Bài giảng hoá phân tích

HÓA PHÂN TÍCH
(Analytical Chemistry)
Ts. Phạm Trần Nguyên Nguyên

(Dành cho sinh viên Khoa Hóa , Đại Học Lạc Hồng)
Năm học 2008-2009
Học Kỳ 2

THÔNG TIN TỔNG QUÁT
• Thời lượng:

48 tiết

• Giờ dạy:

tiết 1-4 (7:30 – 11:00)

• Địa điểm:

ĐH Lạc Hồng

• Ngày:

Thứ Năm, thứ Bảy
23/04 – 30/05

• Bài giảng:
Tài liệu bài giảng PowerPoint chỉ gồm những điểm
chính của bài học
SINH VIÊN CẦN TỰ GHI CHÉP THÊM CHO MÌNH
2

TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Cơ sở hóa học phân tích
A.P.kreskov, nhà xuất bản đại học và giáo dục chuyên
nghiệp Hà Nội, 1990.

• Phân tích định lượng
Nguyễn thị Thu Vân, nhà xuất bản ĐH Quốc Gia Tp.
HCM, 2004.

3

MỤC TIÊU
Cung cấp kiến thức cơ bản, cơ sở lý thuyết về:
phân tích định tính
phân tích định lượng
nồng độ dung dịch điện ly
sự cân bằng trong dung dịch điện ly
kỹ thuật phân tích thể tích
kỹ thuật phân tích trọng lượng

4


NỘI DUNG MÔN HỌC
Chương 1: Nhập môn hóa phân tích
Chương 2: Cân bằng hóa học
Chương 3: Kỷ thuật phân tích thể tích (pp chuẩn độ)
Chương 4: Cân bằng acid – base và chuẩn độ

Chương 5: Phản ứng tạo phức & chuẩn độ
Chương 6: Phân tích trọng lượng & cân bằng tủa
Chương 7: Phản ứng tạo tủa & chuẩn độ
Chương 8: Pin điện hóa & thế điện cực
Chương 9: Phản ứng Oxy hóa khử & chuẩn độ điện thế
Analytical Chemistry

PTNNguyen-HCMUS

5

Chương 1
NHẬP MÔN HÓA PHÂN TÍCH
I.1 Hoá phân tích?
I.2 Phân tích định tính? Phân tích định lượng?
I.3 Các giai đoạn trong phân tích hóa học
I.4 Một số kiến thức cơ bản cần cho hóa phân tích
A. Chữ số - đơn vị trong hóa học phân tích
B. Dụng cụ đo lường cơ bản trong hóa phân tích
C. Một số phản ứng hóa học dùng trong hóa phân tích
D. Dung dịch-nồng độ dung dịch
E. Pha chế dung dịch
1.5 Bài tập
Analytical Chemistry/ I. Introduction

PTNNguyen-HCMUS

6

I.1 Hóa phân tích?

“Every
Every aspect of our world today ..
even politics and international relations ..
Is affected by chemistry”
chemistry”
-Linus PaulingPauling-

™ Hóa học?
khoa học khả
khảo sát:
9 Các tính chất, thành
phần, cấu trúc của vật
chất.
9 Các biến đổi về tính
chất, thành phần, cấu
trúc của vật chất cùng
các thay đổi năng
lượng kèm theo các
biến đổi ấy.

7

™ Các ngành hóa học?

Hóa sinh
(Biochemical)

Hữu cơ

(Organic)

Cơ kim

Phân tích sinh học
(Bioanalytical)
Bioanalytical)

Phân tích

Hóa học
(Chemistry)

(Organometallic)
Organometallic)

Vô cơ
(Inorganic)

(Analytical)

Hóa lý
(Physical)
8


Analytical Chemistry?

“Science of Chemical Measurements”
“Everything is made of chemicals.

Analytical chemists determine
WHAT and HOW MUCH”

• Dược phẩm
• Thực phẩm
• Môi trường
• Nông nghiệp
• Công nghiệp
•…
• ….

9

•
•
•
•

Hàm lượng chất X trong mẫu là bao nhiêu?
Mẫu chứa chất X không?
Nhận danh cấu trúc của X?
Làm cách nào tách được X ra khỏi mẫu?

™ Hóa phân tích?
Hóa phân tích là bộ môn của ngành hóa học nghiên
cứu về thành phần cấu tạo và hàm lượng các thành
phần của những mẫu khảo sát.
• Hóa phân tích định tính (qualitative analysis)
• Hóa phân tích định lượng (quantitative analysis)
10

Qualitative analysis is what.
Quantitative analysis is how much.

11

12


I. 2a Phân tích định tính
(Qualitative analysis - What)
Nhận danh cation, anion, hợp chất trong mẫu bằng sự lụa
chọn phản ứng hóa học hay sử dụng thiết bị
™ Phản ứng tạo tủa
Nhóm I: Ag+, Hg22+, Pb2+
→ tạo tủa với Cl-, INhóm II: Bi3+,Cd2+, Cu2+, Hg2+, Sn4+ ….
→ tạo tủa với H2S ở pH=0.5
Nhóm III: Al3+,Co2+, Cr3+, Fe2+,Fe3+, Mn2+, Ni2+, Zn2+
→ tạo tủa với H2S ở pH=9
13

I. 2a Phân tích định tính
(Qualitative analysis - What)
™ Thử nghiệm ngọn lủa

Li+

Na+

K+

Cu++

Na: lửa vàng ; K: lửa tím; Ca: lửa đỏ gach ….
14


™ Phản ứng tạo màu đặc trưng
Phân biệt alkan hay alken: dd Br2
™ soi tinh thể dưới kính hiểm vi
Tinh thể của các hợp chất khác nhau có cấu trúc tinh thể
khác nhau, đặc trưng → dùng kính hiểm vi để phân biệt
SrCrO4 với BaCrO4 ; CuSO4 với BaSO4
™ điều chế ngọc borax hay phosphate
Một số oxyt kim loại tạo hợp chất với borax hay
phosphate có màu đặc trưng dưới ngọn lửa
Cu-borax: dạng ngọc màu xanh đậm
Mn-borax: dạng ngọc màu tím
15

I. 2b Phân tích định tính
(Quantitative analysis – How much)
Thành phần mẫu phân tích đã biết
9 Phân tính trọng lượng (gravimetric)
9 Phân tích thể tích (volumetric)
9 Phân tích điện hóa (electroanalytical)
9 Phân tích phổ nghiệm (spectroscopic)
9 Phân tích sắc ký (chromatographic)
9 Phân tích bằng các pp vật lý, hóa lý …

√
√

√

17

18


I. 3 Các bước trong phân tích hóa học
• Xác định vấn đề
thông tin cần phân tích, mức độ cần chính xác?,
kinh phí? Thời gian? Điều kiện về dụng cụ, thiết bị
cho phép của phòng thí nghiệm?
• Chọn lựa kỹ thuật và phương pháp
9 Lấy mẫu (sampling)
9 Xử lý mẫu
9 Phân tích định tính
9 Phân tích định lượng
• Diễn giải và trình bày kết quả thu được

I.4 Kiến thức cơ bản cần cho hóa phân tích
A. Chữ số - đơn vị đo lường trong hóa phân tích
™ Đơn vị đo lường


21

22


™ Chữ số có nghĩa (CSCN)
Là con số có ý nghĩa của 1 đại lượng đã đo hay tính được.
Khi CSCN được kể thì chữ số cuối cùng được hiểu là
không tin cậy
• Chữ số khác zero đều là CSCN
- Một mẫu cân nặng 1.759 gram → có 4 CSCN
không tin cậy (1.759 ± 0.001g)
• Chữ số chứa zero
- 25,508: 5 CSCN
- 0,06 L: 1 CSCN; 0,00093 L: 2 CSCN
- 3,0 g: 2 CSCN; 2,06 ml: 3 CSCN; 4,060 m: 4CSCN
23

• Với con số chính xác: hệ số tỉ lệ trong công thức hóa
học, p.ứ hay hệ số chuyển đổi đơn vị: có vô số CSCN
1 mol CaCl2 có chính xác: 1 mol Canxi và 2 mol Clo
1000 ml = 1L
• Số liệu đo lường thể hiện sự không tin cậy của dụng cụ
hay pp đo → cần ghi đúng CSCN
- Cân mẫu trên cân có độ chính xác ± 0.1 mg
kết quả trình bày: 1.57g 1.570g 1.5700g √
- Dùng buret có vạch chia nhỏ nhất 0,1 ml
kết quả trình bày: 12.26 ml √ 12.260 ml
24

• Một phép đo ~ 100, ~ 10
Trình bày ở dạng khoa học:

1 x 102 :1CSCN
0.1 x 102 : 2 CSCN

• Phép đo dùng hàm logarithm: pH
pH = 3.45 → 2 CSCN
• CSCN trong phép cộng và trừ
45,667 + 1,2 = 46,867 làm tròn → 46,9
24,175 – 0,58 = 24,095 làm tròn → 24,10
24,165 – 0,58 = 24,085 làm tròn → 24,08
• CSCN trong phép nhân và chia
45,667 x 1,2 = 54,8004 làm tròn → 55
45,667 : 1,2 = 38,055833 làm tròn → 38
25

1. Indicate how many significant figures are in each of the
following numbers.
a) 903
b) 0.903
c) 1.0903
d) 0.0903
e) 0.09030
f) 9.03 x102

2. Round each of the following to three significant figures.
a) 0.89377
b) 0.89328
c) 0.89350

d) 0.8997
e) 0.08907
26


3. Report results for the following calculations to the
correct number of significant figures.
a. 4.591 + 0.2309 + 67.1 =
b. 313 – 273.15 =
c. 712 x 8.6 =
d. 1.43/0.026 =
e. (8.314 x 298)/96485 =
f. log(6.53 x10–5) =
g. 10–7.14 =
h. (6.51 x 10–5) (8.14 x 10–9) =
27

B Dụng cụ đo lường cơ bản trong hóa phân tích
™ Khối lượng

28


™ Thể tích

29

30

C Một số phản ứng hóa học dùng trong hóa phân tích
™ Phản ứng oxy hóa khử
Phản ứng trao đổi điện tử giữa cặp oxy hóa / khử, thường
được dùng trong hóa phân tích để:
1. Định tính:

2Fe3+ + 2 I- → 2Fe2+ + I2

→ I2 làm giấy tẩm tinh bột hóa xanh
2. Định lượng:

MnO-4 + 5Fe2+ + 8H + → Mn 2+ + 5Fe3+ + 4H 2O
3. Hòa tan:

3Cu + HNO3 → 3Cu(NO3 )2 + 2NO + 4H 2O
2NO + O2 → NO2

™ Phản ứng trao đổi tiểu phân
¾ Phản ứng acid-baz
1. Định tính: Đo pH → xác định tính acid, baz

2. Định lượng: Chuẩn độ acid/baz
3. Hòa tan:

HCl + NaOH → NaCl + H 2O
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H 2O


¾ Phản ứng tạo tủa
1. Định tính:

Ag + + I- → AgI
(vàng)

2. Tách nhóm:

Ag + , Pb2+ , Hg 22+ + HCl → AgCl, PbCl2 , Hg 2Cl2
3. Định lượng:

SO24− + Ba 2+ → BaSO4

¾ Phản ứng tạo phức
1. Định tính:
( 3− n ) +
Fe3+ + nSCN- → ⎡⎣ Fe ( SCN )n ⎤⎦
(màu đỏ)
2. Hòa tan:

AgCl + 2NH 4OH → ⎡⎣ Ag ( NH3 )2 ⎤⎦ + Cl- + 2H 2O
+

3. Định lượng:

Ca 2+ + H 2 Y 2− → CaY 2- + 2H +


D Dung dịch (dd) và nồng độ dung dịch
lượng chất tan (solute)
Nồng độ của dd = -----------------------------lượng dung dịch (solution)
- dd loãng: lượng chất tan chiếm tỉ lệ nhỏ

- dd đậm đặc: lượng chất tan chiếm tỉ lệ lớn
- dd bão hòa: dd chứa chất tan tối đa (ở T, P xác định)
- dd quá bão hòa: lượng chất tan dư dễ dang tách ra khỏi dd
™ Độ tan

S=

m
.100
q

(q: khối lượng dd)

™ Nồng độ khối lượng hay nồng độ g/l: C =

m
.1000
V

™ Nồng độ phần trăm (part per hundred, %):
¾ % (khối lượng/khối lượng)

C% ( KL/KL ) =

m
.100
m+q

¾ % (khối lượng/thể tích)

C% ( KL/TT ) =

m
.100
V

¾ % (thể tích/thể tích)

C% ( TT/TT ) =

Vx
.100
V

• Nồng độ phần ngàn (part per thousand, ‰):
• Nồng độ phần mười ngàn (part per ten thousand, ‰o):
36


• Nồng độ phần triệu (parts-per-million, ppm)

C ( ppm ) =

m
.106
m+q

1 ppm = 1 g chất tan / 106 g hay 1000 kg mẫu
= 1 mg chất tan / 106 mg hay 1 kg mẫu ( hay 1L, d =1)
ppb = nồng độ phần tỉ (parts-per-billion, 109)

ppt = nồng độ phần ngàn của tỉ (parts-per-trillion, 1012 )

37

™ Nồng độ mol:
CM =

™ Nồng độ molan:

m (g) 1000
.
M V(ml)

™ Nồng độ phân mol: N i =

Cm =

m (g) 1000
.
M q (g)

ni
N

™ Nồng độ đương lượng: CN =

m 1000
.
dlg V

¾ Đương lượng của một nguyên tố X:
M
dlg = X
n là hóa trị của X trong hợp chất
n
N2O: đương lượng của N = 14
NO:
“
14/2
“
14/3
N2O3 :
“
14/5
N2O5
38


¾ Đương lượng của một hợp chất AB dlg =

M AB
n

n là số đlg tham gia p.ứ, thay đổi tùy theo p.ứ AB tham gia
1. AB là chất oxy hóa - khử → n số điện tử trao đổi ứng với 1 mol
MnO-4 + 5e → Mn 2+ dlg(KMnO 4 ) = M KMnO4 5, dlg(MnO2 ) = M MnO2 5
Cr2 O72- + 6e → 2Cr 3+ dlg(K 2 CrO7 ) = M K 2Cr2O7 6, dlg(CrCl3 ) = M CrCl3 3

2. AB là acid hay baz → n số ion H+ hay OH- trong 1 mol chất
+

HCl → H + Cl dlg(HCl) = M HCl 1
H 3 PO 4 → 3H + PO 4

dlg(H 3 PO 4 ) = M H3 PO4 3

NaOH → Na + OH

dlg(NaOH) = M NaOH 1

+

3-

+

Ca ( OH ) 2 → Ca

2+

-

+ 2OH

dlg(Ca ( OH ) 2 ) = M Ca ( OH )

-

2
2

39

3. AB là hợp chất ion (hay muối) → n là lượng AB có khả
năng trao đổi với 1 mol ion mang điện tích 1+ hay 1-

BaCl2

dlg(BaCl2 ) = M BaCl2 2

NaCl

dlg(NaCl) = M NaCl 1

FeSO 4

dlg(FeSO 4 ) = M FeSO4 2

Fe 2 (SO 4 )3

dlg(Fe 2 (SO 4 )3 ) = M Fe2 (SO4 )3 6

4. AB là phức chất [MLx]n+ tạo thành bởi ion Mn+

M n+ + xL → [ ML x ]

n+

→ đlg được xác định giống đlg của muối hay ion

Cu 2+ + 4 NH3 → [ Cu(NH3 )4 ]

2+

dlg( [ Cu(NH3 )4 ] )=M/2
2+

40


E. Pha trộn dung dịch:
¾ Qui tắc đường chéo:
a (%)
(c-b) = m

ma c - b
=
mb a - c

a

c (%)
b (%)

(a-c) = mb

¾ Liên hệ giữa một số nồng độ thông dụng:
CM =

m (g) 1000
.

M V(ml)

m 1000
.
dlg V
m
C% =
.100
m+q
CN =

CM =

C ( % ) .10d
M

;C N =

C N = n.CM hay CM =

C ( % ) .10d
dlg
CN

n
41

E. Pha trộn dung dịch:
Nồng độ dd cần pha? Độ chính xác cần thiết?
→ Lựa chọn dung cụ pha thích hợp

™ Dụng cụ pha chính xác:

™ Dụng cụ pha gần đúng:

42


¾ Pha dung dịch từ chất rắn:
Describe how you would prepare the following three solutions:
a) 500 mL of approximately 0.20 M NaOH using solid NaOH;
b) 250 mL of 1.00M CuSO4 using CuSO4.5H2O
a) Pha 500mL dd NaOH, có nồng độ ~ 0.20M

→ lựa chọn dụng cụ không cần chính xác
• Cân khối lượng NaOH rắn cần dùng:
m NaOH =

0.20 mol
40, 0 g
× 0.5L ×
= 4, 0 g
L
mol

• Chuyển chất rắn vào trong beaker, thêm 500mL nước
43

¾ Pha dung dịch từ chất rắn:
Describe how you would prepare the following three solutions:
a) 500 mL of approximately 0.20 M NaOH using solid NaOH;

b) 250 mL of 1.00M CuSO4 using CuSO4.5H2O
b) Pha 250mL dd CuSO4, có nồng độ 1.00M

→ lựa chọn dụng cụ cần chính xác
• Cân khối lượng CuSO4 rắn cần dùng:
mCuSO4 =

1.00 mol
249.7 g
× 0.250 L ×
= 62, 4 g
L
mol

• Chuyển chất rắn vào trong fiol 250mL, thêm nước đến vạch
44


¾ Pha loãng dd từ dd có sẵn trong phòng lab:

C0 V0 = Cd Vd
Describe how you would prepare 250 mL of 0,100 M
CuSO4 solution using a stock solution of concentrated
CuSO4 (1.00 M).

→ lựa chọn dụng cụ cần chính xác
• Lấy chính xác thể tích CuSO4 1.00M cần dùng:

1.00M × V0 = 0.100M × 0.250 L
V0 = 0.025 L

• Chuyển chất rắn vào trong fiol 250mL, thêm nước đến vạch
45

1. A chemist is beginning to prepare 100.0 mL of a solution to be labeled
"0.900% (wt/vol) sodium chloride."To prepare this solution, the chemist would
(a) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container and add 100.0 mL
of water to dissolve the sodium chloride.
(b) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container, add water to
dissolve the sodium chloride, and then add water to produce 100.0 mL of
solution.
(c) weigh 9.00 grams of sodium chloride into a container, dissolve the sodium
chloride in water, and then add water to produce 100.0 mL of solution.

• Pha dd NaCl 0.900% (g/ml):
C% ( KL/TT ) =

m
.100
V

V = 100 ml → m = 0.900 g
46


1. A chemist is beginning to prepare 100.0 mL of a solution to be labeled
"0.900% (wt/vol) sodium chloride."To prepare this solution, the chemist
would
a) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container and add 100.0 mL
of water to dissolve the sodium chloride.
b) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container, add water to

dissolve the sodium chloride, and then add water to produce 100.0 mL of
solution.
c) weigh 9.00 grams of sodium chloride into a container, dissolve the sodium
chloride in water, and then add water to produce 100.0 mL of solution.

• Pha dd NaCl 0.900% (g/ml):
C% ( KL/TT ) =

m
.100
V

V = 100 ml → m = 0.900 g
47

2. A solution is prepared by dissolving 25.8 grams of
magnesium chloride (MgCl2) in water to produce 250.0 mL
of solution. Calculate the molarity of the chloride ion in the
solution.
a) 0.271 molar
b) 1.08 molar
c) 2.17 molar

CM (Cl − ) = 2CM ( MgCl2 ) = 2

=2

m ( g ) 1000
i
M V(ml )

25.8 ( g )
1000
i
= 2.17 (M)
95.2 250.0 (ml )
48


3. The Great Salt Lake, located in the state of Utah, is
approximately eight times saltier than the ocean. The
salinity of the lake is said to occasionally be as high as
27 parts per thousand sodium chloride. Calculate the
molarity of the sodium ion in the Great Salt Lake.
a) 4.6 x 10-4 molar
b) 0.46 molar
c) 1.2 molar
• dd NaCl 27‰ (g/ml): 27 g NaCl trong 1000 ml dd
• nồng độ mol của Na+:
CM ( Na + ) = CM ( NaCl ) =

C 0 00 . d 27(g)
=
= 0.46M
M
58.5
49

4. The ethyl alcohol content of many beers produced in
the United States is 4.05% (vol/vol). If the density of

ethyl alcohol at room temperature is 0.7893 grams/mL,
what is the percent of ethyl alcohol in beer expressed
as percent (wt/vol)?
a) 3.20% ethyl alcohol (wt/vol)
b) 5.13% ethyl alcohol (wt/vol)
c) 7.80% ethyl alcohol (wt/vol)

/>50