Nội dung của tiểu luận gồm: thuốc thử chuẩn độ Acid - Base; nguyên tắc chọn chỉ thị trong chuẩn độ Acid - Base; đệm năng của dung dịch đệm; chuẩn độ Acid mạnh - Base mạnh; chuẩn độ Base mạnh bằng Acid mạnh... Mời các bạn cùng tham khảo tiểu luận để nắm chi tiết nội dung.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & VẬT LIỆU
LỚP:09DHTP8MSSV: 2008181034
Trang 22.2 Chất chỉ thị để chuẩn độ acid - base 12
2.5 Nguyên tắc chọn chỉ thị trong chuẩn độ acid - base 15
2.10.1 Chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh 17
2.10.2 Chuẩn độ base mạnh bằng acid mạnh 21
Trang 3Hình 4: Pipet 10
Hình 5: Dụng cụ chuẩn độ 10
Hình 6: Thang pH 11
Hình 7: Đường cong chuẩn độ 19
Trang 4YDANH SÁCH BẢNG BIỂU
Y
Bảng 1: Các chất chỉ thị 15 Bảng 2: So sánh chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh và ngược lại 18 Bảng 3: Kết quả chuẩn độ 20
Trang 5NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Nhóm sinh viên gồm : 1 MSSV:
Nhận xét :
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
Điểm đánh giá: ……….
……….
……….
……….
……….
………
Ngày ……….tháng ………….năm 2014
( ký tên, ghi rõ họ và tên)
Trang 6LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập cùng tập cùng với thầy , em đã trang bị cho mình đượcnhững kiến thức nhất định về môn hóa phân tích Song đó chỉ là lý luận cơ sở, làmnền tảng để em có thể tiếp cận gần hơn với thực tế Thầy đã tạo điều kiện chochúng em củng cố hơn kiến thức cũng như kỹ năng, bước đầu làm quen với mônhọc này này.Để có thể hoàn thành bài báo cáo này, trước hết em xin trân thành cảm
ơn đến Thầy đã tận tình truyền đạt những kiến thức cho chúng em trong thời gianhọc tập tại trường Báo cáo là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu, nhưngbài tiểu luận của chúng em còn nhiều thiếu sót, hạn chế Rất mong nhận được ýkiến đóng góp của Thầy để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiệnhơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Trang 7Phần 1: Tổng Quan1.1 Chuẩn độ
Chuẩn độ là kỹ thuật phân tích cho phép xác định định lượng một chất cần phântích trong mẫu Kỹ thuật này dựa trên phản ứng hoàn toàn của chất cần phân tích vàdung dịch chuẩn độ với nồng độ đã biết được thêm từ từ vào mẫu: Chất cần phântích + dung dịch chuẩn = sản phẩm của phản ứng
Chất chuẩn (C): Là một chất biết trước chính xác nồng độ và phản ứng chọn lọcvới một chất xác định hoặc một nhóm chất xác định trong một điều kiện nhất định Chất xác định (X): là một chất hoặc một nhóm chất cần xác định nồng độ hoặchàm lượng có trong mẫu phân tích
Mẫu xác định: Hay còn gọi là mẫu phân tích là đối tượng có chứa chất xác địnhcần phân tích Một mẫu xác định có thể có một hoặc nhiều chất xác định tùy theoyêu cầu phân tích
Dung dịch xác định: là dung dịch được tạo ra từ mẫu xác định
Điểm tương đương: là điểm chất chuẩn tác dụng vừa đủ với với chất xác định, tại
đó số đương lượng gam của chất chuẩn bằng chất xác định
Chất chỉ thị: Là chất được thêm vào bình phản ứng để tạo ra tình hiệu phân tích cóthể quan sát được (màu sắc, kết tủa,…) khi phản ứng đạt đến điểm tương đươnghoặc gần đến điểm tương đương
Yêu cầu đối với chất chỉ thị:
+ Bền trong môi trường sử dụng
+ Cân bằng chỉ thị phải đạt được nhanh
+ Có hiện tượng thay đổi rõ rệt ở điểm tương đương hoặc gần điểm tươngđương
Phản ứng chuẩn độ: Phản ứng xảy ra giữa chất chuẩn và chất xác định khi thựchiện thao tác chuẩn độ Phản ứng chuẩn độ phải thỏa mãn những yêu cầu sau:
+ Phản ứng xảy ra hoàn oàn và theo một phương trình nhất định
+ Phản ứng xảy ra nhanh, gần như tức thời
+ Phản ứng phải chọn lọc
+ Phải có chất chỉ thị thích hợp để nhận biết điểm tương đương
Phản ứng chỉ thị: Là phản ứng cho tín hiệu để nhận biết điểm tương đương, còngọi là điểm phản ứng cuối
Trang 8Nếu biểu diễn sự biến đổi nồng độ hay logarit của nồng độ cấu tử X trong quátrình chuẩn theo thể tích của thuốc thử thêm vào bằng đồ thị, gọi là đường congchuẩn độ Đường cong chuẩn độ được biểu diễn như sau:
Hình 1: Đường cong chuẩn độ
Các kỹ thuật chuẩn độ:
+ Kỹ thuật chuẩn độ trực tiếp: Là kỹ thuật chuẩn độ mà trong đó chất chuẩn tácdụng trực tiếp với chất xác định khi thực hiện thao tác chuẩn độ
C + X ⇄ sản phẩmTại điểm tương đương:
+ Kỹ thuật chuẩn độ ngược: khi chất chuẩn (C) không thể tác dụng trực tiếp vớichất xác định (X) thì ta dùng chất một chất (Y) tác dụng với (X) để tạo ra sản phẩm(E) và cho (C) tác dụng với (E)
X + Y ⇄ E
E + C ⇄ sản phẩmTại điểm tương đương:
+ Kỹ thuật chuẩn độ thế: khi chất chuẩn (C) không thể tác dụng trực tiếp vớichất xác định (X) và không tác dụng với sản phẩm (E) của (X) và (Y) nhưng lại tácdụng trực tiếp được với (Y)
X + Y ⇄ E
C + Y ⇄ sản phẩmTại điểm tương đương:
Các phương pháp chuẩn độ:
+ Phương pháp chuẩn độ acid – base: Một thể tích chính xác chất xác định làcác acid hoặc base được chuẩn độ trực tiếp hoặc gián tiếp bằng dung dịch chuẩn làbase hay acid với chỉ thị màu acid - base Điểm cuối chuẩn độ được xác định khi có
Trang 9sự chuyển màu của chất chỉ thị Dựa vào thể tích điểm cuối và định luật đương
+ Phương pháp chuẩn độ tạo phức (phương pháp chuẩn độ Complexon):Phương pháp chuẩn độ Complexon là phương pháp chuẩn độ tạo phức sử dụngthuốc thử có tên là Complexon (Complexon là tên chung để chỉ các aicd
rãi nhất Ký hiệu EDTA) (C) để chuẩn độ các ion kim loại (M), theo cân bằng tạothành phức MC Phản ứng tổng quát: M + C ⇄ MC (phức tan)
+ Phương pháp chuẩn độ tạo tủa: Phương pháp chuẩn độ kết tủa dựa trên phảnứng tạo kết tủa: X + R ⇄ RX
+ Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử: Phản ứng chuẩn độ dựa trên oxi hóa khử, trong đó nếu chất X ở dạng khử thì thuốc thử R ở dạng oxi hóa và ngược lại
Trang 10Hình 4: Pipet
+ Dụng cụ chuẩn độ đầy đủ
Hình 5: Dụng cụ chuẩn độ
1.2 Acid – Base
1.2.1 Theo thuyết Bronsted
Acid là những tiểu phân (cation, anion, phân tữ trung hòa) có khả năng cho proton
1.2.3 Acid mạnh/yếu
Trang 11Các acid yếu có Ka nhỏ ( chỉ điện li một phần ): H3PO4, H2CO3, CH3COOH,
1.2.4 Base mạnh/yếu
1.2.5 Hằng số acid – base
phân
1.3 pH
một dung dịch, người ta thay bằng giá trị âm thập phân logarit thập phân của giá trị
Trong môi trường trung hòa pH = pOH = 7
Trong môi trường acid pH < pOH; pH < 7
Trong môi trường base pOH < pH; pH > 7
Hình 6: Thang pH
Phần 2: Nội Dung Tiểu Luận2.1 Thuốc thử chuẩn độ acid – base
Trong phương pháp chuẩn độ acid - base, các acid hoặc base mạnh luôn luôn được
dùng làm thuốc thử chuẩn bởi vì phản ứng với sự tham gia của chúng xảy ra hoàntoàn hơn so với phản ứng với sự tham gia của acid hoặc base yếu Cũng như trong
Trang 12phép chuẩn độ kết tủa, phản ứng xảy ra càng hoàn toàn, hàm số π biến đổi càng lớn
và càng dễ xác định điểm cuối
2.2 Chất chỉ thị để chuẩn độ acid – base
Nhiều hợp chất tổng hợp cũng như tự nhiên có màu khác nhau tùy thuộc vào pH của dung dịch Một số trong các chất đó từ lâu đã được sử dụng để chỉ rõ tính kiềm hoặc tính axit của nước Chúng cũng quan trọng cả đối với những nhà hóa học hiện đại trong việc dùng chúng để xác định pH của dung dịch và để phát hiện điểm cuối trong chuẩn độ acid – base
2.3 Khái niệm về chất chỉ thị
Những chỉ thị acid – base là những hợp chất hữu cơ biểu lộ tính acid yếu hoặc baseyếu Phản ứng phân li hoặc liên hợp của chất chỉ thị kèm theo sự chuyển vị cấu tạo bên trong dẫn tới sự biến đổi màu Chúng ta đưa ra phản ứng điển hình của chỉ thị acid – base dưới dạng sau:
Hoặc
Trong các dung dịch axit mạnh, chỉ thị ở dạng HIn là dạng chiếm ưu thế, tương
hạt In sẽ chiếm ưu thế tương ứng với "màu kiềm" của chất chỉ thị đó
Khi cân bằng, những quá trình đó được đặc trưng bằng những hằng số
K a= ¿ ¿
Có thể biến đổi phương trình đó như sau
¿ ¿Khi pH biến đổi, dung dịch chứa chất chỉ thị biến đổi liên tục thành phần phần trăm dạng màu của mình Nhưng mắt người rất không nhạy với những biến đổi đó Thường một dạng phải hơn từ 5 đến 10 lần dạng kia thì người quan sát mới nhận biết được màu của nó; tiếp tục tăng lượng dư của dạng đó sẽ khó nhận biết Sự biếnđổi màu của chỉ thị chỉ được nhận biết trong vùng mà ở đó một dạng hơn dạng kia
5 – 10 lần Như vậy "s ự biến đổi màu" quan sát được phản ánh sự chuyển dịch cân bằng của chỉ thị Xét HIn làm ví dụ, có thể nói rằng, chỉ thị thể hiện màu axit hoàn toàn của mình để được người quan sát nhận biết khi
¿ ¿ ¿
Bên trong khoảng được xác định bằng những đại lượng đó, màu là màu hỗn hợp của chỉ thị Nhưng giới hạn bằng số đã nêu tất nhiên phản ánh tính chất trung bình của chỉ thị Một số chất chỉ thị biến đổi màu trong khoảng hẹp hơn đối với nồng độ dạng acid và dạng kiềm, một số khác lại biến đổi trong khoảng rộng hơn Hơn nữa, khả năng của người quan sát phân biệt màu cũng không đồng nhất Những người
mù màu không phân biệt được một số sắc thái màu
Trang 13Nếu thay hai tỷ số nồng độ đó vào phương trình hằng số phân li của chỉ thị thì có thể tính khoảng nồng độ ion hidro cần thiết để chuyể màu chỉ thị Đối với màu hoàntoàn acid:
thấy khi pH của dung dịch biến đổi từ 4 đến 6 Dễ dàng rút ra những hệ thức tương
tự với chỉ thị loại kiềm
2.4 Những loại chỉ thị acid – base
Danh sách những hợp chất có tính chất chỉ thị acid - base là danh sách những chấthữu cơ Thường có thể tìm chỉ thị có màu biến đổi trong khoảng pH cần thiết bất kỳ
đổi pH
Sự biến đổimàu
Trang 141,2 - 2,8 Đỏ Vàng
Những chỉ thị sulfophtalein: Đặc trưng của nhiều chỉ thị sulfophtalein là có haikhoảng chuyển màu; một khoảng được quan sát thấy trong dung dịch khá acid, mộtkhoảng khác trong môi trường trung tính hoặc kiềm vừa phải Khác với các chấtmàu phtalein, các chỉ thị loại này có dạng kiềm màu đỏ rất bền trong môi trườngkiềm mạnh
Những chỉ thị azo: Khi tăng độ kiềm của môi trường màu của phần lớn các chỉ thịazo biến đổi từ màu đỏ sang vàng; điểm chuyển màu của chỉ thị chuyển dịch mộtchút về vùng acid Metyl da cam và metyl đỏ là những đại diện phổ biến nhất củaloại chỉ thị đó
2.5 Nguyên tắc chọn chỉ thị trong chuẩn độ acid - base
Để sai số chỉ thị không vượt quá sai số cho phép ta phãi chọn chất chỉ thị theonguyên tắc sau:
+ CHỉ thị có khoảng đổi màu nằm trong bước nhảy pH
Ví dụ: Chuẩn độ dung dịch HCl 0,1M bằng dung dịch NaOH 0,1M có bước nhảy
pH từ 4 ÷ 10 thì ta dùng các chất sau làm chỉ thị: metyl đỏ (4,4 ÷ 6,2),phenolphtalein (8 ÷ 10)
2.6 Sai số chuẩn độ acid - base
Cần phân biệt hai loại sai số chuẩn độ Sai số hệ thống do pH chuyển màu của chỉthị khác với pH ở điểm tương đương của phản ứng hóa học dùng để chuẩn độ là sai
số loại thứ nhất Có thể giảm sai số đó đến cực tiểu bằng cách lựa chọn cẩn thận chỉthị Thí nghiệm trắng sẽ cho bổ chính tương ứng
Sai số ngẫu nhiên do khả năng của người quan sát phân biệt một cách lặp lại thờiđiểm chuyển màu bị hạn chế là loại sai số thứ hai Giá trị của sai số đó phụ thuộcvào sự biến đổi pH trên một mililit thuốc thử ở điểm tương đương, nồng độ chỉ thị
và phương pháp nhà phân tích dùng để phân biệt hai màu của chỉ thị Khi quan sátbằng mắt với chỉ thị acid - base sai số trung bình khoảng ± 0,5 đơ n vị pH So sánh
Trang 15màu của dung dịch bị chuẩn chứa lượng chỉ thị "đối chứng" ở giá trị pH tương ứngthường cho phép hạ thấp sai số đến ± 0,1 đơn vị pH hoặc nhỏ hơn Rõ ràng, đó lànhững giá trị gần đúng và ở mức độ đáng kể chúng phụ thuộc vào bản chất củachỉ thị cũng như vào trình độ của người thực hiện
2.7 Dung dịch đệm
Dung dịch đêm pH là dung dịch rất ít thay đổi khi ta them vao một lượng nhỏ acidhay base mạnh
Dung dịch đệm thường là dung dịch đồng thời chứa acid yếu và base lien hợp của
nó hoặc ngược lại
Có 2 loại dung dịch đệm:
+ Dung dịch đệm axit là hệ dung dịch đệm được hình thành bằng cách trộn lẫnmột axit yếu với muối của nó với một bazơ mạnh
+ Dung d ch đ m baz là dung d ch đ m đ c hình thành b ng cách tr n l nệm bazơ là dung dịch đệm được hình thành bằng cách trộn lẫn ơ là dung dịch đệm được hình thành bằng cách trộn lẫn ệm bazơ là dung dịch đệm được hình thành bằng cách trộn lẫn ược hình thành bằng cách trộn lẫn ằng cách trộn lẫn ộn lẫn ẫn
m t baz y u v i mu i c a nó v i m t axit m nh.ộn lẫn ơ là dung dịch đệm được hình thành bằng cách trộn lẫn ếu với muối của nó với một axit mạnh ới muối của nó với một axit mạnh ối của nó với một axit mạnh ủa nó với một axit mạnh ới muối của nó với một axit mạnh ộn lẫn ạnh
Dung dịch đệm tạo thành bởi 2 chất lưỡng tính axit-bazơ
2.8 pH của dung dịch đệm
pH của dung dịch đệm acid hay dung dịch đệm base chỉ phụ thuộc vào hằng số cânbằng của acid/base yếu và tỉ số giữa nồng độ đầu của muối và nồng độ đầu của cácacid/base Do đó, khi ta pha loãng đệm vào dung dịch acid/base thì pH của nó sẽthay đổi rất ít hoặc không thay đổi
Xét dung dịch đệm chứa acid yếu HA có nồng độ Ca và base liên hợp A- (dướidạng muối MA) có nồng độ Cb có cân bằng như sau:
Với [M+] = Cb
2.9 Đệm năng của dung dịch đệm
Đệm năng của một dung dịch đệm pH là khả năng chống lại sự thay đổi pH củadung dịch khi thêm vào dung dịch đó một ít acid hay base mạnh Hay nói cách
Trang 16khác, đệm năng của một dung dịch đệm pH biểu diễn số mol của một base mạnhhay aicd mạnh cần thêm vào 1l dung dịch đó để pH tăng hay giảm 1 đơn vị pH.Nếu gọi ∆pH là độ biến thiên của pH do thêm một đại lượng ∆Ca của acid mạnhhay ∆Cb của base mạnh, đệm năng thường được kí hiệu π và được tính theo côngthức sau:
2.10 Chuẩn độ acid mạnh - base mạnh
Chất chuẩn HY: C (M), V (ml)
(ml)Chất chuẩn XOH: C (M), V (ml)
Bảng 2: So sánh chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh và ngược lại
2.10.1 Chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh
Lượng base thêm vào = lượng acid phản ứng
Trang 17F= CV
C0V0 (F là t s mol)ỉ số mol) ố mol) Với mỗi giá trị V có một giá trị của F tương ứng
+ F = 0: chưa thêm BOH
+ F = 1: HA hết, điểm tương đương
+ F < 1: Trước điểm tương đương
+ F > 1: Sau điểm tương đương
Tại điểm tương đương:
qua [OH-], phương trình chuẩn độ giữ nguyên
Ví dụ: Chuẩn độ 100ml HCl 0,1N bằng dung dịch NaOH 0,1N
Trang 19+ Trong khoảng rất hẹp từ 99,99 đến 100,01 pH của dung dịch thay đổi rấtmạnh, đường định phân rất dốc , đoạn dốc đó gọi là bước nhảy của đường địnhphân.
+ Với cùng một loại axit, bước nhảy phụ thuộc vào nồng độ Nồng độ axitcàng lớn thì bước nhảy càng dài và ngược lại
+ Vẽ đường định phân để biết được sự biến thiên của pH, xác định được bướcnhảy của đường định phân, với mục đích chọn chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ+ Chất chỉ thị thích hợp cho quá trình chuẩn độ là chất chỉ thị có khoảng đổimàu nằm trong bước nhảy của đường định phân
+ Ngoài việc vẽ đường định phân để tìm chất chỉ thị chúng ta còn có thể chọnchất chỉ thị bằng cách tính sai số
Dấu “ - ”: việc chuẩn độ kết thúc trước điểm tương đương
Dấu “+”: việc chuẩn độ kết thúc sau điểm tương đương
Phép chuẩn độ chỉ chấp nhận không mắc sai số khi: -0,2% ⸻ +0,2%
2.10.2 Chuẩn độ base mạnh bằng acid mạnh
Lượng acid thêm vào = lượng base phản ứng
C0V0 (F là t s mol)ỉ số mol) ố mol) Với mỗi giá trị V có một giá trị của F tương ứng
+ F = 0: chưa thêm HA
+ F = 1: BOH hết, điểm tương đương
+ F > 1: Trước điểm tương đương
+ F < 1: Sau điểm tương đương
Tại điểm tương đương
Trang 20qua [OH-], phương trình chuẩn độ giữ nguyên
Sai số chỉ thị do điểm cuối của quá trình chuẩn độ không trùng với điểm tươngđương
Trang 21Trong khoảng đổi màu của chất chỉ thị có một giá trị màu tại đó màu của chất chỉthị thay đổi rõ nhất, giá trị này gọi là chỉ số chuẩn độ (pT) của chất chỉ thị Vì vậyquá trình chuẩn độ kết thúc tại pH = pT Giá trị pT phụ thuộc vào bản chất chất chỉthị và chất chuẩn độ pT càng gần pH điểm tương đương thì càng chính xác.
Đường chuẩn độ là đường cong không đều trước và sau cách xa điểm tương đương
độ dốc của đường cong rất nhỏ (nghĩa là pH ít phụ thuộc vào thể tích dung dịchchuẩn cho vào), còn ở lân cận điểm tương đương độ dốc đường cong lớn (nghĩa là
pH phụ thuộc nhiều vào thể tích dung dịch chuẩn cho vào)