đại cương về hoá phân tích

ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Mở đầu:
* Hóa học phân tích là môn khoa học về các phương
pháp xác định thành phần định tính và định lượng
của các chất và hỗn hợp của chúng. Như vậy, hóa
phân tích bao gồm các phương pháp phát hiện, nhận
biết cũng như các phương pháp xác định hàm lượng
của các chất trong các mẫu cần phân tích.
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Hóa học phân tích đóng vai trò quan trọng đối
với sự phát triển các môn hóa học khác cũng như
các ngành khoa học khác nhau, các lĩnh vực của
công nghệ, sản xuất và đời sống xã hội.
Do có tầm quan trọng như vậy nên một loạt các
chuyên ngành của khoa học phân tích đã ra đời và
ngày càng phát triền mạnh như : Phân tích môi trường,
Phân tích khoáng liệu Phân tích hợp kim, kim loại,
Phân tích lâm sàng, Phân tích dược phẩm, Phân tích
thực phẩm, V.v
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Mục lục
I.1. Đại cương về phân tích định tính
I.1.1. Một số định luật cơ sở của hóa học và những
vấn đề liên quan
I.1.1.1. Định luật bảo toàn vật chất
I.1.1.2. Định luật hợp thức (tỉ lượng)
I.1.1.3. Định luật tác dụng khối lượng
I.1.2. Phương pháp tính toán cân bằng ion
I.1.2.1. Giải bằng cách đặt điều kiện (so sánh các cân
bằng);
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH

I.1.2.2. Giải bằng cách gần đúng Niutơn (giải phương
trình bậc cao);
I.1.2.3. Giải gần đúng liên tục (Thiếi lập hệ các
phương trình)
I.1.2.4. Giải bằng đồ thị
I.2. Đại cương về phân tích định lượng
I.2.1. Điều chế dung địch chuẩn
I.2.2. Những khái niệm, qui tắc trong phân tích thể
tích
Mục lục
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
I.1. Đại cương về phân tích định tính:
I.1.1. Một số định luật cơ sở của hóa học và những
vấn đề liên quan
I.1.1.1. Định luật bảo toàn vật chất
a/ Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu:
- Nồng độ ban đầu của một cấu tử bằng tổng nồng độ
cân bằng của các dạng tồn tại của cấu tử đó trong
dung dịch tại các thời điểm cân bằng.
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Ví dụ:
Dung dịch Na
3
PO
4
0,1M.
Na
3
PO
4

3Na
+
+PO
4
3-
Na
+
: điện li không liên hợp
PO
4
3-
: điện li liên hợp
PO
4
3-
+ H
2
O  HPO
4
2-
+ OH
-
HPO
4
2-
+ H
2
O  H
2
PO

4-
+ OH
-
H
2
PO
4
-
+ H
2
O  H
3
PO
4
+ OH-
C(Na
+
) = [Na
+
] = 0,3M
C(PO
4
3-
)= [PO
4
3-
] + [HPO
4
2-
] + [H

2
PO
4-
] + [H
3
PO
4
] = 0,1M
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
b/ Định luật bảo toàn proton:
(Là một dạng của định luật bảo toàn điện tích áp
dụng đối với cân bằng axit-bazo)
Nội dung: Nếu ta chọn một trạng thái nào đó của
dung dịch làm chuẩn (thường gọi là trạng thái quy chiếu
hay mức không) thì tổng nồng độ proton mà các cấu tử
ở mức không giải phóng ra bằng tổng nồng độ proton
mà các cấu tử thu vào để đạt trạng thái cân bằng.
Trạng thái quy chiếu (mức không) có thể là trạng
thái ban đầu hay một trạng thái tùy chọn. Thông thường
để tiện việc tính gần đúng, người ta thường chọn trạng
thái trong đó nồng độ của các cấu tử chiếm ưu thế làm
mức không.
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Ví dụ:
Dung dịch CH
3
COOH 0,1M.
CH
3
COOH  H+ +CH

3
COO-
H
2
O  H
+
+ OH
-
Chọn mức không: CH
3
COOH, H
2
O
[H
+
] = [CH
3
COO
-
] + [OH
-
]
Chọn mức không: CH
3
COOH
[H
+
] = [CH
3
COO

-
]
Khi nồng độ axit đủ lớn thì chọn mức không là CH
3
COOH
Khi nồng độ axit quá nhỏ chọn mức không là CH
3
COOH,
H
2
O
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
c/ Định luật bảo toàn điện tích:
Trong dung dịch các chất điện li tổng điện tích dương
của các cation bằng tổng điện tích âm của các anion.
Ví dụ:
Dung dịch CH
3
COOH
CH
3
COOH  H
+
+ CH
3
COO
-
H
2
O  H

+
+ OH
-
[H
+
] = [CH
3
COO
-
] + [OH
-
]
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
I.1.1.2. Định luật hợp thức (tỉ lượng)
a/ Tọa độ phản ứng:
Đối với một phản ứng đã cho thì tỉ số giữa độ
biến đổi số mol ni (hay độ biến đổi nồng độ mol Ci,
nếu thể tích hỗn hợp phản ứng là không đổi) với hệ số
hợp thức v
i
của cấu tử tương ứng là giống nhau đối
với mọi chất phản ứng. Tỉ số này được gọi là tọa độ
phản ứng.
Kí hiệu: hoặc
i
i
n
e
v
∆

=
i
i
C
e
v
∆
=
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Tọa độ phản ứng đặc trưng cho mức độ hoàn
toàn của phản ứng.
Nếu kí hiệu n
i
o
hoặc C
i
o
là số mol hoặc nồng độ
ban đầu (trước khi phản ứng xảy ra) thì số mol n
i

(hoặc nồng độ C
i
) của chất sau khi phản ứng là:
n
i
= n
i
o
+ n

i
hoặc C
i
= C
i
o
+ C
i
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Ví dụ: Xét phản ứng:
Fe
3
O
4
(r) + 4CO(k) 3Fe(r) +4CO
2
(k)
Từ 0,2 mol Fe
3
O
4
và 0,5 mol CO tạo ra được 0,3 mol Fe.
Hãy xác định thành phần của hỗn hợp sau phản ứng.
Fe
3
O
4
(r) + 4CO(k) 3Fe(r) +4CO
2
(k)

Hệ số hợp thức -1 -4 3 4
Số mol ban đầu 0,2 0,5 0 0
Số mol sau p/ứng 0,1 0,1 0,3 0,4
Độ biến đổi số mol -0,1 -0,4 0,3 0,4
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Tọa độ phản ứng: e=0,3/3=0,1 (tính đối với Fe)
Độ biến đổi số mol:
n
CO2
= 0,1.4 = 0,4
n
CO
= 0,1.(-4) = -0,4
n
Fe3O4
= 0,1.(-1) = -0,1
Số mol sau phản ứng:
n
CO2
=0,4(mol)
n
CO
=0,5-0,4 = 0,1(mol)
n
Fe3O4
=0,2-0,1 = 0,1(mol)
n
Fe
= 0,3(mol)
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH

b/ Tọa độ cực đại:
Để đánh giá hiệu suất cục đại của phản ứng
ngưới ta so sánh các giá trị hoặc đối với các chất
đầu(v
i
<0), giá trị bé nhất sẽ là tọa độ cực đại của phản
ứng.
Ví dụ: Xét hỗn hợp phản ứng gồm Cr
2
O
7
2-
0,10M, NO
2
-

0,12M, H
+
0,40M.
3NO
2
-
+ Cr
2
O
7
2-
+ 8H
+
 3NO

3-
+ 2Cr
3+
+ 4H
2
O
v
i
-3 -1 -8 3 2
C
i
o
0,12 0,10 0,40 - -
C -3x –x -8x 3x 2x
C 0,12-3x 0,10-x 0,40-8x 3x 2x
(x = tọa độ phản ứng)
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Nồng độ H
2
O được coi là không đổi, vì nước là
dung môi.
Phản ứng đạt hiệu suất cao nhất nếu sau phản
ứng nồng độ các chất đầu được triệt tiêu.
Đối với NO
2-
0,12-3x=0 => x=0,040
Cr
2
O
7

2-
0,10-x=0 => x=0,1
H
+
0,40-8x=0 => x=0,050
Như vậy x
max
= và phản ứng sẽ diễn ra cho đến khi
hết ion NO
2
-
2
NO
x
−
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
c/ Thành phần giới hạn:
Là thành phần của hệ sau khi phản ứng xảy
ra với tọa độ cực đại. Thành phần giới hạn cũng
đồng thời là thành phần cân bằng nếu sau phản ứng
chính vừa xét các cấu tử không tham gia vào bất kì
phản ứng phụ nào khác.
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
I.1.1.3. Định luật tác dụng khối lượng
Ở nhiệt độ nhất định khi phản ứng đạt tới trang
thái cân bằng, tích số hoạt độ của các chất tạo
thành sau phản ứng chia cho tich số hoạt độ của
các chất tham gia phản ứng với các số mũ bằng các
hệ số tỉ lượng tương ứng là một hằng số và gọi là
hằng số cân bằng nhiệt động.

TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Xét cân bằng: mA + nB  pC + qD
Biểu thức định luật tác dụng khối lượng:

K=
Trong đó:
- A, B, C, D là các chất tham gia và sản phẩm phản
ứng; p, q, m, n là các hệ số tương ứng.
- K: là hằng số cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ,
dung môi và bản chất của chất điện li.
( ) .( )
( ) .( )
p q
m n
C D
A B
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Nếu A, B, C, D là những ion, khi kể đến lực
tương tác giữa chúng, biểu thức hằng số
cân bằng phải thay bằng hoạt độ. Hoạt
độ a của một chất được xác định bằng hệ
thức:
a= f.C
Trong đó: C là nồng độ của ion
f là hệ số hoạt độ, phụ thuộc vào
lực ion (I) của dung dịch
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Trong các trường hợp khác nhau, hoạt độ thường được
chuẩn hóa như sau:
•

Trong các dung dịch loãng hoạt độ của các ion và các
phân tử đều bằng nồng độ mol của chúng (một cách
nghiêm ngặt thì hoạt độ chỉ bằng nồng độ trong dung
dịch vô cùng loãng).
•
Trong các dung dịch loãng họa độ của dung môi bằng
phân số mol của dung môi và bằng đơn vị.
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
•
Các chất rắn nguyên chất hoặc chất lỏng nguyên
chất nằm cân bằng với dung dịch đều có hoạt đọ
bằng đơn vị
•
Các chất khí nằm cân bằng với dung dịch đều có
hoạt độ (hoạt áp) bằng áp suất riêng phần của mỗi
khí.
•
Hoạt độ của mỗi cấu tử trong hỗn hợp chất lỏng
gần bằng phân số mol của từng cấu tử.
TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Lực ion I là đại lượng bằng một nửa tổng số tích của
nồng độ và bình phương điện tích của tất cả các ion
trong dung dịch.

Trong đó: [i]: nồng độ của ion i trong dung dịch.
Z
i
: điện tích của ion i
n: số ion có mặt trong dung dịch
[ ]

2
1
2
I =
∑
i
i
i Z
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Không thể xác định được chính xác hệ số hoạt độ
của từng ion riêng biệt mà chỉ có thể xác định được
hệ số hoạt độ trung bình của các cation và anion.
Trong dung dịch loãng (I<= 0,001) một cách gần
đúng hệ số hoạt độ được tính theo phương trình:

Với A là hằng số phụ thược vào bản chất của
dung môi, nhiệt độ. Trong dung dịch nước ở 25
o
C thì
A=0,5115 .
.

2
i
lgf A. .= −
i
Z I
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Với A là hằng số phụ thược vào bản chất của
dung môi, nhiệt độ. Trong dung dịch nước ở 25

o
C thì
A=0,5115 .
Ở lực ion cao hơn thì phả sử dụng công thức
kinh nghiệm có đưa thêm các số hạng hiệu chỉnh
khác nhau. Theo Đê Vít khi 0,001<1<=0,8 thì:
2
i i
0,2
1
lgf AZ ,
 
−
 ÷
+

=

−
I
I
I
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH
Khi hệ số hoạt động bằng đơn vị (f=1) thì:
(K
c
là hằng số cân bằng nồng độ)
Lúc đó định luật tác dụng khối lượng được phat biểu lại
là: ở nhiệt độ nhất định khi phản ứng đạt tới trang thái
cân bằng, tích số nồng độ của các chất tạo thành sau

phản ứng chia cho tích số nồng độ của các chất tham
gia phản ứng với các số mũ bằng các hệ số tỉ lượng
tương ứng là một hằng số và gọi là hằng số cân bằng
nồng độ
[ ] [ ]
[ ] [ ]
( ) ( )
( ) (
K Kc
)
p q
p q
p q
C D
m n
m n m n
A B
C D
f f
C D
A B f f
A B
== =