PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACI D BASE (PHƯƠNG PHÁP TRUNG HÒA)
7.5.1.1. Khảo sát sự biến đổi pH trong quá trình chuẩn độ
Khi chuẩn độ dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH ta nhỏ dần dần dung dịch NaOH vào dung dịch HCl, phản ứng sẽ xảy ra như sau:
HCl + NaOH → NaCl + H2O (i)
Hay: H+ + OH- → H2O K = 1/Kw = 1014
Bởi vì hằng số cân bằng của phản ứng khá lớn nên phản ứng chuẩn độ coi như xảy ra hoàn toàn.
Nhiệm vụ đầu tiên trong việc xây dựng đường cong chuẩn độ là tính tốn thể tích NaOH cần thiết để đạt đến điểm tương đương. Tại điểm tương đương, từ phản ứng (i) ta có:
Số mol HCl = Số mol NaOH hay CaVa = CbVb
Trong đó Ca, Va lần lượt là nồng độ và thể tích của acid HCl; và Cb,
Vb là nồng độ và thể tích của base NaOH. Thể tích NaOH cần để đạt
điểm tương đương là:
Veq = Vb = CaVa
Cb = (0,100M)(100,0 ml)
0,100M = 100 ml
(1) Trước khi chuẩn độ: Dung dịch phân tích là dung dịch acid
mạnh, ta có:
pH = - lgCHCl = -lg10-1 = 1
(2) Vùng trước điểm tương đương: Ở giai đoạn này ta chưa cho đủ
lượng NaOH nên dung dịch lúc đó cịn lại một lượng HCl chưa định phân, đồng thời có một lượng NaCl được tạo thành. Bởi vậy pH của dung dịch được tính theo lượng HCl cịn lại: pH = - lgCHCl (còn lại). Gọi Vb là thể tích dung dịch NaOH (Cb) cho vào trong quá trình khi chuẩn độ. Vậy nồng độ HCl dư trong dung dịch là:
[HCl]dư = số mol HCl dư
tổng thể tích = CaVa−CbVb Va+ Vb
+ Giả sử ta cho 90% lượng NaOH cần thiết (tương ứng 90 ml dung dịch NaOH 0,1M) vào 100,0 ml HCl 0,100 M. Như vậy ta đã trung hòa được 90% lượng HCl ban đầu. Lượng acid còn lại trong dung dịch chưa được trung hòa là 10%.
[HCl]dư = (0,100M)(100,0 ml)− (0,100M)(90,0 ml)
190 ml = 0,53. 10−2 M → pH = 2,28
Các giá trị pH khi cho những thể tích NaOH khác được trình bày ở Bảng 7.2.
(3) Tại điểm tương đương: Khi cho đúng một lượng tương đương NaOH vào dung dịch HCl thì tồn bộ HCl bị trung hòa hết tạo thành dung dịch NaCl, khi đó dung dịch là trung tính. pH được xác định dựa vào sự phân ly của nước.
H2O ⇌ H+ + OH- Kw
x x
Kw = x2 → x = 1,00 x 10-7 M → pH = 7
Vậy pH tại điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ của bất kỳ base mạnh (hoặc acid) với acid mạnh (hoặc base) sẽ là 7,00 ở 25o
C.
(4) Vùng sau điểm tương đương: Ở giai đoạn này ta cho thừa
NaOH và dung dịch phân tích lúc đó có dư NaOH khi đó pH của dung dịch được tính theo lượng NaOH dư, pH được tính theo cơng thức pH = 14 + lgCNaOH (thừa).
[NaOH]dư = số mol NaOH dư tổng thể tích =
CbVb− CaVa Va+ Vb
Giả sử ở thời điểm ta đã cho đến 100,1 ml NaOH tức là thừa ra 0,1 ml NaOH nghĩa là thừa ra 0,1% so với lượng cần thiết.
[OH−]dư = (0,100M)(100,1 ml) − (0,100M)(100,0 ml) (100,0 + 100,1)𝑚𝑙
= 4,998.10−5 M → pH = 9,7
Có thể tóm tắt sự biến thiên pH của dung dịch trong quá trình chuẩn độ ở Bảng 7.2.
Bảng 7.2: Chuẩn độ 100 ml HCl 0,100 M bằng NaOH 0,100 M %NaOH
cho vào
Tính chất
dung dịch Cơng thức tính h pH Ghi chú
0 Acid mạnh h = Ca 1 50 1,48 90 2,28 99 3,30 99,9 4,30 Bước nhảy pH 100 Trung tính h = oh = 10-7 7 100,1 Base mạnh ℎ = 10 −14 𝑜ℎ 9,7 101 10,7 110 11,68 200 12,52