Bài giảng hóa phân tích chương 3 axit bazơ

Bài giảng Hóa Phân tích

I. Đại cương về acid baz
1. Thuyết acid baz Bronsted – Lowry 1923:

Acid: là những chất có khả năng
nhường proton

HCl + H2O
acid

Baz

ClBaz liên hợp
của HCl

+ H3O+
Acid liên hợp
của H2O

Slide 1

Baz: là những chất có khả năng nhận
proton
NH3 + H2O
Baz

Acid

NH4+
Acid liên hợp

của NH3

+ OHBaz liên hợp
của H2O

Một chất chỉ thể hiện tính acid khi có
chất khác nhận proton của nó và ngược
lại
• Slide 2

Đại cương về acid baz
H2O vừa đóng vai trò là một acid vừa
đóng vai trò là một baz nên ta nói H2O
là dung môi lưỡng tính.

Một cách tổng quát, phản ứng acid –
baz là kết quả trao đổi proton giữa 2
cặp acid baz liên hợp khác nhau
• Slide 3

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

1


Bài giảng Hóa Phân tích

HẰNG SỐ KCB
Acid1

+

Baz2

Baz1 + Acid2

Hằng số cân bằng của phản ứng:

K cb =

[baz1 ]*[acid 2 ]
[acid1 ]*[baz 2 ]
• Slide 4

HẰNG SỐ Ka, Kb
HA

+

A-

H2O

+ H3O+

[H3O ]*[A - ]
K =
cb
[HA]*[H2O]
1

Đối với dung dịch loãng, [H2O]
nên:

const

[H3O ]*[A - ]
K a =K *[H 2O]=
cb
[HA]
1

• Slide 5

A- +

H2O

HA +

OH-

[OH- ]*[HA]
K = cb
[A ]*[H2O]
2

K b =K 2 *[H 2O]=
cb

[OH - ]*[HA]
[A - ]
• Slide 6

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

2


Bài giảng Hóa Phân tích

[H3O ]*[A - ]
Ka =
[HA]

[OH- ]*[HA]
Kb =
[A - ]

Ka *K b =[OH]*[H3O+ ] = K W =10-14 (250C)
Thông thường người ta sử dụng pKa và
pKb:
pKa = -lgKa; pKb = -lgKb;
pKa + pKb = 14 ở 25 0C.

• Slide 7

Khái niệm pH – Thang pH
pH = – lg[H+]
pOH = – lg[OH-]

Xét cân bằng của nước
H2O + H2O
H3O+ + OHKw =Kcb*[H2O]2= [H+][OH-] = 10-14
 pH + pOH = 14
• Slide 8

pOH
14
0

0

7

14
pH

Thang pH

• Slide 9

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

3


Bài giảng Hóa Phân tích

Công thức tính pH
Dung dịch đơn axit mạnh HCl nồng độ

đầu Ca
Ca 10-6 M
pH = –lg Ca
Ca < 10-6M
Kw
[H3O
Cl
OH
Cl ]
[H3O+ ]
[H3O+ ]2 - Ca *[H3O+ ] - K w

0
• Slide 10

Công thức tính pH
Dung dịch đơn bazơ mạnh: NaOH Cb
Cb > 10-6M
pH = 14 + lgCb
Cb < 10-6 M
[OH-]2 – Cb[OH-] - Kw = 0
Hoặc
[H+]2 + Cb[H+] – Kw = 0
• Slide 11

pH của dung dịch đơn axit yếu
pH của một dd đơn acid yếu HA có
hằng số acid Ka, nồng độ ban đầu Ca
HA + H2O
H2O + H2O

Ka

[H ][A - ]
[HA]

H3O+ + AH3O+ + OH-

[H ] K a

[HA]
[A - ]
• Slide 12

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

4


Bài giảng Hóa Phân tích

pH của dung dịch đơn axit yếu

[H ] K a

[HA]
[A - ]

Phương trình bảo toàn proton:
[H+] = [A-] + [OH-]

 [A-] = [H+] – [OH-]
Pt bảo toàn khối lượng

A-

Ca = HA

• Slide 13

[H ] K a

[HA]
[A - ]

A - = H+ HA =Ca

H

OH-

A

= Ka

H+

= Ca

Ca

H

OHOH

H

OH
• Slide 14

Cách tính pH gần đúng
Tính giá trị gần đúng

H+
OH

So sánh

gñ

K aCa
KW

-

H+

gñ

H+

gñ

10-14
H+

gñ

, OH-

gñ

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

gñ

với Ca

5


Bài giảng Hóa Phân tích

Trường hợp 1:

OH-

1
H+
100

gñ

H

= Ka

Ca

gñ

H

gñ

OH

KaCa

Trường hợp 2: Ka khá lớn nên H+

OH-

1
C
100 a

OH

H

H+

H+

Và

1
H+
100

gñ

H

= Ka

H

= Ka

gñ

Ca

H

OH

H
Ca

Ca

OH

H
H

Trường hợp 3: Ka rất nhỏ (Ka < 10-9)

H+

1
1
Ca & OHC
gñ
100
100 a
Ca H
OH
= Ka
H
OH

gñ

H

H+

2

H+
H+

H + * OH 2

K aC a

K aC a K W
K aC a

KW

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

6


Bài giảng Hóa Phân tích

Bài tập:
Tính pH của dung dịch HF có Ca = 10-3 M,
Ka = 6,8.10-4.
Tính pH của dung dịch HCN có Ca = 10-4 M
và Ka = 10-9,4
Tính pH của dung dịch CH3COOH có Ca =
10-1 M và Ka = 10-4,75

Công thức tính pH

pH của các đa acid, baz (mạnh, yếu),
đa baz sinh viên tự đọc trong bài giảng

• Slide 20

Dung dịch đệm pH
Dung dịch đệm pH là dung dịch có pH
rất ít thay đổi khi trong dung dịch xuất
hiện một lượng nhỏ acid hay bazơ.

• Slide 21

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

7


Bài giảng Hóa Phân tích

Hệ đệm pH: gồm 2 loại đệm đơn và
đệm kép
Hệ đệm đơn: là một hỗn hợp
axit yếu HA và bazơ liên hợp A- (Dưới
dạng muối NaA) hoặc bazơ yếu và muối
của nó(axit liên hợp).
Hệ đệm kép: hỗn hợp nhiều cặp
axit-bazơ liên hợp: NaH2PO4 +Na2HPO4

pH của dung dịch đệm

H+ = K a

Ca - ([H+ ] - [OH- ])
Cb +( [H+ ] - [OH- ])

Khi Ca, Cb khá lớn so với [H+] và [OH-]

H

Ka

Ca
Cb
• Slide 23

Đệm năng của dung dịch đệm
=

ΔCb
ΔpH

–

ΔCa
ΔpH

dCb
dCa
=dpH
dpH

• Slide 24

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

8


Bài giảng Hóa Phân tích

Đệm năng của dung dịch đệm
2.303

Cb (C-Cb )
C *C
=2.303 b a
C
Cb +Ca

Đệm năng đạt cực đại khi
d
dCb

Cb

0

C
2
• Slide 25

Hệ đệm CH3COOH – CH3COONa

• Slide 26

PHƢƠNG PHÁP TRUNG HÒA
Đây là phương pháp nhanh chóng
và chính xác nhằm xác định các acid
hoặc baz trong mẫu:
Một vài acid và baz vô cơ
Hàng trăm hợp chất hữu cơ

• Slide 27

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

9


Bài giảng Hóa Phân tích

PHƢƠNG PHÁP TRUNG HÒA
Dung dịch chuẩn:
+ Là acid mạnh (pp acid)  chất
xác định là baz mạnh hay baz yếu
+ Là baz mạnh (pp baz)  chất
xác định là các acid mạnh, acid yếu
• Slide 28

Dung dịch chuẩn

Dung dịch chuẩn là Baz mạnh
Thường là NaOH đôi khi dùng KOH.
NaOH không phải là dung dịch chuẩn
gốc vì NaOH dễ hút ẩm, dễ tác dụng
với CO2 trong không khí và có độ tinh
khiết không cao.
Cần phải hiệu chỉnh (chuẩn hóa) nồng
độ dung dịch NaOH sau khi loại bỏ kết
tủa Na2CO3.
• Slide 29

Dung dịch chuẩn
Loại bỏ Carbonate trong dung dịch
chuẩn NaOH:
Cần phải loại bỏ carbonate để tránh
việc tạo thành dung dịch đệm khi chuẩn
độ gây cản trở việc xác định điểm cuối.

• Slide 30

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

10


Bài giảng Hóa Phân tích

Dung dịch chuẩn
Pha dung dịch NaOH bão hòa với

nồng độ này Na2CO3 sẽ kết tủa và lắng
xuống đáy bình.
Có thể loại bỏ carbonate bằng cách
thêm Ba2+ tinh khiết để tủa BaCO3.
Hiệu chỉnh nồng độ dung dịch NaOH
Dung dịch chuẩn NaOH có thể được
chuẩn hóa lại nồng độ bằng một số
chất chuẩn gốc
• Slide 31

Dung dịch chuẩn
Kali Hydro phtalic acid
M = 204.2, pKa = 5,4

• Slide 32

Dung dịch chuẩn
2-Furonic acid
pKa = 3,06
Acid oxalic H2C2O4.2H2O
pKa1 = 1.25; pKa2 = 4.27
• Slide 33

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

11


Bài giảng Hóa Phân tích

Dung dịch chuẩn
Dung dịch chuẩn là acid mạnh:
Thuờng là HCl tuy nhiên còn có thể
sử dụng các acid như H2SO4, HNO3,
HClO4. Các acid này có tính oxi hóa do
đó có khả năng gây ảnh hưởng nếu
chất xác định là những chất hữu cơ.
Hơn nữa việc pha chế các acid này khá
nguy hiểm so với việc pha chế dung
dịch HCl.
• Slide 34

Dung dịch chuẩn
Pha chế dung dịch chuẩn HCl:
HCl không phải là dung dịch chuẩn
gốc. Dung dịch HCl thường được pha
từ dung dịch HCl đậm đặc C 12M.

• Slide 35

Dung dịch chuẩn
Hiệu chỉnh lại nồng độ bằng dung
dịch chuẩn gốc.
Một số chất chuẩn gốc để hiệu chỉnh
nồng độ HCl:
Na2CO3 (ít dùng do tạo CO2 gây ảnh
hưởng điểm cuối chuẩn độ)
Na2B4O7.10H2O
• Slide 36

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

12


Bài giảng Hóa Phân tích

Dung dịch chuẩn
Lưu ý:
Trong đa số trường do yêu cầu về độ
đúng của pp không được dùng dung
dịch chuẩn NaOH để chuẩn hóa nồng
độ dung dịch chuẩn HCl.

• Slide 37

ĐƯỜNG CONG CHUẨN ĐỘ
Đường biễu diễn sự phụ thuộc pH vào
thể tích dung dịch chuẩn hoặc tỉ phần
chuẩn độ
14
12
10

pH

8
6
4
2

0
0

5

10

15

20

25

Volume of NaOH added (ml)

• Slide 38

ĐƯỜNG CONG CHUẨN ĐỘ
Xuất hiện điểm uốn tại điểm tương
đương F =1 và lân cận điểm tương F = 1
0,01  khoảng bước nhảy pH.

F=

N R VR
N X VX

Khoảng
bước
nhảy

pH
1

• Slide 39

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

13


Bài giảng Hóa Phân tích

pH của dung dịch thay đổi đột ngột
trong khoảng từ F = 0,99 đến F = 1,01.
Ta phải kết thúc quá trình chuẩn độ tại
giá trị Vcuối (ml) sao cho Fcuối nằm giữa
F = 0,99 và F = 1,01. Tức là ta phải kết
thúc chuẩn độ sao cho:
pHF = 0,99 < pHcuối < pHF = 1,01
• Slide 40

Chất chỉ thị
 Sử dụng một lượng nhỏ chất chỉ
thị sao cho màu sắc dung dịch thay đổi
một cách rõ rệt nhất ở chính thời điểm
pH = pHcuối.

• Slide 41

Chất chỉ thị pH

Bản chất:

Là acid hữu cơ (Bronsted) có màu
dạng acid và dạng baz khác nhau.
Chất chỉ thị cũng bị chuẩn độ trong
quá trình chuẩn độ do đó cũng làm tiêu
hao một lượng dung dịch chuẩn R.
 chỉ được phép cho một lượng
rất ít chỉ thị khi chuẩn độ.
• Slide 42

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

14


Bài giảng Hóa Phân tích

Chất chỉ thị pH
Điều kiện chỉ thị:
Tính acid hoặc baz của chỉ thị phải
yếu hơn chất xác định
Lượng chỉ thị cho vào phải nhỏ để
thể tích VR tiêu tốn cho phản ứng với
chỉ thị là không đáng kể.
Màu sắc của chỉ thị phải thay đổi rõ
rệt tại điểm cuối chuẩn độ.
• Slide 43

Chất chỉ thị pH

• Slide 44

Chất chỉ thị pH
Khoảng đổi màu của chỉ thị:

Ta ký hiệu một chất chỉ thị ở dạng
aicd Bronsted là HInd, khi hòa tan vào
nước HInd phân ly như sau:
HInd + H2O

H3O+ + Ind-

• Slide 45

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

15


Bài giảng Hóa Phân tích

Chất chỉ thị pH

[H3O+ ]*[Ind - ]
K a,Ind =
[HInd]
[HInd]
[H3O+ ]=K a,Ind
[Ind - ]

[Ind - ]
pH= pK a,Ind + lg
[HInd]
• Slide 46

Chất chỉ thị pH
Tùy thuộc vào pH của dung dịch mà ta
có thể thấy dung dịch có màu của dạng
acid hay màu của dạng baz.
+ Dung dịch sẽ có màu HInd khi:
[Ind - ] 1
[HInd] 10

 pHI

pKa, Ind – 1

• Slide 47

+ Dung dịch sẽ có màu Ind- khi:

[Ind - ]
10
[HInd]
 pHII

pKa, Ind + 1

Khoảng đổi màu của chỉ thị:
pHInd = pHII – pHI = 2.

Thực tế pHInd 2 tùy thuộc vào thị
giác của con người.
• Slide 48

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

16


Bài giảng Hóa Phân tích

• Slide 49

Chỉ số pT chỉ thị:
Trong khoảng pH đổi màu của chỉ thị
có một giá trị pH mà tại đó màu sắc
dung dịch thay đổi một cách rõ rệt nhất.
Giá trị pH đó gọi là chỉ số pT của chỉ thị.

• Slide 50

• Slide 51

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

17


Bài giảng Hóa Phân tích

Chất chỉ thị pH
Phenolphthalein
Dạng Acid: Không
màu
Khoảng pH đổi màu
8.0~9.0
Dạng baz: Màu hồng

• Slide 52

Chất chỉ thị pH
Chỉ số pT có thể khác nhau ít nhiều
giữa những người quan sát phép chuẩn
độ.
Ta phải chọn lựa chất chỉ thị sao cho
chỉ số pT của chỉ thị nằm trong khoảng
bước nhảy pH, nghĩa là:
pHF=0.99 < pT• Slide 53

Chất chỉ thị
Một chỉ thị được coi là tốt khi:

Có giá trị pT nằm trong khoảng bước
nhảy pH (bắt buộc)
Có khoảng đổi màu hẹp để sự chuyển
màu xảy ra rõ ràng chính xác tại thời
điểm pH = pT.

• Slide 54

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

18


Bài giảng Hóa Phân tích

Chất chỉ thị pH

Lý thuyết màu:

Màu phổ

Màu bổ sung

TT

, nm

1

400 – 430

Violet

Vàng lục

2

430 – 480

Chàm (blue)

Vàng
Cam

3

480 –490

Chàm lục

4

490 – 500

Lục chàm

Đỏ

5

500 – 560

Lục (Green)

Đỏ tía

6

560 –580

Vàng lục

Tím

7

580 –595

Vàng (yellow)

Chàm

8

595 – 650

Cam (orange)

Chàm lục

9

650 – 730

Đỏ (Red)

Lục vàng

10

730 – 760

Đỏ tía (purple)

Lục

• Slide 55

Chất chỉ thị pH
Nếu dung dịch chỉ hấp thụ một màu
thì màu quan sát được là màu bổ sung.
Nếu dung dịch hấp thụ hai màu thì
màu quan sát được là tổ hợp của hai
màu bổ sung. Ta căn cứ vào đồng hồ
màu để dự đoán tổ hợp màu.

• Slide 56

1
10

2
Đỏ tía

9

Tím

Chàm

Đỏ

Chàm
lục

Cam

Lục
chàm

8
Vàng

Vàng
lục

7

3

4

Lục
5

6

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

• Slide 57

19


Bài giảng Hóa Phân tích

Chất chỉ thị pH
Qui tắc 1: Sự tổ hợp hai màu đối
nhau làm triệt tiêu màu

• Slide 58

Chất chỉ thị pH
Qui tắc 2: sự tổ hợp hai màu không
đối nhau tạo ra màu mới nằm ở vị trí
chính giữa của cung vòng tròn nhỏ của
2 màu ấy

• Slide 59

Chất chỉ thị pH
Chất chỉ thị hỗn hợp:

Trên đồng hồ màu hai màu đối diện
nhau là hai màu tương phản với nhau
nhất. Dựa vào nguyên lý này người ta
pha hỗn hợp chỉ thị nhằm làm tăng độ
tương phản khi chuyển màu.

• Slide 60

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

20


Bài giảng Hóa Phân tích

Chỉ thị Tashiro (MR : MB = 2 : 1) pT = 5.4
Khi pH 4.4

Tím
MR

MB

• Slide 61

Khi pH

6.2

MR

MB

• Slide 62

Khi 4.4 pH
 không màu

6.2 “chàm lục” + “cam”

MR

MB
Không màu

• Slide 63

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

21


Bài giảng Hóa Phân tích

Chuẩn độ đơn acid
Chuẩn độ acid mạnh
Phản ứng chuẩn độ: vd chuẩn độ HCl
0,1 N bằng NaOH 0,1 N
H3O+

OH-

+

N0,V0

H2O

N, V

• Slide 64

Chuẩn độ đơn acid
Đường cong chuẩn độ:
Tại điểm F bất kỳ ta luôn có phương
trình trung hòa điện tích: [H3O+]F +
[Na+]F = [OH-]F + [Cl-]F
 [H3O+]F + FN0DF = [OH-]F + N0DF

• Slide 65

Chuẩn độ đơn acid
Chuẩn độ HCl 0,1 N bằng NaOH 0,1 N
F

pHF

0

1,00

0,99

3,30

1,00

7,00

14
12

pH

10
8
6
4
2

1,01

10,70

0
0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

F

2,00

12,52
• Slide 66

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

22


Bài giảng Hóa Phân tích

14
12

F=1,01
pH =10,7

pH

10

PP

8
6

MO

4

F=0,99
pH =3,3

2
0
0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

F
• Slide 67

PP

MO

• Slide 68

Chuẩn độ đơn acid
Điều kiện chuẩn độ chính xác > 99.9%

pC0 + p

C
C+ C0

4

• Slide 69

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

23


Bài giảng Hóa Phân tích

Chuẩn độ acid yếu
HA

+

N0, V0

OH-

A- + H2O

N, V

• Slide 70

Chuẩn độ đơn acid
Vẽ đồ thị của đường chuẩn độ:
Chuẩn độ acid HA 0,1N bằng NaOH 0,1
N có pKa = 4,75
14,00

pHF
2,88
4,75
6,75
8,72
10,70
12,52

12,00

PP

10,00
8,00

pH

F
0,00
0,50
0,99
1,00
1,01

2,00

6,00
4,00
2,00
0,00
0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

F

• Slide 71

Chuẩn độ đơn acid
Khoảng bước nhảy từ 6,75 –10,70. Vậy ta
chọn chỉ thị có 6,75 < pT < 10,7. Khoảng
bước nhảy bị hẹp lại so với trường hợp
chuẩn độ acid mạnh.
Điều kiện chuẩn độ chính xác > 99,9%
pK a + pN 0 + p

N
<8

N 0 +N
• Slide 72

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

24


Bài giảng Hóa Phân tích

Chuẩn độ đa acid
Phản ứng chuẩn độ: chuẩn độ đa acid
H3A có hằng số Ka1; Ka2; Ka3 bằng
NaOH. Thông thường ta chỉ có thể
chuẩn độ được đến nấc thứ 2.
Nấc 1: H3A

+

OH-

H2A- +

H2O

Nấc 2: H2A- +

OH-

HA2- +

H2O

• Slide 73

Chuẩn độ đa acid
Đường cong chuẩn độ:
F
0,00
0,50
0,99
1,00
1,01

pHF
1,56
2,12
4,12
4,67
5,21

F
1,5
1,99
2
2,01
2,50

pHF
7,21

9,21
9,78
10,36
12,36
• Slide 74

Chuẩn độ đa acid
14,00
12,00
10,00
8,00

pH

Đường cong
chuẩn độ acid
H3A
0.1M
bằng NaOH
0.1 N cho
pKai = 2.12;
7,21; 12,36

6,00
4,00
2,00
0,00
0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

F

• Slide 75

www.sites.cntp.edu.vn/anachem

25