PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT-BAZ
A. Pha chế các dung dịch gốc và dung dịch chuẩn
a) Điều chế hỗn hợp đẳng phí của HCl: Lấy một thể tích HCl đậm đặc, pha loãng với cùng một thể tích nước rồi đem chưng cất. Trong quá trình chưng cất, lúc đầu hỗn hợp axit cất được có nồng độ thấp hơn nồng độ axit còn lại trong bình, nồng độ axit trong bình cất sẽ tăng lên dần.
Sau một thời gian, hỗn hợp cất được và dung dịch còn lại trong bình có nồng độ axit bằng nhau.
Từ lúc đó, nếu tiếp tục cất thì nhiệt độ sôi không thay đổi, nồng độ của axit cất được cũng không thay đổi: ta được một hỗn hợp đẳng phí. Nồng độ của hỗn hợp đẳng phí chỉ phụ thuộc áp suất khí quyeồn.
Thường người ta cất loại 75% thể tích của dung dịch đem cất. Sau đó lấy 10 – 15 % thể tích:
đó là hỗn hợp đẳng phí. Khi tiến hành cất, ta đọc ở áp kế và ghi áp suất không khí. Ta có thể đọc được nồng độ của hỗn hợp đẳng phí cất được trong bảng sau đây (ứng với áp suất lúc cất)
Áp suất khí quyeồn (mmHg)
Nồng độ % của HCl
(cân trong chân không) Khối lượng phần cất HCl chứa 1 mol HCl (caõn trong khớ quyeồn) 730
740 750 760 770 780
20,293 20,269 20,245 20,221 20,197 20,173
179,551 179,766 179,979 180,193 180,407 180,621
b) Pha dung dịch HCl gốc từ hỗn hợp HCl đẳng phí: Hỗn hợp HCl đẳng phí cất được ở một áp suất nhất định là một dung dịch HCl tinh khiết, có nồng độ xác định, không thay đổi khi để lâu, vì thế ta có thể pha một dung dịch gốc từ hỗn hợp HCl đẳng phí.
Dung dịch HCl đẳng phí có nồng độ % xác định. Muốn pha dung dịch HCl gốc ta chỉ cần cân chính xác một khối lượng của hỗn hợp đẳng phí rồi pha loãng với nước cất để có nồng độ cần thieát.
Ví dụ: Muốn pha 500 ml dung dịch HCl 0,1M, ta tính lượng hỗn hợp đẳng phí cần lấy như sau :
− 500 ml dung dịch HCl đẳng phí chứa 0,05 mol HCl
− Trong hỗn hợp đẳng phí cất ở 760 mmHg, cứ 180,193 gam hỗn hợp chứa 1 mol HCl
⇒ 0,05 mol HCl ứng với: 180,193 × 0,05 = 9,0097 g hỗn hợp đẳng phí
− Ta cân chính xác 9,0097 g hỗn hợp đẳng phí, pha loãng trong bình định mức 500 ml bằng nước cất ta sẽ được 500 ml dung dịch HCl 0,1 M.
2. Pha dung dòch axit oxalic goác
∗ Axit oxalic H2C2O4.2H2O (M = 126,07 g/mol) là một chất sau khi kết tinh lại có thể dùng làm dung dịch gốc. Những dung dịch axit oxalic loãng (0,1N; 0,05N ) thường dễ bị phân hủy ngoài ánh sáng. Do đó nên định kỳ xác định nồng độ của dung dịch này.
∗ Tinh chế axit oxalic: khuấy đều 500 g axit oxalic với một lượng HCl 3-4 M sôi. Lọc qua phễu buchner, canxi tan trong axit được loại đi. Rửa tinh thể nhiều lần bằng HCl loãng. Kết tinh lại trong nước để loại clorua. Cho vào bình hút ẩm có HCl đặc. Axit oxalic mất nước kết tinh thành bột, để bột này hidrat hóa lại ngoài không khí hay trong bình hút ẩm có NaBr chảy nước.
Để tới khi axit có khối lượng không thay đổi. Axit này bền trong độ ẩm 5-95%
∗ Pha dung dịch axit oxalic gốc có nồng độ 1 N:
ẹaxit = M 2 =
2 07 ,
126 = 63,035 gam
Cân chính xác 63,035 g axit oxalic hòa tan trong 500 ml nước ấm cho tan hết, thêm 300 ml nước làm nguội với nước, chuyển toàn bộ sang bình định mức, thêm nước đủ 1 lít.
3. Pha dung dòch Na2CO3 goác
∗ Điều chế Na2CO3 khan tinh khiết: Natri cacbonat thường có lẫn clorua, sunfat, hidrocacbonat natri và kali… Muốn điều chế natri cacbonat tinh khiết, ta cân 30 – 35 g NaHCO3
hòa trong 300ml nước lọc. Cô nước lọc cho tới khi xuất hiện tinh thể và rửa vài lần bằng nước
nguội, sấy khô ta được NaHCO3 tinh khiết. Lấy 10g NaHCO3 đó vào chén sứ hay bạch kim nung cách cát, giữ nhiệt độ 270o – 300oC trong 1 giờ ta có phản ứng:
2NaHCO3 ⎯→ Na2CO3 + CO2 + H2O (sau đó để nguội trong bình hút ẩm)
Cũng có thể điều chế Na2CO3 khan tinh khiết từ Na2CO3 khan tinh khiết phân tích. Lấy Na2CO3 đem nung từ 1/2 giờ đến 1 giờ ở 270o-300oC. Để nguội trong bình hút ẩm. Trước khi dùng, cần sấy 180o-200oC trong 2 giờ để đuổi hết nước vì Na2CO3 dễ hút ẩm của không khí thành Na2CO3.10H2O
∗ Pha chế dung dịch Na2CO3 0,1N: Với Đ (Na2CO3) = M 2 =
2
105,993= 52,997 g Hòa tan 5,2997 gam Na2CO3 trong nước để được 1 lít.
4. Pha dung dòch natri borat goác
∗ Tinh chế natri borat: Lấy 23 gam natri borat hòa tan trong 50 ml nước nóng ở 60oC, lọc dung dịch còn nóng. Nước lọc để nguội và khuấy liên tục, sẽ có tinh thể Na2B4O7.10H2O lắng xuống. Lọc lấy tinh thể ép giữa 2 tờ giấy lọc để hút nước, sau đó để khô trong không khí. Bảo quản trong lọ có nút thủy tinh nhám.
∗ Pha dung dịch natri borat 0,1N: Với Đ(Na2B4O7.10H2O) = M 2 =
2
381,42= 190,71 gam
Vì natri borat ít tan trong nước nên các dung dịch chuẩn không nên có nồng độ ≥ 0,25N. Cân chính xác 19,071 gam natri borat hòa tan vào nước, lắc cho tan hết và thêm nước đủ 1 lít trong bình định mức.
5. Pha dung dịch HCl chuẩn từ dung dịch HCl đặc
a) Pha dung dịch HCl có nồng độ xấp xỉ 0,1N: Dung dịch HCl đặc có khối lượng riêng 1,174 − 1,188 g/ml, chứa từ 35 – 38%, nồng độ khoảng 10N.
− Đương lượng HCl là Đ = 36,465 g ⇒ khối lượng HCl trong 1 lít 0,1N là 3,65 gam
− Ta caàn laáy V = m
d × C% × 100 =
38 188 1
100 65 3
×
,, × ≈ 8 ml dung dịch HCl đặc cho vào bình định mức thêm nước cho đủ 1 lít, thì được dung dịch HCl ≈ 0,1N
b) Xác định lại nồng độ của HCl: Để chuẩn hóa dung dịch HCl thường dùng các chất gốc baz:
natri borat, natri cacbonat, natri oxalat…
∗ Chuẩn hóa bằng Borax (natri borat):
− Khi chuẩn độ Borax bằng HCl, xảy ra phản ứng:
Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O ⎯→ 4H3BO3
hay : B4O2−7 + 2H+ + 5H2O ;<∋( 4H3BO3 K = 2,7 × 1015
− Tại điểm tương đương, trong dung dịch có H3BO3: H3BO3 ;<∋( H+ + H2BO−3 K’ = 6,4 × 10−10
Đối với dung dịch H3BO3 0,1M thì pH = 5,1 ≈ pT của metyl đỏ, vì vậy metyl đỏ là chỉ thị rất tốt. Có thể dùng metyl da cam làm chỉ thị nhưng chuẩn độ vừa đến khi dung dịch có màu khác với màu của chất chỉ thị trong nước.
− Kỹ thuật tiến hành: Dung dịch HCl để định lượng
Bình nón: 25 ml dung dịch Borax 0,1N và 1 – giọt metyl đỏ
Chuẩn độ đến khi màu chuyển từ vàng sang hồng da cam. Áp dụng qui tác định lượng để tính nồng độ của dung dịch HCl.
∗ Chuẩn hóa bằng Na2CO3:
− Khi chuẩn độ Na2CO3 bằng HCl xảy ra phản ứng:
Na2CO3 + HCl ⎯→ NaCl + NaHCO3 (1) NaHCO3 + HCl ⎯→ NaCl + CO2 + H2O (2)
− pH tại điểm tương 1 là 8,34 ⇒ dùng chỉ thị phenolphtalein pH tại điểm tương 2 là 3,94 ⇒ dùng chỉ thị metyl da cam
− Kỹ thuật tiến hành: Buret chứa dung dịch HCl để định lượng.
Bình nón: chứa dung dịch Na2CO3 0,1N và 2 giọt chỉ thị.
Nếu chuẩn độ đến mất màu phenolphtalein thì sai số mắc phải khá lớn, khi chuẩn độ theo metyl da cam thì gặp phải khó khăn do ở gần điểm cuối chuẩn độ tùy theo mức độ khuấy trộn mà mất đi một lượng CO2. Mặt khác màu của chỉ thị trong dung dịch bão hòa khí CO2 rất nhạy với nồng độ muối NaCl. Vì vậy sự đổi màu của chỉ thị sẽ xảy ra sớm hơn so với lý thuyết. Để nâng cao độ chính xác, ta dùng các biện pháp sau:
∗ Chuẩn độ khi có bình đối chứng: Chứa dung dịch có thành phần y hệt như thành phần dung dịch chuẩn độ tại điểm cuối (dung dịch bão hòa khí CO2 chứa chỉ thị metyl da cam). Chuẩn độ dung dịch Na2CO3 đến khi màu của dung dịch giống màu của “bình đối chứng”.
∗ Đuổi CO2 khi chuẩn độ: Mới đầu chuẩn độ dung dịch Na2CO3 đến đổi màu metyl da cam (vẫn chưa đạt điểm tương đương). Sau khi đun sôi dung dịch 2 phút, đun cách thủy 15 phút, vừa đun, vừa lắc để đuổi hết khí CO2. Làm lạnh dung dịch rồi tiếp tục chuẩn độ đến khi màu của dung dịch khác với màu của dung dịch nước chất chỉ thị. Có thể dung brôm cresol lục thay vì metyl da cam cũng khá tốt.
6. Pha dung dũch NaOH 0,1 N chuaồn
Bởi vì NaOH tinh khiết vẫn chứa các tạp chất, do dễ hút ẩm và khí CO2 (cacbonat hóa). Vì vậy người ta không điều chế các dung dịch NaOH chuẩn bằng cách hòa tan một lượng cân chính xác hóa chất trong nước mà phải pha chế dung dịch NaOH không chứa cacbonat rồi thiết lập độ chuẩn dung dịch theo một chất gốc thích hợp.
Khi định lượng người ta hay dùng NaOH chuẩn mà không dùng các dung dịch KOH hoặc Ba(OH)2 vì khó loại K2CO3 khỏi KOH (K2CO3 tan trong KOH đặc), còn Ba(OH)2 dễ kết tủa với CO2, SO2−4.
∗ Cách loại cacbonat khỏi NaOH: Có nhiều cách loại cacbonat:
a) Hòa tan 50 gam NaOH trong nước trong một ống thủy tinh hình trụ cao đậy kín, để yên sau một thời gian Na2CO3 lắng xuống. Muốn Na2CO3 dễ tủa hơn có thể đun cách thủy 85-90oC hay cho vào tủ sấy 100oC trong vài giờ. Hút lấy dung dịch không có cacbonat.
b) Hòa tan 50 gam NaOH trong nước đun sôi để nguội, thêm 50 ml sữa vôi. Đậy kín bình và lắc bình 1-2 giờ, để yên vài ngày. Gạn lấy phần nước trong, nước trong là dung dịch NaOH tinh khiết, cặn là CaCO3 hay Ca(OH)2 thừa.
∗ Chuẩn hóa dung dịch NaOH: Để chuẩn hóa dung dịch NaOH thường dùng các chất gốc axit oxalic, axit benzoic, kali hidroptalat, kali hidrotactrat...
a) Duứng axit oxalic: H2C2O4.2H2O