủa

Điều kiện của phản ứng chuẩn độ:

+ phản ứng kết tủa phải xảy ra hoàn toàn (tích số tán < 10-10)

+pư xảy ra nhanh

+pư xảy ra theo một hệ số tỷ lượng nhất định

+ pư phải chọn lọc, nghĩa là quá trình phụ như cộng kết… phải không đáng kể

+phải có chất chỉ thị thích hợp để xác định điểm tương đương

Trong các ví dụ chuẩn độ:

Quá trình chuẩn độ ion halogen X - theo phương pháp mohr Dùng CrO 4 2- làm chỉ thị, khi chưa cho Ag + vào thì dung dịch màu vàng.

Ag+ + X-  AgX(kết tủa)

Khi dư một giọt ion Ag+ thì:

2Ag+ + CrO42-  Ag2CrO4↓(đỏ gạch) Khi thấy hổn hợp chuyển từ màu vàng sang hơi đỏ của kết tủa Ag2CrO4 thì ngừng chuẩn độ

.

Phương pháp mohr được dùng để xác định lượng ion Cl - , Br- nhưng không dung để định phân ion I-, SCN- vì kết tủa AgI và AgSCN hấp thụ mạnh ion, do đó sẽ quan sát thấy

sự chuyển màu trước điểm tương đương rất xa, phép chuẩn độ vì thế mà mắc sai số lớn

Phương pháp mohr cần được tiến hành trong môi trường có pH = 6,5 ÷ 8,5 vì:

+ ở những pH thấp hơn nồng độ CrO 4 2- sẽ giảm đi nhiều do tham gia phản ứng:

H + + CrO4 2- = HCrO4

-Do đó sẽ quan sát thấy sự chuyển màu ở sau và điểm tương đương ( sai số lớn)

+Ngược lại, ở những pH cao hươn (môi trường kiềm, kiềm mạnh) thường xảy ra phản ứng tạo kết tủa Ag2O màu đen:

2Ag+ + 2OH-  2AgOH↓

2AgOH↓ = Ag2O↓ (đen) + H2O

4 Chuẩn độ tạo phức:

Chỉ thị màu kim loại(chất chỉ thị complexon):

Trong phương pháp conplexon, người ta thường dung các chất chỉ thị có khả năng tạo với ion kim loại phức có màu khác với màu riêng của chất chỉ thị Các chất chỉ thị màu kim loại thường dùng là những axit hoặc bazo yếu, phân tử của chúng chứa các nhóm mang màu và trợ màu nên màu của các chất chỉ thị kim loại này biến đổi theo pM và thep

pH của dung dịch Do đó, màu của chất chỉ thị kim loại này cũng biến đổi theo pM(pM= -lg[Mn+]) và theo pH của dung dịch

Khi chọn chất chỉ thị cho một phép chuẩn độ ion kim loại nào đó bằng phương pháp complexon, người ta phải chọn pH thích hợp(bằng cách dung các dung dịch đệm thích hợp) để tạo phức MY xảy ra hoàn toàn và sự đổi màu của chất chỉ thị phải xảy ra ở rất gần điểm tương đương

Vd: chuẩn độ dung dịch Mg2+ = EDTA cần có pH=10 (dung dịch đệm NH4/NH3, CT ET00)

Chuẩn độ dung dịch Ca2+ = EDTA cần có pH=12 (dung dịch NaOH 10%, chỉ thị murexit)

• ĐK của pư chuẩn độ:

- Phức MYn-4 bền (K’f ≥ 108) ở pH chuẩn độ(điều chỉnh pH thích hợp)

- Chọn chất chỉ thị tạo phức bền với KL nhưng phải kém bền hơn phức MYn-4

- Loại bỏ ảnh hưởng của các KL khác có trong dd

- CB phức thường chậm, cần chuẩn độ chậm hay đun nhẹ dd trước khi chuẩn độ

Vd Giải thích sự chuyển màu

Phản ứng tạo phức bền của Mg2+ với EDTA ở pH=10

Mg2+ + H2Y2-  MgY2- + 2H+

Chỉ thị ET00 có màu xanh khi ở dạng tự do, có màu đỏ nho khi ở dạng tạo phức

Sát điểm tương đương, EDTA phản ứng với phức MgInd chuyển chúng trở lại dạng tự do

có màu xanh

MgInd( đỏ nho) + H2Y2-  MgY2- + H2Ind(xanh) Màu của chuẩn độ chuyển từ đỏ nho  xanh thì dừng chuẩn độ

5 Chuẩn độ oxh-khử.

Các loại chỉ thị oxh-k:

(1) Chất chỉ thị mà màu thay đổi không phụ thuộc vào thế của phản ứng

Đặc điểm của các chất chỉ thị này là:

- Điểm cuối của quá trình chuẩn độ được nhân ra bằng sự thay đổi màu của dung dịch khi

dư một giọt dung dịch chuẩn,( chất chuấn or chat cần chuẩn chính là chất chỉ thị) NỘI CHỈ THỊ Vd chuẩn độ một số chất khử bằng dung dịch KMnO4

- Một trong hai dạng oxh hoặc khử tạo chất có màu với một chất khác, thí dụ iot tạo màu xanh với hồ tinh bột nên có thể dùng làm chất chỉ thị cho phương pháp chuẩn độ iot (2) Chất chỉ thị có tính oxh-k:

Các chất có tinh oxh-k thường là chất hữu cơ Trong đó, màu của dạng oxh khác màu của dạng khử và màu của chất chỉ thị phụ thuộc vào thế oxh khử của hệ(dung dịch) Với chất chỉ thị In: Inoxh+ne⇌ Inkh……màu Inoxh≠ Inkh

thì màu của chất chỉ thị nằm trong bước nhảy thế

E = En± 0,059

n

Thực tế giá trị 0,059n khá nhỏ nên coi nhưu chất chỉ thị đổi màu qua E0

Điều kiện chuẩn độ

Trong thực tế số pư oxh-k là rất nhiều nhưng do tính phức tập của pư oxh-kh mà số phản ứng được sử dụng trong phân tích thể tích rất là hạn chế Bởi vì để sử dụng trong phân tích thể tích phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Phản ứng phải xảy ra theo đúng hệ số tỉ lượng.

- Tốc độ phản ứng phải đủ nhanh

- Phải có khả năng xác định được điểm tương đương.

Mặc dù các pư oxh-kh được chọn trong phương pháp thể tích phải thỏa mãn 3 điều kiện trên nhưng trong thực tế pư oxh-kh bao giờ cũng rất phức tạp vì pư phụ thuộc vào nhiều yếu tố vì thế trong quá trình chuẩn độ cần phải nghiên cứu để chọn lọc được các điều kiện tối ưu Phép chuẩn đọ oxh-kh liên quan đến một số chất khử

và chất oxi hóa đặc trưng được dùng làm dung dịch chuẩn và người ta lấy các dung dịch chuẩn đó đặt tên cho các phương pháp

Sự thay đổi màu của dung dịch.

 Khi dùng nội chỉ thị KMnO4 để xác định nồng độ Fe2+ bằng dung dịch KMnO4

Phản ứng chuẩn độ:

5FeFe2+ + MnO4- + 8H+  Mn2+ + 5FeFe3+ +4H2O

aKMnO4=5Fe | aFe2+=1 nội chỉ thị: trước điểm tương đương dung dịch không có màu sau điểm tương đương dung dịch có màu phớt hồng do dư một giọt dung dịch KMnO4

6 Bài toán tính nồng độ dung dịch

Đây là phần tính kết quả cuối cùng trong các phản ứng chuẩn độ

Có đương lượng chất chuẩn bằng đương lượng chất cần chuẩn

Nchất chuẩn = Nchất cần chuẩn

(CNV1)chất chuẩn=(CNV2)chất cần chuẩn

 CN chất cần chuẩn = (CNV1)chất chuẩn/ V2

Chúng ta ngay lúc đầu sẽ biết được CN và V1 của chất chuẩn và thể tích trung bình V2

(chuẩn độ 2-3 lần) của chất cần chuẩn khi chuẩn độ khi cho chất cần chuẩn lên buret và thể tích chất chuẩn nằm trong bình nón

Hoặc biết được thể tích của chất cần chuẩn V2 và thể tích trung bình của chất chuẩn khi chất chuẩn nằm trên buret và chat cần chuẩn nằm trong bình nón

Vậy khi được 3 trong 4 dữ kiện chúng ta sẽ tính đc nồng độ đương lượng mol chất cần chuẩn CN=…(N) rồi chúng ta cần đưa về nồng độ mol CM= CN/a (M)

Giá trị a tùy phản ứng ta sẽ có được giá trị a

III Xử lí số liệu phân tích

Sai số thô:

Là sự sai lệch giữa kết quả thu được với giá trị thực, sự sai lệch rấ lớn, không có quy luật và gây ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng

Cách loại bỏ sai số thô: khi số thi nghiệm n<10

Trước tiên, cần sắp xếp dãy dữ kiện theo thứ tự tăng dần Chuẩn Qtn được tính theo công thức:

Q tn = |x n -x n-1 | / (x max -x min )

Trong đó:

xn là giá trị ghi ngờ cần kiểm tra, xn-1 là giá trị lân cận giá trị xn

xmin,xmax ứng với giá trị nhỏ nhất và lớn nhất trong dãy các số liệu thí ngiệm Sauk hi tìm được Qtn ta đem so sánh với giá trị Qlt ( tra bảng):

- nếu Qtn > Qlt thì cần loại bỏ

- nếu Qtn < Qlt thì giá trị xn không mắc sai số tho, có thể dùng được

sau khi kiểm tra, các giá trị lớn nhất và bé nhất trong dãy số liệu nếu bị loại bỏ thì cần kiểm tra các giá trị tiếp theo, và lưu ý, khi đã bỏ đi một sai số thô thì n còn lại chính là các

số cần kiểm tra Vd lúc đầu có 5Fe giá trị, ta kiểm tra 1 giá trị, khi loại giá trị đó thì chỉ còn lại 4 số liệu, và n lúc này bằng 4

B PHẦN THI: THỰC HÀNH ( có 8 bài, chúng ta sẽ chép nguyên 8 bài báo cáo vào đây)

1 Chuẩn hóa dung dịch HCl bằng dung dịch borax

a) Nguyên tắc: chuẩn độ dung dịch axit mạnh HCl bằng dung dịch borax ( Na2B4O7) Chất chuẩn: Borax, chất cần chuẩn: HCl

Phản ứng chuẩn độ: 2HCl + Na2B4O7 + 5FeH2O  2NaCl + 4H3BO3

pH ≈ 5Fe bước nhảy chuẩn độ: pH ≈ 4-6 khoảng chuyển màu pH 4,4 6,2 chất chỉ thị: metyl đỏ pT=5Fe màu từ vàng  hồng pH từ 6,2 xuống 5Fe

b) hóa chất dụng cụ

không cần nêu, vì hóa chất sẽ được các giáo viên pah, chúng ta chỉ cần nêu nguyên tắc, cách tiến hành và công thức tính kết quả

c) Cách tiến hành

Nhỏ giọt, để chất mạnh trên thì tốc độ phản ứng sẽ nhanh MẠNH TRÊN; YẾU DƯỚI.

pH giảm dần 4,4 – 5 – 6,2

Đỏ hồngvàng

HCl, VHCl

Vml Na2B4O7

1 2

(màu dung dịch chuyển từ vàng  hồng) -lấy chính xác Vml Na2B4O7 vào bình nón đã rửa sạch, thêm 1 đến 2 giọt metyl đỏ

- rửa sạch buret, hút chính xác Vml HCl vào buret( càn tráng trước để giảm sai số)

-nhỏ từ từ HCl xuống bình, lắc đều bình, khi dung dịch chuyển từ màu vàng  hồng thì kết thúc chuẩn độ Ghi thể tích HCl đã dùng

Làm lại 3 lần rồi đọc kết quả