CHƯƠNG 3 HÓA PHÂN TÍCH

3.1 Cân axit – bazơ 3.1.1 Một số khái niệm Theo Bronsted:   Axit chất có khả cho proton H+ Bazơ chất có khả nhận proton H+ Axit Ví dụ: CH3COOH Axit bazo  H  CH3COO  H  Bazơ - Cặp axit-bazơ khác proton gọi là: cặp axit – bazơ liên hợp 3.1.2 Hằng số cân cặp axit–bazơ liên hợp Hằng số axit Hằng số bazơ Xét axit yếu HA H2O Xét bz liên hợp A- H2O HA  H 2O A  H 3O [A ].[H 3O ] Ka  [HA] A  H 2O HA  OH  [HA].[OH  ] Kb  [A ] 3.1.3 Tính pH dung dịch H2O a) pH axit mạnh:  Xét axit mạnh HA có nồng độ Ca  [H  ]  Ca  HA  H  A     H 2O  H  OH  Có: [H  ]  Ca  [OH  ] [H  ]2  Ca [H  ]  K H2O  TH1: Ca ≥ 10-6 M TH2: Ca ~ 10-7 M (1) (2) Giải pt bậc (2)  tìm [H+] TH3: Ca ≤ 10-8 M pH  3.1.3 Tính pH dung dịch H2O b) pH bazơ mạnh:  Xét bz mạnh BOH có nồng độ Cb  [OH  ]  Cb  BOH   B  OH     H 2O  H  OH  Có:   [OH ]  Cb  [H ] [OH  ]2  Cb [OH  ]  K H2O  TH1: Cb ≥ 10-6 M TH2: Cb ~ 10-7 M (3) (4) Giải pt bậc (4)  tìm [OH-] TH3: Cb ≤ 10-8 M pH  3.1.3 Tính pH dung dịch H2O c) pH axit yếu:  Xét axit yếu HA có nồng độ Ca, số axit Ka     HA  H  A      H 2O  H  OH  Có:  C [ H ] [H  ]  K a a  [H ] Nếu Ka ≤ 10-4 (Ca >> [H+]) thì: (5) Ca [H ]  K a  [H ]  [H  ]2 +K a [H  ]  K a Ca  (6) Suy ra: 1 pH  pK a  lg Ca (7) 2 3.1.3 Tính pH dung dịch H2O d) pH bazơ yếu:  Xét bazơ yếu BOH có nồng độ Cb, số bazơ Kb     BOH  B  OH      H 2O  H  OH   C [ OH ]  b Có: [OH ]  Kb [OH  ] Nếu Kb ≤ 10-4 (Cb >> [OH-]) thì: (8) [OH  ]2 +Kb [OH  ]  Kb Cb  (9) [OH  ]  K b Cb [OH  ] Suy ra: 1 pOH  pKb  lg Cb (10) 2 3.1.3 Tính pH dung dịch H2O e) pH d2 axit yếu bazơ liên hợp:  Xét axit yếu HA có nồng độ Ca, số axit Ka bazơ liên hợp A- có nồng độ Cb, số bazơ Kb NaA   Na   A     HA  H  A      H 2O  H  OH  Ta có:   C [ H ]+[ OH ]  a [H ]  K a Cb  [H  ] - [OH  ] (11) 3.1.3 Tính pH dung dịch H2O e) pH d2 axit yếu bazơ liên hợp:  Nếu d2 có tính axit  bỏ qua [OH-] cạnh [H+]  C [ H ]  a [H ]  K a Cb  [H  ] (12) Nếu Ca Cb ≥ 10-3M Nếu d2 có tính bazơ  bỏ qua [H+] cạnh [OH-]   C + [OH ]  a [H ]  K a (14)  Cb -[OH ] Nếu Ca Cb ≥ 10-3M Ca [H ]  K a Cb Ca [H ]  K a Cb   Ca pH  pK a  lg Cb  (13)  pH  pK a  lg Ca Cb (13) 3.2.2 Chất thị axit – bazơ b) Khoảng đổi màu thị    Ind- + H O+ Xét cân bằng: HInd + H2O   Ka  CH O+ CInd3 CHInd  C H O+ CHInd  Ka CInd- CHInd pH  pK a  lg CInd- C Như màu thị phụ thuộc vào tỉ số nồng độ HInd CInd tức phụ thuộc pH dung dịch -  Bằng mắt thường, người ta phân biệt thay đổi màu khi: CHInd - Khi ≥ 10, màu thị màu HInd CInd- CHInd Vì pH  pK a  lg CInd- nên pH  pK a  - Khi CHInd  , màu thị màu IndCInd- 10 CHInd Vì pH  pK a  lg CInd nên pH  pK a  Khoảng đổi màu thị khoảng giá trị pH màu sắc chị thị thay đổi mà mắt ta nhận biết Sự thay đổi màu sắc số thị acid – baz Chỉ số pT chất thị giá trị pH mà thị thay đổi màu rõ rệt Một số thị axit – bazơ thông dụng 3.2.3 Khảo sát đường định phân  Đường định phân đồ thị biễu diễn phụ thuộc giá trị pH thể tích dung dịch chuẩn (hay F) pH dung dịch V dung dịch chuẩn (F) Chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh * Bài toán: chuẩn độ Vo ml dung dịch HCl có nồng độ Co dung dịch NaOH có nồng độ C Phản ứng: HCl + NaOH   NaCl + H2O Gọi F phần axit chuẩn độ: F= Số milimol bazơ thêm vào CV  Số milimol axit ban đầu CoVo Trong đó:Co, Vo nồng độ thể tích ban đầu axit C, V nồng độ thể tích bazơ thêm vào Tính pH q trình chuẩn độ Trước ĐTĐ: phần axit HCl chưa chuẩn độ hết nên dung dịch có tính axit, ta có V0Co  VC CV  (1  F ) o o Vo  V Vo  V [H  ]  Tại ĐTĐ: HCl trung hòa hết dung dịch NaOH, dung dịch có NaCl, nên pH  Sau ĐTĐ: NaOH dư, dung dịch có tính bazơ [OH  ]  VC  VoCo CV  ( F  1) o o Vo  V Vo  V Cơng thức tính pH q trình chuẩn độ NaOH (C) V : ml NaOH Áp dụng: Vẽ đường định phân chuẩn độ 100 ml dung dịch HCl 0,1 M NaOH 0,1 M HCl (V0, C0) Nhận xét pH 12 Bước nhảy Điểm tương đương 0,9 1,0 1,1 F - Khi F = đến F = 0,999, pH biến đổi từ từ - Gần ĐTĐ (F= 0,999÷1,001) pH biến đổi đột ngột (4,3÷9,7)  gọi bước nhảy pH - Có thể chọn thị: phenolphtalein (8÷10), metyl đỏ (4,2÷6,2), bromthymol xanh (6÷7,6) - Nồng độ lớn bước nhảy dài Sai số thị Sai số thị sai số gây điểm cuối chuẩn độ, tức pT chất thị không trùng với pH điểm tương đương Sai số thường tính theo sai số tương đối: S%  GD 100% D Trong đó: G – giá trị gần : D – giá trị Ví dụ 1: Tính sai số thị mắc phải chuẩn độ dung dịch HCl 0,1M dung dịch NaOH 0,1M dùng chất thị có pT = pT =  NaCl + H2O Phản ứng chuẩn độ: HCl + NaOH  Ta có: pHtđ = Chuẩn độ axit yếu bazơ mạnh Bài toán: chuẩn độ Vo ml dung dịch CH3COOH có nồng độ Co dung dịch NaOH có nồng độ C, biết pKCH3COOH = 4,75 Phản ứng chuẩn độ: CH3COOH + NaOH   CH3COONa + H2O - Khi chưa thêm NaOH, dung dịch có CH3COOH (Co), pH dung dịch tính theo công thức: 1 pH = pK a  lg Ca 2 - Khi thêm dung dịch NaOH Trước ĐTĐ: d2 có CH3COOH dư CH3COOC pH = pK a  lg a Cb Tại ĐTĐ: d2 có CH3COO-, bazơ yếu  [OH ]  K CH COO- Cb 1 hay pOH = pK b  lg Cb 2 Sau ĐTĐ: dung dịch có NaOH dư CH3COO- Vì CH3COO- bazơ yếu bên cạnh NaOH bazơ mạnh nên pH dung dịch tính theo NaOH dư [OH  ]  ( F  1) CoVo Vo  V Cơng thức tính pH q trình chuẩn độ  [H ]  C K a (1  F ) [H ]  Ka F NaOH (C)  [OH  ]  K H 2O Ka V : ml NaOH  C0 C    C  C   Áp dụng: Vẽ đường định phân chuẩn độ 100 ml dung dịch CH3COOH 0,1M NaOH 0,1M CH3COOH (V0, C0) Nhận xét - ĐTĐ chuẩn độ axit yếu bazơ mạnh (pH = 8,87) khơng trùng với điểm trung hòa (pH = 7) - Đường cong không đối xứng so với điểm tương đương - Bước nhảy (7,8 – 9,7) nhỏ nhiều so với chuẩn độ axit mạnh (4,3 – 9,7) - Nồng độ lớn bước nhảy dài - Bước nhảy phụ thuộc vào số Ka axit, Ka lớn BN dài Sai số thị Ví dụ 1: Tính sai số thị mắc phải chuẩn độ dung dịch CH3COOH 0,1M (pKa = 4,74) dung dịch NaOH 0,1M dùng chất thị metyl da cam có pT = (pHtđ = 8,87)  CH3COONa + H2O Phản ứng chuẩn độ: CH3COOH + NaOH  Dùng chất thị có pT = 4, nghĩa kết thúc chuẩn độ pH = 4, việc chuẩn độ kết thúc trước điểm tương đương Trong dung dịch axit chưa chuẩn độ   CH COO- + H+ CH3COOH   Lượng axit chưa chuẩn 100% CVc  Co Vo GD S%  100%  100%   Lượng axit ban đầu D Co Vo ... K a (14)  Cb -[OH ] Nếu Ca Cb ≥ 10-3M Ca [H ]  K a Cb Ca [H ]  K a Cb   Ca pH  pK a  lg Cb  ( 13)  pH  pK a  lg Ca Cb ( 13) 3. 1 Cân axit – bazơ 3. 1.4 Dung dịch đệm a) Khái niệm  Là... axit yếu bazơ liên hợp VD: Xét thay đổi pH thêm 10 -3 mol HCl vào + lít H2O + lít d2 hỗn hợp CH3COOH 0,1M CH3COONa 0,1M 3. 1 Cân axit – bazơ 3. 1.4 Dung dịch đệm b) Đệm dung  Là số mol axit mạnh... dịch CH3COOH 0,1M CH3COONa 0,1M Biết pKCH3COOH = 4,75 + Tính đệm dung β? + Hỏi thêm vào lít dung dịch 0,01 mol HCl 0,01 mol NaOH pH dung dịch thay đổi nào? 3. 2 PP chuẩn độ axit – bazơ 3. 2.1 Nguyên