Bài giảng Hóa học phân tích (Dành cho ngành KHMT)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP

Bài giảng

HÓA HỌC PHÂN TÍCH
(Dành cho ngành KHMT)

ThS. Hồ Sỹ Linh.

ĐỒNG THÁP – 2019

1


CHƢƠNG 0. KỸ THUẬT SỬ DỤNG MÁY TÍNH
CASIO TRONG HÓA PHÂN TÍCH

1. Kỹ thuật gán số liệu:
Ví dụ: Độ tan của M3(PO4)n trong nước nguyên chất
là 6,44637.10-7M, tính n? Cho KS = 10-28,92
Xét CB: M3(PO4)n 3Mn+ + nPO43- KS = 10-28,92
Gọi độ tan là S 
3S
nS
Ta có: KS = (3S)3.(nS)n = 10-28,92
Bấm máy:
- Nhập vào máy CASIO: 10-28,92 = (3A)3.(XA)X
- Shift/Solve  Máy sẽ hỏi “A = ?”, nhập A = S
- Máy hỏi “Solve for X?”  thường nhập 0, 1...
- Bấm “=” để máy tìm nghiệm  X = n = 2.
2

2. Giải phƣơng trình bậc cao:
- Nhập phương trình từ dạng ban đầu (không biến đổi)
- Thông thường bấm “Shift/Solve/0 hoặc 1.../=” có
thể xảy ra nghiệm âm.
- Nếu dung dịch axit – bazơ. Bấm Shift/Solve  máy
hỏi “Solve for X?” (dừng lại!!!)
+ Nếu dung dịch axit (pH < 7), nhập tiếp giá trị 0; 1;
10-1; 10-2; ...; 10-7  bấm tiếp dấu “=”
+ Nếu dung dịch bazơ (pH > 7), nhập giá trị 10-14; 10-13;
...; 10-7  bấm tiếp dấu “=”
 Đầu tiên nhập 10-7
Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch HCl 10-7 M
3


CHƢƠNG 1. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ
ÁP DỤNG CHO DUNG DỊCH ĐIỆN LY
1.1. Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu (BTNĐBĐ)
a) Một số khái niệm:
Nồng độ gốc Co: là nồng độ chất trước khi đưa vào hỗn
hợp phản ứng.
Nồng độ ban đầu C: là nồng độ của chất trong hỗn hợp,
trước khi xảy ra sự phân ly, xảy ra phản ứng…
Coi .Vi
Ci =
V
Nồng độ cân bằng [i]: là nồng độ của chất tại thời điểm
cân bằng.

4


Ví dụ: Trộn 10mL dung dịch HCl 0,06M với 5mL

dung dịch NH3 0,06M.
Tính nồng độ gốc, nồng độ ban đầu của HCl, NH3?

5


b) Nội dung ĐLBT NĐBĐ: “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”
Xét acid HnA (n chức):

Trong nước HnA phân ly theo n cân bằng  Trong
dung dịch tồn tại (n + 1) dạng: HnA, Hn-1A-;… An-.

Theo ĐLBT NĐBĐ ta có:
CHnA = [HnA] + [Hn-1A-] + [Hn-2A2-] +… + [An-]
6


Tương tự với muối NanA...  Có 2 cấu tử Na+ và An Cần viết 2 biểu thức BTNĐBĐ cho 2 cấu tử.
Chú ý: Nếu acid – base mạnh thì trong dung dịch
không tồn tại dạng phân tử trung hòa.
- Quy trình viết biểu thức ĐLBT NĐBĐ:
+ Bước 1: Có bao nhiêu cấu tử?
+ Bước 2: Giá trị n? Acid – base mạnh/yếu?

+ Bước 3: Viết các cân bằng để xuất hiện tất cả
các dạng tồn tại của cấu tử.
+ Bước 4: Viết biểu thức ĐLBT NĐBĐ
7


c) Phân số nồng độ (i)
a) Khái niệm: “Phân số nồng độ của cấu tử i là tỉ lệ
giữa [i] với tổng nồng độ ban đầu (C) của cấu tử
đó trong dung dịch”
b) Biểu thức định lƣợng:
𝛂𝐢 =

[𝐢]
[𝐢]

=

[𝐢]
𝐂

 [i] = i.C

Nếu cấu tử có nhiều dạng ban đầu, ví dụ HnA C1 +
Hn-1A- C2 thì tổng nồng độ ban đầu C = (C1 + C2)
Khi đó:

𝛂𝐢 =

[𝐢]

𝐂

 [i] = i.C = i.(C1 + C2)
8


c) Xây dựng công thức tính phân số nồng độ:
* Phân số nồng độ của HA CM (n = 1)
HA  H+ + AKa
 HA tồn tại dưới 2 dạng là HA và ATheo ĐLTDKL ta có:

𝐊𝐚 =

[𝐇 + ][𝐀− ]
𝐇𝐀

Theo ĐLBT NĐBĐ ta có: C = [HA] + [A-]
Từ (1), (2) ta có:
h
αHA =
h + Ka
Ka
αA− =
h + Ka

(1)

(2)

9


K 1 .K 2
α A2- = 2
h
+
K
.h
+
K
.K
1
1
2


K 1 .h
H 2 A (n = 2) α HA- = 2
h
+
K
.h
+
K
.K
1
1
2


2

h
α H2 A = 2
h + K 1 .h + K 1 .K 2

10


Nhận xét:
- Mẫu thức: Ta thấy các i có chung mẫu thức
+ Với n = 1: HA có 2 dạng tồn tại, mẫu thức chung
(MTC) có 2 thành phần bậc 1 = (h + Ka).
+ Với n = 2: H2A có 3 dạng tồn tại, MTC có 3 thành
phần bậc 2 = (h2 + K1.h + K1.K2)
Với HnA  có (n+1) dạng tồn tại, MTC sẽ là:
MTC = hn + K1.hn-1 + K1.K2.hn-2 + … + K1.K2…Kn.
- Tử thức:
+ Tử thức là một thành phần của MTC.
+ Dạng tồn tại có bao nhiêu nguyên tử H (có tính axit) thì
tử thức sẽ là thành phần chứa ẩn h với bậc bấy nhiêu.
11


Chú ý: + Nếu HnA là acid mạnh, có nấc 1 phân ly hoàn
toàn chỉ có n dạng tồn tại, vì dạng HnA sẽ không tồn
tại  [HnA] = 0.
Ví dụ: HCl, HNO3, HClO4 chỉ tồn tại dạng Cl-; NO3-;
ClO4-  [A-] = CHA.
+ Tương tự với các base mạnh NaOH, KOH… cũng chỉ

có 1 dạng tồn tại Na+, K+… [M+] = CM+
+ Với H2SO4 tồn tại 2 dạng HSO4-, SO42-:
h
αHSO−4 =
h + Ka
Ka
αHSO2−
=
4
h + Ka
+ Với NH3 tồn tại 2 dạng NH4+  HA và NH3  A12


1.2. Định luật bảo toàn điện tích
1.2.1. Nội dung: “Trong dung dịch, tổng điện tích
âm của các anion bằng tổng điện tích dương của
các cation, hay tổng điện tích bằng 0”
+
−
| 𝐢 . 𝐙𝐢 | = | 𝐣 . 𝐙𝐣 |
(*)
1.2.2. Quy trình viết biểu thức BTĐT:
- Bước 1: Xác định các ion tồn tại trong dung dịch
Mỗi cấu tử HnA  tồn tại n ion (không tính H+, OH-)
- Bước 2: Viết các cân bằng, kể cả H2O
- Bước 3: Viết biểu thức BTĐT theo (*)
Chú ý: H2O có n = 2  Có 2 ion H+, OH-.
13

CHƢƠNG 2: CÂN BẰNG ION TRONG DUNG DỊCH
1. Một số đặc điểm:
- Axit là những chất có khả năng cho proton (H+), thường
ở dạng HA. Hằng số đặc trưng là Ka
- Bazơ là những chất có khả năng nhận proton (H+), thường ở
dạng A- (dạng muối NaA). Hằng số đặc trưng là Kb
- Chất lưỡng tính là chất vừa có khả năng cho proton, vừa có
khả năng nhận proton. Ví dụ: H2O; NaHS...
-

Nước có Kw=[H+].[OH-]=10-14, gọi là tích số ion của nƣớc

- Khi axit (Ka) cho proton thì trở thành bazơ, gọi là bazơ
liên hợp (Kb). Ví dụ: CH3COOH  CH3COO- + H+
Với 1 cặp axit/bazơ liên hợp thì

𝐊𝐚 =

𝐊𝐰
𝐊𝐛

14


2. Tính toán cân bằng axit - bazơ
a) Quy trình:
- Viết đầy đủ các cân bằng. Viết biểu thức ĐLBTĐT
- Sử dụng phân số nồng độ để biến đổi BTĐT thành
phương trình 1 ẩn h = [H+]
- Thay số, giải phương trình với chú ý: Khi bấm

Shift/Solve máy sẽ hỏi “Solve for X?” thì nhập giá trị 10-7.
Nếu ra nghiệm âm thì bấm lại Shift/Solve và nhập các giá
trị 10-10; 10-12... đến khi thu được nghiệm dương.

- Tính pH = -log10[H+]
- Nếu đã biết pH thì có thể tính được khối lượng m,
nồng độ C, thể tích V...
15


b) Các ví dụ:
Tính pH các dung dịch sau:
1. HCl 10-8M
2. CH3COOH 0,1M. Cho Ka = 10-4,76
3. NaOH 10-7M
4. NH3 0,1M. Cho NH3 có Kb = 10-4,76
5. HCl 10-4M+ CH3COOH 0,1M. Cho pKa = 4,76
6. NaOH 10-3M+ NH3 0,1M. Cho pKb = 4,76
7. Cho H2SO4 có K1 = ; K2 = 10-2. Tính pH:
a) H2SO4 0,1M
b) KHSO4 0,1M
c) NH4HSO4 0,1M
d) K2SO4 0,1M
e) (NH4)2SO4 0,1M f) KHSO4 0,1M+K2SO4 0,1M
16


c) Dung dịch đệm
- Là dung dịch có khả năng chống lại sự thay đổi
pH đột ngột khi ta thêm vào dung dịch một lượng

nhỏ axit hoặc bazơ mạnh hoặc khi pha loãng.
- Trong thực tế thường gặp dung dịch đệm là hỗn

hợp axit – bazơ liên hợp.
Ví dụ: Đệm axetat là hỗn hợp CH3COOH +

CH3COONa có pH = 4  5
Đệm amoni là hỗn hợp NH4Cl+NH3 có pH = 9 - 10
17


d) Cách pha chế dung dịch (CM)
- Từ chất rắn khan X:
+ Tính toán: Từ CX và V cần pha
Ta có:
nX = CX.V  mX = nX.MX
+ Cách pha: Cân chính xác mX gam chất X, hòa tan
trong một ít nước cất , cho vào bình định mức có
thể tích = V (thể tích cần pha), định mức bằng nước
cất đến vạch.
Ví dụ: Trình bày cách pha 100mL dung dịch
K2Cr2O7 0,02M.
18


-

Từ chất rắn ngậm nƣớc X.nH2O:

+ Tính toán: Từ CX và V cần pha

Ta có:



nX = CX.V

mX.nH2O = nX.MX.nH2O

+ Cách pha: Cân chính xác mX.nH2O gam chất

X.nH2O, hòa tan trong một ít nước cất, cho vào
BĐM có thể tích = V (cần pha), định mức bằng
nước cất đến vạch.
Ví dụ: Trình bày cách pha 100mL dung dịch
Na2CO3.10H2O 0,02M.

19


- Từ dung dịch có nồng độ CM (lớn):
+ Tính toán: Nguyên tắc C1V1 = C2V2.
Từ C2, V2 cần pha 

C2 V2
V1 =
C1

+ Cách pha: Cho nước cất vào khoảng ½ BĐM có
thể tích = V2 (cần pha). Lấy chính xác V1 mL dung
dịch C1, cho vào BĐM, rồi định mức bằng nước cất

đến vạch.
Ví dụ: Trình bày cách pha 500mL dung dịch HCl
0,1M từ dung dịch HCl 2,5M
20


-

Từ dung dịch có nồng độ C%:

10d.C%
+ Tính toán: Từ C%  CM =
(1)
M

Từ nguyên tắc trên V1 = C2V2/C1

(2)

Với C1 = CM  V1 = C2V2 .M

10d.C%

+ Cách pha: Cho nước vào khoảng ½ BĐM có thể tích
= V2 (cần pha). Lấy chính xác V1 mL dung dịch C%,

cho vào BĐM, rồi định mức bằng nước cất đến vạch.
Ví dụ: Hãy pha 500mL dung dịch HCl 0,1M từ
dung dịch HCl 37% (d = 1,18)

21


3. Dung dịch tạo phức
- Phản ứng tạo phức: M + L  MLn
- Hằng số cân bằng của phản ứng tạo phức gọi là
hằng số bền, ký hiệu là 
- Phản ứng tạo phức trong Hóa phân tích:
+ Phân tích định tính: Chỉ cần một lượng nhỏ
thuốc thử để phản ứng cho tín hiệu đủ rõ giúp phát
hiện ra ion cần nghiên cứu.
+ Phân tích định lượng: Dùng dư thuốc thử để chuyển
hoàn toàn ion kim loại thành phức chất, hoặc khi cần
che hoàn toàn các ion kim loại gây cản trở.
22


- Đặc điểm của phản ứng tạo phức:

+ pH ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ M, L  ảnh
hưởng đến khả năng tạo phức. Thực tế, cần tìm

được khoảng pH tối ưu và cố định pH đó bằng các
dung dịch đệm thích hợp.

+ Các phức của ion kim loại với thuốc thử hữu cơ
thường có màu, bền và có độ chọn lọc cao  Ứng

dụng trong phân tích định lượng
23

Ví dụ: Phương pháp chuẩn độ complexon dùng
EDTA làm chất tạo phức, sử dụng các chỉ thị hữu
cơ như ETOO, MUR,... làm chỉ thị được sử dụng
nhiều để xác định ion kim loại như nước cứng (tổng
Ca2+ + Mg2+); Al3+; Fe3+...

M+ + H2Y2-  MY3- + 2H+
M2+ + H2Y2-  MY2- + 2H+

M3+ + H2Y2-  MY- + 2H+
M4+ + H2Y2-  MY + 2H+
24


4. Dung dịch chứa kết tủa
- Trong dung dịch chứa chất kết tủa:
MmAn  mM + nA
Với: M là ion kim loại (Metal); A là anion gốc axit;
MmAn là chất kết tủa
- Hằng số cân bằng của kết tủa trong dung dịch gọi
là tích số tan, ký hiệu là KS
- Phản ứng tạo kết tủa được dùng trong phân tích
định lượng.
Ví dụ: Xác định clorua bằng chuẩn độ đo bạc với
chất chuẩn AgNO3
25