TRONG KHI LÀM THÍ NGHIỆM
Bài 3. TÍNH CHẤT AXIT – BAZƠ CỦA MỘT SỐ CHẤT – CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ – CÂN BẰNG TẠO PHỨC TRONG DUNG DỊCH
II. Cơ sở lý thuyết 1. Nguyên tắc chung
Chuẩn độ axit – bazơ, hay còn gọi là chuẩn độ trung hoà, là phương pháp phân tích chuẩn độ được sử dụng rất rộng rãi để xác định nồng độ các dung dịch axit và các dung dịch bazơ. Trong phương pháp này người ta dùng dung dịch kiềm (NaOH hoặc KOH) đã biết chính xác nồng độ làm dung dịch chuẩn để chuẩn độ dung dịch axit và dùng dung dịch axit mạnh (HCl, H2SO4, HNO3) đã biết chính xác nồng độ để chuẩn độ dung dịch bazơ. Thực chất các phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hoà. Thí dụ, chuẩn độ dung dịch HCl chưa biết nồng độ bằng dung dịch chuẩn NaOH :
HCl + NaOH → NaCl + H2O (1) Chuẩn độ dung dịch CH3COOH bằng dung dịch chuẩn NaOH :
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O (2) Chuẩn độ dung dịch NH3 bằng dung dịch chuẩn HCl :
NH3 + HCl → NH4Cl (3)
Trong quá trình chuẩn độ, pH của dung dịch thay đổi liên tục. Tại điểm tương đương, tức là thời điểm mà dung dịch chuẩn vừa trung hoà hết dung dịch axit hoặc bazơ cần chuẩn độ, pH của dung dịch phụ thuộc vào bản chất của axit hoặc bazơ cần chuẩn độ và nồng độ của chúng. Với phản ứng (1), pH tại điểm tương đương là pH của dung dịch NaCl bằng 7,0 và không phụ thuộc vào nồng độ của NaCl. pH tại điểm tương đương của phản ứng (2) là pH của dung dịch CH3COONa (bazơ yếu), nên pH đó lớn hơn 7. pH tại điểm tương đương của phản ứng (3) là pH của dung dịch NH4Cl (là axit yếu), nên pH đó nhỏ hơn 7.
Để nhận ra điểm tương đương của phản ứng chuẩn độ, người ta dùng chất chỉ thị gọi là chất chỉ thị axit – bazơ hay chất chỉ thị pH. Đó là axit hữu cơ hoặc bazơ hữu cơ yếu có màu sắc của phân tử và của ion khác nhau, nên màu của chất chỉ thị phụ thuộc vào pH của dung dịch. Có 3 chất chỉ thị thường được sử dụng là: Phenolphtalein, metyl da cam hoặc metyl đỏ.
* Phenolphtalein là axit 2 nấc, trong môi trường axit hoặc trung tính tồn tại ở dạng lacton không màu, khi phân li proton mới đầu chuyển thành anion cacboxylat không màu, sau đó chuyển vị nội phân tử thành quinonphenolat có màu đỏ tím;
OH
OH HO
C O CO
Lacton, không màu
H2O H2O +
HO OH
C
COOH
Không màu
H+ OH
OH HO OH
C
COO OH
H+
O O
C
COO OH
H+
Không màu Quinonphenolat, màu đỏ tím
Trong dung dịch kiềm mạnh lại chuyển sang dạng cacbinol không màu.
OH O
C
COO O
Không màu
* Metyl da cam (heliantin) có tên hóa học là:
Natri paradimetylaminoazo-benzensunfonat
H3C
H3C N N N SO3Na
Trong môi trường kiềm và môi trường trung tính, có màu vàng của anion
H3C
H3C N N N SO3
Trong môi trường axit có màu đỏ của ion lưỡng cực
H3C
H3C NH N N SO3 H3C
H3C N N NH SO3
+ +
* Metyl đỏ có tên hóa học là: axit para-dimetylamino-azobenzen-o-cacboxylic
H3C
H3C N N N COOH
Bảng sau đây ghi khoảng pH đổi màu của 3 chất chỉ thị thường được sử dụng nhiều trong chuẩn độ axit- bazơ.
Tên chất chỉ thị
Khoảng pH đổi màu
Màu dạng axit - dạng bazơ
Metyl da cam 3,1 – 4,4 Đỏ – Vàng
Metyl đỏ 4,2 – 6,3 Đỏ – Vàng
Phenolphtalein 8,3 – 10,0 Không màu- Đỏ
Với mỗi phản ứng chuẩn độ axit – bazơ người ta chọn chất chỉ thị nào có khoảng pH đổi màu trùng hoặc rất sát với pH của điểm tương đương của sự chuẩn độ đó.
Khi chuẩn độ để tránh những sai số lớn, người ta dùng các dung dịch chuẩn có nồng độ gần với nồng độ của dung dịch chất cần xác định.
Thí dụ, giả sử phải chuẩn độ 20,00 ml dung dịch HCl 0,100M bằng dung dịch chuẩn NaOH. Trong trường hợp này ta không nên dùng dung dịch NaOH có nồng độ lớn, thí dụ 1,00M. Trong trường hợp này điểm tương đương sẽ đạt được khi thờm vào 20,00 ì 0,1001,00 = 2,00 (ml) dung dịch NaOH 1,00M. Trong trường hợp đó, nếu khi cho dư 1 giọt dung dịch chuẩn có thể tích 0,05ml thì sai số sẽ là
0, 05
.100 2, 5%
2 = . Vì thế, ta nên dùng dung dịch NaOH 0,100M để chuẩn độ thì không mắc các sai số lớn.
2. Chuẩn độ dung dịch HCl bằng dung dịch chuẩn NaOH
Trước hết ta hãy xét sự biến thiên pH trong quá trình chuẩn độ. Giả sử ta chuẩn độ Vml dung dịch HCl nồng độ Co mol/l bằng dung dịch chuẩn NaOH nồng độ C mol/l.
Phản ứng chuẩn độ :
HCl + NaOH → NaCl + H2O (1)
Trước điểm tương đương, khi thêm V ml dung dịch NaOH vào, nồng độ ion H+ được tính theo công thức : o o
o
C V CV
[H ] V V
+ = −
+ (2)
Tại điểm tương đương, ta có dung dịch NaCl có pH = 7.
Sau điểm tương đương, tức là khi đã thêm vào lượng dư dung dịch NaOH, thì :
o o o
C V CV
[OH ]
V V
− = −
+ (3)
pOH = - lg [OH-] ; pH = 14 – pOH (4)
Thí dụ, áp dụng các công thức trên, khi chuẩn độ 100 ml dung dịch HCl 0,100M bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,100M, ta tính được pH trong quá trình thêm dần dung dịch chuẩn NaOH vào và các kết quả được ghi trong bảng sau :
VNaOH 0 10 50 90 99 99,9 100 100,1 101 110 pH 1 1,1 1,48 2,28 3,30 4,30 7,0 9,70 10,7 11,68
Như vậy, xung quanh điểm tương đương có một sự thay đổi pH rất đột ngột : Khi thêm 99,9 ml NaOH vào tức là khi đã chuẩn độ 99,9% lượng axit thì pH của dung dịch bằng 4,3. Khi thêm vào 100,1 ml NaOH tức là khi đã chuẩn độ quá 0,1% thì pH của dung dịch bằng 9,7 tức là “bước nhảy pH là 5,4 đơn vị pH”. Nếu ta chọn các chất chỉ thị nào có khoảng đổi màu nằm trong khoảng từ 4,3 đến 9,7 để kết thúc chuẩn độ thì sai số không vượt quá 0,1%. Ta thấy trong trường hợp này có thể dùng cả 3 chất chỉ thị metyl da cam, metyl đỏ và phenolphtalein làm chất chỉ thị.
• Cách tính: Nồng độ mol của dung dịch HCl được tính theo công thức
NaOH NaOH
HCl HCl
V .C
C
= V
3. Sai số chuẩn độ:
Sai số chuẩn độ là tỉ số % giữa lượng chất chuẩn đã cho dư (+) hoặc cho còn thiếu () so với lượng cần thiết để chuẩn độ đến điểm tương đương.
q = h Kw C C h C C
ο ο
− ì +
ữ ì
(trong đó: h là [H+]; Co là nồng độ bazơ; C là nồng độ axit)
III. Dụng cụ, hóa chất thí nghiệm
DỤNG CỤ HểA CHẤT
Bộ thí nghiệm phân tích thể tích (buret, pipet, bình tam giác…)
Giá thí nghiệm
…
Dung dịch HCl; (R34/37-S26/36/45)
Dung dịch chuẩn NaOH; (R35-S1/2/26/37 / 39/45)
Chất chỉ thị phenolphtalein hoặc metyl da cam. …
IV. Các bước tiến hành thí nghiệm
1. Cách pha dung dịch chuẩn từ chất gốc, người ta cân một lượng xác định phù hợp chất gốc trên cân phân tích có độ chính xác 0,0001 hoặc 0,00001g, hoà tan định lượng lượng cân trong bình định mức có dung tích thích hợp rồi pha loãng bằng nước cất hoặc dung môi thích hợp tới vạch mức.
Thí dụ: để pha dung dịch chuẩn NaOH 0,0500 M (M = 40), trước tiên cần tính khối lượng NaOH cần thiết để pha chế được 250 ml dung dịch NaOH nồng độ 0,0500M theo công thức:
m= 0,250ì0,05ì40 = 0,50 gam.
Cân 0,50 gam NaOH có độ tinh khiết phân tích trong cốc cân trên cân phân tích, chuyển chất rắn qua phễu vào bình định mức 250,0 ml. Tráng cốc cân 3 lần bằng nước cất vào bình định mức. Thêm khoảng 150ml nước cất nữa và lắc kĩ cho tan hết sau đó thêm nước cất đến vạch mức, lắc kĩ để trộn đều, ta có dung dịch chuẩn NaOH 0,0500M.
2. Cách chuẩn độ: Lấy dung dịch chuẩn NaOH vào buret. Lấy dung dịch HCl cần xác định nồng độ vào bình tam giác sạch (dùng pipet). Thêm vào đó 1 - 2 giọt chất chỉ thị, thí dụ phenolphtalein. Thêm từ từ dung dịch chuẩn vào bình (vừa thêm vừa lắc tròn) đến khi dung dịch chất chỉ thị chuyển màu từ không màu sang màu hồng thì kết thúc. Đọc thể tích dung dịch chuẩn đã tiêu tốn.
Tiến hành chuẩn độ từ 2 đến 3 lần, ghi các kết quả và tính giá trị trung bình.
V. Một số lưu ý để thí nghiệm thực hiện thành công
Pha dung dịch chuẩn cẩn thận
Các thao tác sử dụng pipet và buret phải thành thạo, nên sử dụng trước khi chuẩn độ chính thức (nếu khóa buret bị kẹt cần nhỏ 1 -2 giọt glyxerol)
Khi chất chỉ thị nhuốm màu hồng, cần lắc kỹ, nếu màu hồng biến mất thì thêm cẩn thận từng giọt nhỏ dung dịch chuẩn đồng thời lắc bình đến khi chắc chắn màu hồng không biến mất thì kết thúc.
VI. Phân tích kết quả thí nghiệm và Báo cáo
Ví dụ: Tính chính xác nồng độ dung dịch HCl, biết rằng khi chuẩn độ 50,00 ml dung dịch này phải dùng hết 30,00 ml dung dịch chuẩn NaOH 0,0500M để làm đổi màu metyl da cam từ đỏ sang vàng (pT = 4,4); pT là chỉ số chuẩn độ của chất chỉ thị, phép chuẩn độ thường kết thúc tại giá trị pH = pT.
Nồng độ gần đúng (thực nghiệm, CoTN) của HCl:
CoTN = , , ,
ì
0 0500 30 00
50 00 = 0,0300 M Sai số chuẩn độ: q = 104,4 ì , ,
, , −
+
ì ì 4
0 0500 0 0300
5 00 3 00 10 = 2,1ì103 Nồng độ chính xác của HCl:
Co(HCl) = 0,0300 + 0,0300ì 2,1ì103 = 0,03006 M VII. Câu hỏi kiểm tra và mở rộng
1) Khi chuẩn độ, sử dụng buret thường có hiện tượng quá tay hoặc non tay. Sau khi chuẩn độ, tính sai số chuẩn độ nhận được giá trị q < 0 hoặc q > 0; hãy cho biết ý nghĩa của các giá trị này trong chuẩn độ?
2) Đánh giá sai số khi chuẩn độ dung dịch NaOH 0,02 M bằng HCl 0,1 M, nếu kết thúc chuẩn độ tại pT = 4,0?
3) Chọn chất chỉ thị thích hợp trong số: metyl da cam, metyl đỏ, phenol đỏ, phenolphtalein để xác định điểm tương đương của phép chuẩn độ dung dịch NH3 0,03 M bằng HCl 0,06 M. Biết: Ka(NH+4 = 5,75ì1010) và phenol đỏ
chuyển màu từ vàng (dạng axit) sang đỏ (dạng bazơ) ở khoảng pH = 6,4 – 8,0.
Thí nghiệm 3. Sự tạo thành phức chất [Cu(NH3)4]2+ và sự phân hủy phức chất này bằng axit
I. Mục đích thí nghiệm
Nghiên cứu sự tạo thành phức chất [Cu(NH3)4]2+ và sự phân hủy phức chất đó bởi axit
Rèn luyện kĩ năng: nhỏ giọt hóa chất lỏng bằng công tơ hút và quan sát II. Cơ sở lý thuyết
Trong dung dịch nước Cu2+ có màu xanh lục. Dung dịch có phản ứng axit:
Cu2+ + H2O ơ → CuOH+ + H+
pH của dung dịch Cu2+ (102 M) vào khoảng 5 Phức chất của Cu2+ với NH3 :
Cu2+ + NH3 ơ → Cu(NH3)2+ lgβ1 = 3,49
Cu2+ + 2NH3 ơ → Cu(NH3)22+ lgβ2 = 7,33
Cu2+ + 3NH3 ơ → Cu(NH3)23+ lgβ3= 10,06
Cu2+ + 4NH3 ơ → Cu(NH3)24+ lgβ4= 12,03
có màu xanh đậm, thường dùng để phát hiện ra Cu2+ khi nồng độ không quá bé. Tuy vậy, cần chú ý rằng độ bền của phức chất không lớn nên dễ bị phân hủy dưới tác dụng của các axit mạnh.
Cu(NH3)24+ + 4H+ ơ → Cu2+ + 4NH+4 lgK = 25 III. Dụng cụ, hóa chất thí nghiệm
DỤNG CỤ HểA CHẤT
Ống nghiệm, cặp ống nghiệm
Ống hút nhỏ giọt
….
Dung dịch HCl 1M; (R34/37-S26/36/45)
Dung dịch NH3 đặc; (R10/23/34- S1/2/16/36/37 /39/45)
Dung dịch CuSO4 2M (R22/36/37/38 – S26).
….
IV. Các bước tiến hành thí nghiệm
a) Lấy khoảng 10ml dung dịch CuSO4 2M vào ống nghiệm, nhỏ từ từ đến dư dung dịch NH3 vào ống nghiệm đó. Quan sát hiện tượng xảy ra.
b) Thêm tiếp từ từ dung dịch HCl vào ống nghiệm. Quan sát hiện tượng xảy ra.
V. Một số lưu ý để thí nghiệm thực hiện thành công
Khi nhỏ dung dịch hay thêm dung dịch cần hết sức từ từ từng giọt, vừa thực hiện vừa quan sát
Tiến hành đặt ống nghiệm trờn nền giấy trắng để so sỏnh màu rừ hơn VI. Phân tích kết quả thí nghiệm và Báo cáo
a)Khi nhỏ dung dịch NH3 vào dung dịch CuSO4 2M có hiện tượng gì? Viết phương trình hóa học?
Khi dư NH3 hiện tượng thay đổi như thế nào? Viết phương trình hóa học?
b) Khi thêm tiếp dung dịch axit HCl, kết tủa có xuất hiện trở lại không? Viết phương trình hóa học để giải thích?
VII. Câu hỏi kiểm tra và mở rộng
1) Trong quá trình TN có sự tạo thành các phức Cu(NH3)23+, Cu(NH3)22+ và Cu(NH3)2+ không? Vì sao?
2) Nếu tiếp tục cho dư dung dịch HCl thì hiện tượng xảy ra thế nào?
3) Thêm NaOH dư vào dung dịch CuSO4, thêm tiếp cho đến dư dung dịch NH4NO3 thì có hiện tượng gì xảy ra? Viết các PTHH để giải thích.
4) Nêu các bước tiến hành xác nhận sự có mặt của các ion Cu2+, Cd2+ và Ni2+
trong cùng một dung dịch.
Thí nghiệm 4. Sự tạo thành kết tủa AgCl (từ dung dịch AgNO3 và dung dịch HCl). Sự hòa tan kết tủa AgCl bằng dung dịch NH3
I. Mục đích thí nghiệm
Nghiên cứu sự tạo thành kết tủa AgCl và sự hòa tan kết tủa đó bởi NH3.
Rèn luyện kĩ năng: nhỏ giọt hóa chất lỏng bằng ống hút nhỏ giọt, lọc dung dịch và quan sát
II. Cơ sở lý thuyết
* Ion Cl tác dụng được với ion Ag+ tạo thành kết tủa trắng AgCl tan ít trong HCl tạo thành phức AgCl−2. Ag+ + Cl ơ → AgCl↓
AgCl + Cl ơ → AgCl−2 lgK = 5
Khi pha loãng dung dịch bằng nước thì nồng độ ion Cl giảm nên lại xuất hiện kết tủa AgCl (đục)
* Kết tủa AgCl tan trong dung dịch NH3 do tạo thành phức amin Ag(NH3)2Cl.
AgCl ơ → Ag+ + Cl lgK = 10 Ag+ + 2NH3 ơ → Ag(NH3)+2 lgK = 7,24
AgCl↓ + 2NH3 ơ → Ag(NH3)+2 + Cl lgK = 2,76
* Khi axit hóa dung dịch bằng HNO3 thì có kết tủa AgCl xuất hiện trở lại.
* Kết tủa AgCl còn có thể tan trong dung dịch (NH4)2CO3 và hỗn hợp đệm (AgNO3 0,01M; NH3 0,25M; KNO3 0,25M hoặc HNO3)
III. Dụng cụ, hóa chất thí nghiệm
DỤNG CỤ HểA CHẤT
Ống nghiệm, cặp ống nghiệm
Ống hút nhỏ giọt
Máy quay li tâm hoặc phễu lọc
Giấy lọc
….
Dung dịch HCl 2M; (R34/37-S26/36/45)
Dung dịch NH3 đặc; (R10/23/34- S1/2/16/36/37 /39/45)
Dung dịch AgNO3 2M (R34– S1/2/22/
26/45).
….
IV. Các bước tiến hành thí nghiệm
a)Lấy khoảng 10ml dung dịch AgNO3 2M vào ống nghiệm, nhỏ từ từ dung dịch HCl 2M vào ống nghiệm đó. Quan sát hiện tượng xảy ra.
b) Pha loãng hỗn hợp bằng nước rồi li tâm hoặc lọc lấy kết tủa
b) Thêm tiếp từ từ dung dịch NH3 vào kết tủa. Quan sát hiện tượng xảy ra.
V. Một số lưu ý để thí nghiệm thực hiện thành công
Khi nhỏ dung dịch hay thêm dung dịch cần hết sức từ từ từng giọt, vừa thực hiện vừa quan sát
Tiến hành đặt ống nghiệm trờn nền giấy trắng để so sỏnh màu rừ hơn VI. Phân tích kết quả thí nghiệm và Báo cáo
a)Khi nhỏ dung dịch HCl dư vào dung dịch AgNO3 có hiện tượng gì? Viết phương trình hóa học?
Khi pha loãng hỗn hợp hiện tượng có gì khác không? Viết phương trình hóa học?
b) Sau khi lọc lấy kết tủa và thêm dung dịch NH3 dư vào kết tủa, hiện tượng thay đổi thế nào? Viết phương trình hóa học để giải thích?
VII. Câu hỏi kiểm tra và mở rộng
1) Hãy nêu các kĩ năng cơ bản khi sử dụng máy quay li tâm hoặc lọc dung dịch qua phễu lọc?
2) Lấy 2 giọt dung dịch NaCl, thêm 2 giọt dung dịch AgNO3, li tâm lấy kết tủa chia làm 3 phần. Thêm vào mỗi phần 2 giọt các dung dịch: NH3 2M;
(NH4)2CO3 2M và hỗn hợp đệm (AgNO3 0,01M; NH3 0,25M; KNO3 0,25M hoặc HNO3). Li tâm lấy dung dịch nước trong, rồi thêm 2 giọt dung dịch HNO3 2M. So sánh kết tủa thu được trong 3 trường hợp trên. Kết luận 3) Lấy 1 giọt dung dịch NaCl thêm vào 1 giọt hỗn hợp đệm nói trên. Quan sát
hiện tượng. Thêm tiếp 1 giọt HNO3. Quan sát và giải thích.
Bài 4. NGHIấN CỨU TÍNH CHẤT HểA HỌC CỦA ANDEHIT-