Bài giảng Cơ sở hóa phân tích môi trường: Chương 3

Analytical Chemistry 1
Chương 3: Phân tích thể tích
3.1. Nguyên tắc của phương pháp phân tích
thể tích
3.2. Phương pháp chuẩn độ acid - baz
3.3. Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử
3.4. Phương pháp chuẩn độ phức chất
3.5. Phương pháp chuẩn độ kết tủa
Analytical Chemistry 2
3.1. Nguyên tắc của phương pháp phân tích thể tích
 Một số định nghĩa
 Các phản ứng dùng trong pttt
 Phân loại các pp pttt
 Các pp chuẩn độ
 Cách tính kết quả trong pttt
 Cách điều chế dung dịch chuẩn
Analytical Chemistry 3
Một số định nghĩa
 Đn pp pttt: là pp xác định hàm lượng các chất dựa
trên vi
ệc đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết
n
ồng độ chính xác
 Sự chuẩn độ: thêm từ từ dd chuẩn vào dd định
phân
 Điểm tương đương: thời điểm thuốc thử tác dụng
v
ới toàn bộ chất định phân. Nhận biết bằng cách
s
ử dụng chất chỉ thị
 Điểm cuối: khi kết thúc quá trình chuẩn độ

 Pp này bao giờ cũng mắc phải một sai số
Analytical Chemistry 4
Các phản ứng dùng trong pttt
Các phản ứng dùng trong pp pttt cần thỏa mãn
điều kiện sau:
 Chất định phân phải phản ứng hoàn toàn với
dung d
ịch thuốc thử theo một ptpư xác định
 Phản ứng phải xảy ra rất nhanh
 Phản ứng cần phải chọn lọc
 Phải có chất chỉ thị thích hợp để xác định điểm
cu
ối với sai số chấp nhận được
Analytical Chemistry 5
Phân loại các pp pttt
 Phân loại theo bản chất của pư chuẩn độ:
 Phương pháp acid – baz
 Phương pháp kết tủa
 Phương pháp phức chất
 Phương pháp oxy hóa khử
 Phân loại theo phương pháp xác định điểm cuối
 Các phương pháp hóa học dựa trên sự đổi màu
c
ủa chất chỉ thị tại điểm cuối
 Các phương pháp hóa lí dựa trên sự biến đổi
đột ngột của một tính chất vật lí nào đó tại điểm
cu
ối như cường độ màu, điện thế, độ dẫn điện
Analytical Chemistry 6
Các phương pháp chuẩn độ

 Chuẩn độ trực tiếp
 Chuẩn độ ngược
 Chuẩn độ thay thế
 Chuẩn độ gián tiếp
 Chuẩn độ phân đoạn
Analytical Chemistry 7
Cách tính kết quả trong pp pttt
 Chuẩn độ trực tiếp:
 Ví dụ 1: Tính nồng độ mol của dd NaOH biết rằng khi chuẩn
độ 20ml dd đó thì phải dùng vừa hết 22,75ml dd HCl 0,106M
 Ví dụ 2: Tính hàm lượng % sắt trong quặng, biết rằng sau khi
hòa tan 0,5170 g qu
ặng, khử hoàn toàn Fe(III) thành Fe(II),
r
ồi chuẩn Fe(II) bằng dung dịch KMnO
4
0,1M thì vừa hết 20,1
ml.
 Chuẩn độ ngược:
 Ví dụ: để tính lượng Crom trong thép người ta phân hủy
1,0750g m
ẫu thép thành dung dịch rồi oxy hóa hoàn toàn
Cr
3+
thành CrO
4
2-
. Sau đó thêm vào 25 ml dd chuẩn FeSO
4
0,0410M và lượng đủ dung dịch H

2
SO
4
làm môi trường.
Lượng Fe(II) dư được chuẩn độ bằng 3,70 ml KMnO
4
0,0400M. Hãy tính hàm lượng % của Cr trong thép?
Analytical Chemistry 8
Cách tính kết quả trong pp pttt
 Chuẩn độ gián tiếp:
 Ví dụ: để xác định lượng chì trong quặng, người ta phân
hủy 1,1050g mẫu quặng thành dung dịch. Từ dung dịch
đó thực hiện qui trình để kết tủa hoàn toàn lượng chì
trong mẫu thành PbCrO
4
. Sau đó hòa tan PbCrO
4
bằng
dd hỗn hợp HCl + NaCl dư. Thêm vào dd một lượng KI
và cuối cùng chuẩn độ lượng I
2
thoát ra bằng 24,20ml
dung dịch chuẩn Na
2
S
2
O
3
0,0962N. Tính hàm lượng chì
có trong quặng?

Analytical Chemistry 9
Cách điều chế dung dịch chuẩn
 Điều chế dung dịch chuẩn từ những chất gốc, thỏa
mãn
điều kiện sau:
 Độ tinh khiết cao
 Thành phần hóa học ứng với một công thức xác
định kể cả thành phần nước kết tinh
 Chất gốc và dung dịch của nó phải bền
 Khối lượng mol phân tử càng lớn càng tốt để
giảm sai số khi điều chế
 Ví dụ: H
2
C
2
O
4
.2H
2
O
Analytical Chemistry 10
3.2. Phương pháp chuẩn độ acid – baz
3.2.1. Nguyên tắc
3.2.2. Ch
ất chỉ thị acid - baz
3.2.3. Cá
c phương pháp chuẩn độ acid - baz
3.2.3. M
ột số ví dụ
Analytical Chemistry 11

3.2.1. Nguyên tắc
 Dựa trên phản ứng:
H
+
+ OH
-
󱚰 H
2
O
 Trong quá trình chuẩn độ, pH của dung dịch
thay đổi theo lượng thuốc thử thêm vào
 Vì các axit và baz là những hợp chất không
màu nên mu
ốn nhận biết điểm tương đương
phải dùng chất chỉ thị.
→ Chất chỉ thị axit - baz
Analytical Chemistry 12
3.2.2. Chất chỉ thị acid - baz
 Định nghĩa:
 Chất chỉ thị axit – bazơ là những axit hoặc bazơ yếu
 Dạng axit và dạng bazơ có màu sắc khác nhau.
 Màu sắc của chất chỉ thị thay đổi theo pH
 Ví dụ:
 Phenolphtathalein:
 Methyl đỏ (MR):
 Methyl da cam (MO)
Dưới 4,4 Trên 6,2
Dưới 3,1 Trên 4,4
Dưới 8,2 Trên 10,0
Analytical Chemistry 13

Giải thích sự thay đổi màu của chất chỉ thị theo pH
 Thuyết ion:
HInd + H
2
O ⇋ H
3
O
+
+ Ind
-
 Thuyết này giải thích được sự thay đổi màu của CCT
theo pH nhưng không giải thích được bản chất của sự
thay đổi màu đó
 Thuyết màu:
 Một hợp chất có màu do cấu trúc phân tử của nó quyết
định. Nếu cấu trúc thay đổi sẽ dẫn tới màu thay đổi.
 Thuyết này không giải thích được sự thay đổi màu của
CCT theo pH
 Kết hợp 2 thuyết này chúng ta được một thuyết hoàn chỉnh
Analytical Chemistry 14
Ví dụ về chỉ thị
Analytical Chemistry 15
Khoảng chuyển màu của chất chỉ thị
HIn 󱚰 H
+
+ In
-
 pH của dd quyết định bởi tỷ số
 Vì HIn, In
-

có màu khác nhau, tỷ số này quyết định
màu sắc của dd
 Nhận được màu của HIn khi [HIn] = n[In
-
] (pH = pK –
lgn)
 Nhận được màu của In
-
khi [In
-
] = n[HIn] (pH = pK +
lgn)
][I
K.[HIn]
][H
[HIn]
]][I[H
K




][
][

In
HIn
Analytical Chemistry 16
Khoảng chuyển màu của chất chỉ thị
 Khoảng pH đó gọi là khoảng chuyển màu của chất chỉ

thị
 Thông thường n = 10 nên
 Trong khoảng chuyển màu có một giá trị pH tại đó CCT
chuyển màu rõ nhất. Giá trị đó gọi là chỉ số chuẩn độ
của chất chỉ thị. Kí hiệu là pT
1


pKpH
Dung dịch
chỉ có màu HIn
[HIn] giảm
[In
-
] tăng
Dung dịch
chỉ có màu In
-
Khoảng chuyển màu
Analytical Chemistry 17
3.2.3. Các phương pháp chuẩn độ acid - baz
 Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
 Chuẩn độ baz mạnh bằng axit mạnh
 Chuẩn độ axit yếu bằng baz mạnh
 Chuẩn độ baz yếu bằng axit mạnh
Analytical Chemistry 18
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
 Tổng quát: Chuẩn độ HA ( C
0
, V

0
) bằng BOH (C, V)
lượng baz thêm vào = lượng axit phản ứng
0 0
C V
F =
C V
• F = 0: Chưa thêm BOH
• F = 1: HCl hết, điểm tương đương
• F < 1: trước điểm tương đương
• F > 1: sau điểm tương đương
Analytical Chemistry 19
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
 Tại điểm tương đương:
[H
+
] = [OH
-
]
 Nhân 2 vế với
0 0 0 0
0 0 0 0
C V C V
CV CV
H OH
V V V V V V V V
 
   
    
   

   
0 0
0
- +
CV C V
[OH ] - [H ]
V V

 

0
0 0
V V
C V

Analytical Chemistry 20
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
 
 
- +
0 0 0
0 0 0 0
- +
0
0 0
[O H ] - [H ]
1 [O H ] - [H ]
CV C V V V
C V C V
V V

F
C V
 


  
Chúng ta có:
2
2
+
+
0
+
0 0
[H ]
1 [H ]
[H ]
H O
H O
K
OH
K
V V
F
C V

 

 
 


   
 
 
Phương trình đường chuẩn độ
Analytical Chemistry 21
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
Biện luận:
 Khi F = 0, trong dung dịch chỉ có axit mạnh (chưa thêm BOH)
pH = -lgC
0
 Khi F < 1, trong dung dịch [H
+
] khá lớn so với [OH
-
] có thể bỏ qua
[OH
-
] cạnh [H
+
], do đó:
 Sát điểm tương đương: trong dung dịch còn lại rất ít H
+
, [OH
-
] không
th
ể bỏ qua. Phương trình chuẩn độ giữ nguyên.
 Tại điểm tương đương:
F = 1

→ [H
+
] = [OH
-
]
 Sau điểm tương đương, trong dung dịch có [OH
-
], lượng [H
+
] không
đáng kể
+
0
0 0
V
1 [H ]
V
F
C V

  
-
0
0 0
V
1 [OH ]
V
F
C V


 
Analytical Chemistry 22
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
Chú ý: Tại điểm tương đương và sát điểm tương đương
C
0
V
0
= CV
 
0 0 0
0 0
- +
0
0
1 [OH ] - [H ]
C V V C C
V
V C V C
C C
F
CC
 
   

  
Analytical Chemistry 23
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
Ví dụ: chuẩn độ 100 ml HCl 0,1N bằng dung dịch NaOH 0,1N
1

1,48
2,28
3,30
4,30
6,89
7
7,11
9,7
10,7
11,7
pH = -lgC
0
Trước và xa điểm tương đương
Sát điểm tương đương
Điểm tương đương
Sát điểm tương đương
Sau và xa điểm tương đương
0
0,5
0,9
0,99
0,999
0,9999
1
1,0001
1,001
1,01
1,11
0
50

90
99
99,9
99,99
100
100,01
100,1
101
111
pHCông thức tính FFV
NaOH
thêm
Analytical Chemistry 24
Đường cong chuẩn độ (đường định phân)
Titration Curve for Strong Acid with Strong Base
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0 10 20 30 40 50 60 70

Volume Base
pH
Chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh
Thể tích bazơ
100
120
140
80
60
40
20
Analytical Chemistry 25
 Khi thêm NaOH vào, từ giá trị từ 0 đến 100,1 ml, pH
c
ủa dung dịch tăng rất chậm
 Trong khoảng rất hẹp từ 99,99 đến 100,01 pH của dung
d
ịch thay đổi rất mạnh, đường định phân rất dốc, đoạn
d
ốc đó gọi là bước nhảy của đường định phân.
 Với cùng một loại axit, bước nhảy phụ thuộc vào nồng
độ. Nồng độ axit càng lớn thì bước nhảy càng dài và
ngược lại
 Vẽ đường định phân để biết được sự biến thiên của pH,
xá
c định được bước nhảy của đường định phân, với
m
ục đích chọn chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ
Nhận xét