hóa phân tích cơ sở phương pháp chuẩn độ acid-bazo

1
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ
ACID-BAZ
GV: Lại Thị Hiền
HÓA PHÂN TÍCH CƠ SỞ
Nội dung chương
Cơ sở và nguyên tắc của pp1
Đường cong chuẩn độ pH-V2
Dung dịch đệm3
Chuẩn độ đa axit4
3.1. Cơ sở và nguyên tắc của pp

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 muốn
nhận biết điểm tương đương phải dùng chất chỉ thị.
→ Chất chỉ thị axit - baz
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
Ví dụ về chỉ thị
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
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
3.2.Đường cong chuẩn độ pH-V
Chuẩn độ acid mạnh- baz mạnh
1
Chuẩn độ acid yếu- baz mạnh
2
Chuẩn độ baz yếu- acid mạnh
3
4
9
Đường cong chuẩn độ pH-V là gì?
Đường cong chuẩn độ pH-V
là một đường cong logarit
biểu diễn sự
thay đổi của pH (trục tung)
của dung dịch chất nghiên

cứu vào lượng thuốc thử (%
V hay V) thêm vào trong quá
trình định phân.
10
3.2.1.Chuẩn độ đơn acid mạnh bằng đơn baz mạnh

Tổng quát: Chuẩn độ HA ( C
0
, V
0
) bằng BOH (C, V)
lượng baz thêm vào = lượng acid phản ứng
0 0
CV
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
(F: Là tỉ số mol)
→Với mỗi giá trị của V có một giá trị của F tương ứng.
11
3.2.1.Chuẩn độ đơn acid mạnh bằng đơn 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
+
12
3.2.1.Chuẩn độ đơn acid mạnh bằng đơn baz mạnh
( )
( )
- +
0 0 0
0 0 0 0
- +
0
0 0
[OH ] - [H ]
1 [OH ] - [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
13
3.2.1.Chuẩn độ đơn acid mạnh bằng baz mạnh

Biện luận:

Khi F = 0, trong dung dịch chỉ có acid 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
thể bỏ qua. Phương trình chuẩn độ giữ nguyên.

Tại điểm tương đương:
F = 1 → [H
+
] = [OH
-
]
+
0
0 0
V
1 [H ]

V
F
C V
+
− = −
14
3.2.1. Chuẩn độ đơn acid mạnh bằng đơn baz mạnh

Sau điểm tương đương, trong dung dịch có [OH
-
], lượng
[H
+
] không đáng kể

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
+ +
↔ = → =
+
→ − =
-
0
0 0
V
1 [OH ]
V
F
C V
+
− =
15
3.2.1. Chuẩn độ đơn acid mạnh bằng đơn baz mạnh

Ví dụ: chuẩn độ 100 ml HCl 0,1N bằng dung dịch NaOH 0,1N
V
NaOH

thêm
F Công thức tính F pH
0
50
90

99
99,9
99,99
100
100,01
100,1
101
111
0
0,5
0,9
0,99
0,999
0,9999
1
1,0001
1,001
1,01
1,11
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
1
1,48
2,28
3,30

4,30
6,89
7
7,11
9,7
10,7
11,7
16
Đường cong chuẩn độ (đường định phân)
Chuẩn độ đơn acid mạnh bằng đơn baz
mạnh
Thể tích bazơ
100
120
140
80
60
40
20
Đường cong chuẩn độ (đường định phân)
17
Đường chuẩn độ 50ml dd HCl 0.0005M bằng dd NaOH
0.001M (đường màu xám) và 50ml dd HCl 0.05M bằng
dd NaOH 0.1M (đường màu vàng)
18

Khi thêm NaOH vào, từ giá trị từ 0 đến 99,99 ml, pH của dung
dịch tăng rất chậm

Trong khoảng rất hẹp từ 99,99 đến 100,01 pH của dung dịch

thay đổi rất mạnh, đường định phân rất dốc, đoạn dốc 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, xác
định được bước nhảy của đường định phân, với mục đích chọn
chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ
Nhận xét
19
Nhận xét

Chất chỉ thị thích hợp cho quá trình chuẩn độ là chất chỉ thị có
khoảng đổi màu nằm trong bước nhảy của đường định phân.

Ngoài việc vẽ đường định phân để tìm chất chỉ thị chúng ta còn
có thể chọn chất chỉ thị bằng cách tính sai số
20
Sai số chất chỉ thị

Sai số chỉ thị do điểm cuối của qúa trình chuẩn độ không
trùng với điểm tương đương

→ S% = (F – 1)*100
G: giá trị gần đúng
D: giá trị đúng

0 0
0 0

% *100 *100
c
CV C V
G D
S
D C V
−
−
= =
•
Tại điểm tương đương và sát điểm tương đương:
[ ] [ ]
( )
100%
0
0
∗
+
−=
+−
CC
CC
HOHS
21
Sai số chất chỉ thị

Ví dụ: Tính sai số chỉ thị mắc phải khi chuẩn độ dung dịch HCl
0,1N bằng dung dịch NaOH 0,1N nếu dùng chất chỉ thị có pT = 5
và pT = 9.


Bài giải:

Phương trình chuẩn độ:
HCl + NaOH = NaCl + H
2
O

Tại điểm tương đương pH = 7

Khi sử dụng chất chỉ thị có pT = 5 ( [H
+
] = 10
-5
), việc chuẩn độ
kết thúc
trước điểm tương đương
22
Sai số chất chỉ thị
Qui ước:
Dấu “-”: việc chuẩn độ kết thúc trước điểm tương đương
Dấu “+”: việc chuẩn độ kết thúc sau điểm tương đương
Khi chuẩn độ với chất chỉ thị có pT = 9, [H
+
] = 10
-9
, việc
chuẩn độ kết thúc sau điểm tương đương:

( )
- 5

0
2
0
0,1 0,1
% [OH ] [ ] *100 10 *100 0,02%
0,1
C C
S H
C C
+ −
+
+
= − = =
[ ] [ ]
( )
%02,0100
1,0
1,01,0
10100%
2
5
0
0
−=∗
+
−=∗
+
−=
−+−
CC

CC
HOHS
23
Sai số chất chỉ thị

Muốn sai số phép chuẩn độ không vượt quá 0,1%:
→ S = -0,001 ÷ +0,001

Khi S = -0,001, chuẩn độ kết thúc trước điểm tương đương, S
% = (F – 1)*100
→ pH
cuối
= 4,3

Khi S = + 0,001, chuẩn độ kết thúc sau điểm tương đương, S
% = (F – 1)*100
→ pH
cuối
= 9,7

Như vậy muốn sai số của phép chuẩn độ thuộc khoảng trên
thì pH cuối của phép chuẩn phải thuộc khoảng 4,3 đến 9,7.
Chất chỉ thị có thể sử dụng có pT thuộc khoảng 4,3 đến 9,7.
24
Chuẩn độ acid mạnh, baz mạnh
3.2.2.Chuẩn độ axit yếu bằng baz mạnh

Ví dụ: Chuẩn độ dung dịch CH
3
COOH 0,1N bằng dd NaOH

0,1 N

Phản ứng chuẩn độ:
CH
3
COOH + NaOH → CH
3
COONa + H
2
O

Khi chưa thêm NaOH, dd chỉ có CH
3
COOH, pH của dd
được tính theo công thức:

Khi thêm NaOH, dd tồn tại các chất: CH
3
COOH, CH
3
COO
-
,
có tính chất của hệ đệm, pH của dd tính theo công thức:
( )
1
lg
2
a a
pH pK C= −