a. Chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh (chuẩn độ CH3COOH bằng dung dịch chuẩn NaOH)
Giả sử chuẩn độ 100 mL dung dịch CH3COOH 0,1M bằng dung dịch
NaOH 0,1M pKCH3COOH = 4,75.
Phản ứng chuẩn độ: CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O.
- Khi chưa thêm NaOH, trong dung dịch chỉ cĩ CH3COOH 0,1M (C0), pH
của dung dịch tính theo cơng thức:
[H+] = √𝐾𝑎 ∙ 𝐶𝑎 → pH = -lg[H+] = 1
2(𝑝𝐾𝑎 − 𝑙𝑔𝐶𝑎) = 2,88
- Khi thêm dung dịch NaOH nhưng chưa trung hịa hết, trong dung dịch cĩ CH3COOH chưa bị trung hịa và CH3COO−, pH của dung dịch được tính theo cơng thức:
pH = pKa - lg𝐶𝑎
𝐶𝑏
- Khi thêm dung dịch NaOH vừa đủ để trung hịa hết CH3COOH , trong dung dịch chỉ cĩ CH3COO− là một bazơ yếu, pH của dung dịch được tính theo cơng thức:
pH = 14 – pOH = 14 - 1
2(pKb – lgCb) với pKb = 14 - pKa
- Khi thêm dư dung dịch NaOH, trong dung dịch cĩ NaOH dư và CH3COO−. Vì CH3COO− là một bazơ yếu bên cạnh một NaOH là một bazơ mạnh nên pH của dung dịch được tính theo NaOH dư.
Tính theo các cơng thức trên ta được các giá trị pH biến đổi theo lượng
CH3COOH đã được chuẩn (F) như sau:
Bảng 4: Giá trị pH khi chuẩn độ 100mL dung dịch CH3COOH 0,1M bằng
dung dịch NaOH 0 ,1M
Phần axit đã được chuẩn độ (F) pH 0 2,88 0,2 4,2 0,5 4,81 0,9 5,8 0,99 6,8 0,099 7,8
47
1,001 9,7
1,01 10,68
1,1 11,62
2 12,52
Dựa vào bảng trên ta vẽ được đường cong chuẩn độ như sau:
Hình 4. Đường cong chuẩn độ dung dịch CH3COOH 0,1M bằng dung dịch
NaOH
Nhận xét :
+ Điểm tương đương khi chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh khơng trùng với điểm trung hịa (cĩ pH = 7) mà nằm ở miền kiềm (pHtd = 8,87).
+ Đường cong chuẩn độ trong chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh khơng đối xứng với điểm tương đương (khác với hình 2).
+ Bước nhảy khi chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh (7,8 ÷ 8,87) nhỏ hơn rất nhiều so với bước nhảy khi chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh với cùng khoảng sai số 0,1% (4,3 ÷ 9,7).
+ Cũng như trong trường hợp chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh, khi chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh thì bước nhảy của đường chuẩn độ cũng phụ thuộc vào nồng độ. Nồng độ càng lớn thì bước nhảy càng dài. Bước nhảy của đường cong định phân càng ngắn khi axit càng yếu.
+ Từ nhận xét trên ta thấy rõ ràng bước nhảy pH của đường cong định phân axit dài hay ngắn phụ thuộc vào độ mạnh hay yếu của axit mà ta định phân, nghĩa là phụ thuộcvào hằng số axit Ka, Ka càng lớn bước nhảy càng dài, Ka càng nhỏ bước nhảy càng ngắn và tất nhiên Ka nhỏ đến mức độ nào đĩ thì sẽ khơng cĩ bước nhảy pH.
48
b. Chuẩn độ bazơ yếu bằng axit mạnh (chuẩn độ dung dịch NH3 bằng dung dịch HCl)
Giả sử chuẩn độ 100 mL dung dịch NH3 0,1M bằng dung dịch HCl 0,1M,
pKNH3 = 4,75
Phản ứng chuẩn độ: NH3 + HCl → NH4Cl.
- Khi chưa thêm HCl, trong dung dịch chỉ cĩ NH3 0,1M (C0) là một bazơ yếu, pH của dung dịch tính theo cơng thức:
pH = 14 –pOH = 14 - 1
2(pKb – lgCb)
- Khi chuẩn độ trước điểm tương đương trong dung dịch cĩ NH+
4 và NH3, đĩ là hệ đệm nên pH của dung dịch được tính theo cơng thức:
pH = pKa + lg𝐶𝑏
𝐶𝑎 với pKa = 14 - pKb
- Tại điểm tương đương, trong dung dịch chỉ cĩ NH4Cl là một axit yếu, pH của dung dịch được tính theo cơng thức:
pH = 1
2(pKa – lgCa) với pKa = 14 – pKb và Ca là nồng độ NH4+
Ta cũng cĩ thể tính pOH rồi tính pH theo cơng thức pH = 14 − pOH.
- Khi thêm một lương dư dung dịch HCl, trong dung dịch cĩ HCl dư và NH4+. Vì NH4+ là một axit yếu bên cạnh một HCl là một axit mạnh nên pH của dung dịch được tính theo HCl dư.
Tính theo các cơng thức trên ta được các giá trị pH biến đổi theo lượng NH3 đã được chuẩn (F) như sau:
Bảng 5. Giá trị pH khi chuẩn độ 100mL dung dịch NH3 0,1M bằng dung dịch HCl 0,1M
Phần NH3 đã được chuẩn độ (F) pH của dung dịch
0 11,13
0,5 9,26
0,9 8,36
0,99 7,26
0,099 6,56
1,0 (điểm tương đương) 5,13
1,001 3,7
1,01 3,0
49
Dựa vào bảng trên ta vẽ được đường cong chuẩn độ như sau:
Hình 5: Đường cong chuẩn độ dung dịch NH3 bằng các dung dịch HCl 0,1M.
Nhận xét: giống trường hợp chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh, đường cong chuẩn độ bazơ yếu bằng axit mạnh cũng cho thấy:
+ Điểm tương đương khơng trùng với điểm trung hịa (cĩ pH = 7) mà nằm ở miền axit (pHtd = 5,13). Bước nhảy pH trong khoảng 3,7 ÷ 6,5.
+ Đường cong chuẩn độ khơng đối xứng với điểm tương đương
+ Bước nhảy của đường chuẩn độ cũng phụ thuộc vào nồng độ và hằng số phân ly của bazơ yếu.