Chương 2: Phân tích thể tích

1 Cơ sở và nguyên tắc của phân tích thể tích 2 Nồng độ, cách biểu diễn chuyển đổi nồng độ Chương 2: PHÂN TÍCH THỂ TÍCH Chuẩn độ1 Điểm tương đương2 Loại phản ứng3 Dung dịch chuẩn4 2.1. Cơ sở và nguyên tắc của phương pháp thể tích Điểm cuối của phép chuẩn độ35 2.1.1. Chuẩn độ Chuẩn độ là quá trình định lượng chất phân tích dựa theo lượng thuốc thử tiêu chuẩn tiêu tốn. Phép chuẩn độ được thực hiện bằng cách thêm một cách cẩn thẩn lượng dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ vào dung dịch chất cần xác định cho tới khi phản ứng giữa chúng kết thúc, sau đó đo thể tích dung dịch thuốc thử chuẩn. 2.1.1. Chuẩn độ Ở một số trường hợp thì thêm dư thuốc thử sau đó chuẩn độ ngược bằng một thuốc thử khác đã biết nồng độ để xác định lượng dư thuốc thử thứ nhất không tham gia phản ứng  Chất cần xác định (X): là đơn/ hợp chất có trong mẫu xác định.  Thuốc thử (R): là chất rắn/ lỏng/ khí phản ứng được với chất cần xác định X, tham gia trực tiếp vào phản ứng  Chất phản ứng: có thể là một hỗn hợp các chất khác nhau, có thể chứa chất phụ trợ + dung môi thuốc thử. VD: thuốc thử Nessler xác định NH3 gồm HgI2 + KI + KOH + H2O 2(2KI.HgI2) + NH3 + 3KOH → (NH2)Hg-O-HgI (vàng) + 7 KI + 2H2O  Các phương pháp chuẩn độ chung  Chuẩn độ trực tiếp Từ buret nhỏ từng giọt thuốc thử R vào một thể tích X xác định. Dựa vào sự giảm màu của X (nếu X có màu) hay sự tăng màu của R (nếu R có màu) hay sự đổi màu chất chỉ thị. VD: Xác định HCl trong acid clohidric kỹ thuật bằng NaOH  Chuẩn độ ngược (chuẩn độ phần dư) Thêm R dư chính xác vào thể tích X xác định, lượng dư R được chuẩn lại bằng một chất chuẩn khác đã biết trước nồng độ. VD: Xác định Na2CO3 trong xoda kỹ thuật bằng HCl dư chính xác, sau đó chuẩn lại HCl dư bằng NaOH  Chuẩn độ thế Thay vì chuẩn độ X, ta chuẩn độ X’ là sản phẩm của X với R. VD: chuẩn độ KMnO4 bằng KI giải phóng Iot (X’), nếu chuẩn độ iot (X’) bằng Na2S2O3 thì tính được lượng KMnO4. 2.1.2.Điểm tương đương Theo nguyên tắc về độ đương lượng, việc chuẩn độ cần tiến hành tới khi lượng thuốc thử R thêm vào tương đương với lượng chất cần phân tích X. Trong quá trình chuẩn độ khi R tương đương đúng bằng X thì gọi là điểm tương đương.  Phương pháp xác định điểm tương đương  Phương pháp chỉ thị: nếu X hay R có màu  Phương pháp nhìn bằng mắt: nếu X và R không màu mà sản phẩm có màu hay tạo độ đục  Phương pháp không chỉ thị: dùng những máy móc đặc biệt: máy đo thế, đo quang, máy đo độ dẫn điện  Gọi F là tỉ phần chuẩn độ tức là mức độ axit đã được chuẩn độ.  Khi VR = Vtd thì F=1→ tiến trình chuẩn độ đạt tới điểm tương đương.  Khi VR < Vtd thì F < 1 → X chưa được chuẩn độ hết, tiến trình chuẩn độ đang ở thời điểm trước điểm tương đương  Khi VR > Vtd thì F > 1 → cho quá lố R, , tiến trình chuẩn độ vượt quá điểm tương đương  Lúc dừng sự chuẩn độ, đây gọi là điểm cuối của chuẩn độ. Lúc này V cuối chỉ xấp xỉ bằng Vtd. Do phép chuẩn độ mắc các SSNN và SSHT và các phản ứng dùng trong chuẩn độ thường là phản ứng thuận nghịch nên phản ứng thực tế không đi đến cùng. 2.1.3. Loại phản ứng  Phương pháp chuẩn độ axit-baz  Phương pháp chuẩn độ oxi hóa-khử  Phương pháp chuẩn độ kết tủa  Phương pháp chuẩn độ phức chất  Phân loại phương pháp thể tích  Tùy vào loại phản ứng dùng làm cơ sở cho mỗi phương pháp mà phương pháp thể tích được đặt tên theo đó. 2.1.4. Dung dịch chuẩn  Dung dịch chuẩn: là dung dịch thuốc thử R có nồng độ xác định với độ đúng cao, độ chính xác cao, phải được pha chế và bảo quản cẩn thận, dùng để chuẩn độ trong các phương pháp phân tích thể tích.  Mức độ tin cậy của một kết quả phân tích bằng phương pháp thể tích chủ yếu quyết định bởi độ tin cậy của dung dịch chuẩn. 2.1.4. Dung dịch chuẩn .  Thường pha dung dịch chuẩn có nồng độ biết được rất gần đúng, sau đó tiến hành xác định nồng độ chính xác bằng cách chuẩn độ lại với một “dung dịch chuẩn gốc” gọi là phép chuẩn hóa VD: Pha dung dịch chuẩn NaOH và xác định lại với acid oxalic  Dung dịch chuẩn lý tưởng để phân tích là dung dịch có những tính chất:  Sau khi điều chế nồng độ của nó phải không biến đổi, được bảo quản lâu.  Phản ứng nhanh với chất cần xác định  phản ứng phải xảy ra hoàn toàn  Phản ứng chuẩn độ phải xảy ra theo đúng tỉ lệ hợp thức  Phải có phương pháp xác định điểm cuối đủ tin cậy.  Dung dịch chuẩn gốc:  Là chất tinh khiết hóa học (p>99.9%) không chứa các tạp chất có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép chuẩn độ.  Có thành phần đúng với công thức danh định. VD: H2C2O4. 2H2O, K2Cr2O7, Na2CO3….là các chất gốc. 2.1.4. Dung dịch chuẩn  Dung dịch chuẩn gốc:  Là chất bền khi tồn trữ ở thể rắn cũng như khi đã pha thành dung dịch nước ở điều kiện thường của môi trường phòng thí nghiệm  Có đương lượng càng lớn càng tốt→ tăng độ chính xác của phép cân  Ngày nay người ta dùng ống chuẩn để pha nhanh chóng các dung dịch chuẩn cần thiết 2.1.4. Dung dịch chuẩn 2.1.5. Điểm cuối của phép chuẩn độ  Điểm cuối của phép chuẩn độ được xác định bằng phương pháp quan sát biến đổi một tính chất vật lý nào đó ở điểm tương đương.  Có thể xác định điểm cuối theo sự biến đổi màu của của thuốc thử của chất cần xác định hoặc của chất chỉ thị  Tại điểm cuối của phép chuẩn độ xảy ra sự biến đổi nồng độ rất lớn. V(mL) NaOH 0.1M [H+] pH 0 10-1 1 40.9 10-2 2 49.01 10-3 3 49.90 10-4 4 49.990 10-5 5 49.9990 10-6 6 50 10-7 7 50.0010 10-8 8 50.010 10-9 9 Bảng chỉ sự biến đổi nồng độ ion [H+] và [OH-] khi chuẩn độ 50ml dd HCl 0,1M bằng dung dịch NaOH 0,1M 2.1.5. Điểm cuối của phép chuẩn độ 2.2. Nồng độ, cách biểu diễn chuyển đổi nồng độ Nồng độ - các loại nồng độ Sự chuyển đổi các loại nồng độ 2.2.1. Nồng độ - các loại nồng độ  Nồng độ phần trăm (C%): số g chất tan trong 100g dung dịch a: lượng chất tan (g) s: lượng dung môi (g)  Nồng độ phần triệu (Cppm): là khối lượng gam chất tan có trong 1 triệu gam dung dịch 610. ddA Appm ddA m m C  Dd có d=1 thì: ddA A Lmg ppm ddA litV mgm CC )( )( /  2.2.1. Nồng độ - các loại nồng độ  Nồng độ phần tỉ (Cppb): là khối lượng gam chất tan có trong 1 tỷ gam dung dịch 910. ddA Appm ddA m m C  2.2.1. Nồng độ - các loại nồng độ 2.2.1. Nồng độ - các loại nồng độ  Nồng độ phân tử gam: số phân tử g chất tan trong 1lit dung dịch n: số mol chất tan V: thể tích dung dịch (l) a: lượng chất tan (g)  Nồng độ nguyên chuẩn (Nồng độ đương lượng): Số đương lượng g chất tan (Đ) trong 1lit dung dịch m: khối lượng gam chất tan Đ: đương lượng gam của chất tan n’: số đương lượng gam chất tan (g) V: thể tích dd (lit) 2.2.1. Nồng độ - các loại nồng độ VĐ m V n CN . '  z M Đ A VD: Chuẩn độ H2SO4 bằng NaOH thì z = 2 H3PO4 có z =1, 2, 3 tùy thuộc vào nấc chuẩn độ. Đối với các phản ứng oxi hóa-khử, tùy vào số electron trao đổi trong phản ứng. 2.2.1. Nồng độ - các loại nồng độ 5Fe2+ + MnO4- + 8H+  5Fe2+ + Mn2+ + 4H2O có ĐKMnO4 = M/5 tùy thuộc vào nửa phản ứng của nó. Trong môi trường trung tính ĐKMnO4 = M/3 vì MnO4- + 8H+ +3e  MnO2 + 2H2O Borax Na2B4O7.10H2O z = 2 EDTA Na2C10H14O8N2 z = 2 2.2.1. Nồng độ - các loại nồng độ  Độ chuẩn: số g chất tan trong 1mL dung dịch (g/mL) a: lượng chất tan (g) V: thể tích dung dịch (mL) VD: Nếu hòa tan 7.64g NaOH thành 500mL dung dịch thì độ chuẩn của dung dịch NaOH bằng bao nhiêu?  Độ chuẩn theo chất xác định: là số g chất X có phản ứng vừa đủ với 1mL dung dịch chuẩn có độ chuẩn là TR 1000 . . )( )( )( / XRN R X XR ĐC Đ Đ lV ga T  )( )( / mlV gm T R X XR  hay VD: độ chuẩn của dung dịch KMnO4 theo Fe bằng bao nhiêu nếu hòa tan 3.1610g KMnO4 thành 1L dung dịch? T (AgNO3/ HCl)= 0,0003646 g/ml nghĩa là trong 1ml dd AgNO3 đem làm thuốc thử để chuẩn độ dung dịch HCl có chứa một lượng AgNO3 phản ứng vừa đủ với 0,0003646 (g) HCl 2.2.2. Sự chuyển đổi các loại nồng độ z C C M DC C N M A M   %..10