bài giảng hpt_trần phương thảo.pdf
TRANSCRIPT
Analytical Chemistry 2
Giới thiệu học phầnTên học phần Hóa phân tích
Analytical chemistry Sô tín chỉ 2Mục tiêu của học phần
Sau khi hoàn tất học phần, sinh viên phải nắm đượcnhững kiến thức về Hoá phân tích, về phân tích địnhtính và phân tích định lượng một số chất cơ bản.
Mô tả vắn tắt nội dung học phần Học phần này nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ sở, những nguyên lý chung của hóa học phân tích, bao gồm các phần: chuẩn độ axit-bazơ, phức chất, oxy hóa khử, tủa, và một số phương pháp hóa lý khác.
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 3
Giới thiệu học phầnTài liệu học tập
Sách tham khảo[1]. Nguyễn Thạc Cát, Từ Vọng Nghi, Đào Hữu Vinh – Cơ sở lý thuyết hóa
phân tích – NXB ĐH & THCN, 1979. Sách, giáo trình chính
[1].Phạm Gia Huệ - Hóa phân tích – ĐH Dược Hà Nội, 1998.[2]. A.P.Kreskov (Từ Vọng Nghi và Trần Tứ Hiếu dịch) - Cơ sở hoá học
phân tích, tập 1,2 – NXB ĐH&THCN, 1990.[3]. Nguyễn Tinh Dung – Hoá học Phân tích, tập 1, 2, 3 – NXBGiáo dục,
1981.[4]. Lê Xuân Mai, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Hóa phân tích- NXB ĐHQG Tp
HCM, 1990.[5]. Lê Xuân Mai, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Giáo trình phân tích định lượng
– NXB ĐHQG Tp HCM, 2000.[6]. Hoàng Minh Châu - Cơ sở hóa học phân tích – NXB KHKT, Hà Nội,
2002.[7]. Từ Vọng Nghi - Hóa học phân tích - NXB ĐHQG Hà Nội, 2000.
Tiêu chuẩn đánh gia sinh viên Dự lớp: Có mặt trên lớp nghe giảng tư 80% tổng số thời gian trơ lên.
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 4
Giới thiệu học phần
Chương 1: Đại cương về hóa phân tích
Chương 2: Phân tích định tính
Chương 3: Phân tích thể tích
Chương 4: Phương pháp phân tích trọng lượng
Chương 5: Các phương pháp phân tích hóa lý
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 5
Chương 1: Đại cương về hóa phân tích
1.1. Nội dung và yêu cầu của hóa học phân tích
1.2. Phân loại các phương pháp phân tích
1.3. Các loại phản ứng hóa học dùng trong hóaphân tích
1.4. Các giai đoạn của một phương pháp phân tích
1.5. Các loại nồng độ, pha chế dung dịch dùngtrong hóa phân tích
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 6
1.1. Nội dung và yêu cầu của hóa học phân tích
HPT là khoa học về các phương pháp pt định tínhvà định lượng, kiểm tra những quá trình hóa lí vàkĩ thuật hóa học
Pt định tính: xác định sự hiện diện của các cấu tửtrong mẫu, đánh giá hàm lượng sơ bộ của chúng
Pt định lượng: xác định chính xác hàm lượng củacấu tử trong mẫu: Pp hóa học Pp vật lí Pp hóa lí
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 7
1.2 Phân loại các phương pháp phân tích
Phân loại theo bản chất của phương pháp: PP hóa học: bằng pưhh chuyển cấu tử cần xác
định thành hợp chất mới có tính chất đặc trưngđể có thể xác định sự hiện diện và hàm lượng
PP vật lí: xác định bằng nghiên cứu tính chấtquang, điện, từ
PP hóa lí: kết hợp PPVL và PPHH- Các pp phổ- Các pp điện hóa- Các pp sắc kí
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 8
1.2 Phân loại các phương pháp phân tích
Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kĩ thuậtphân tích Phân tích thô: sử dụng dụng cụ 50 – 500 ml với
lượng mẫu 1 – 10 g hoặc 1 – 10 ml Phân tích bán vi lượng: dụng cụ < 50 ml, lượng
mẫu 10-3 – 1g hay 10-1 – 1 ml Phân tích vi lượng: dụng cụ < 1 ml, lượng mẫu
10-6 – 10-3 g hoặc 10-3 – 10-1 ml Phân tích siêu vi lượng: lượng mẫu < 10-6g
hoặc 10-3ml
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 9
1.3. Các loại phản ứng hóa học dùng trong HPT
Phản ứng oxy hóa khử: Định tính: Cl2 + I- → I2 + Cl-I2 xuất hiện làm xanh giấy tẩm hồ tinh bột Định lượng:MnO4
- + Fe2+ + H+ → Mn2+ + Fe3+ + H2O Phản ứng trao đổi: Pư acid – baz Pư tạo tủa Pư tạo phức
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 10
Yêu cầu đối với thuốc thử dùng trong HPT
Độ tinh khiết Tính chọn lọc Tính nhạy Giới hạn phát hiện: VD: giới hạn phát hiện Fe3+
bằng SCN- là 0,25 μg/ml Trơ với môi trường Có phân tử lượng lớn để giảm sai số khi cân
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 11
Yêu cầu đối với các phản ứng hóa học dùng trong HPT
Xảy ra tức thời Xảy ra hoàn toàn theo chiều mong muốn Pư theo tỷ lệ xác định, sản phẩm có thành phần
xác định Có dấu hiệu nhận biết rõ ràng
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 12
1.4. Các giai đoạn của một phương pháp phân tích
Giai đoạn chọn mẫu: đảm bảo tính đại diện củamẫu: Chọn mẫu riêng: chọn ngẫu nhiên Chọn mẫu ban đầu: là mẫu được chọn từ mẫu
riêng Mẫu trung bình: mẫu ban đầu được trộn đều và
nghiền nhỏ Giai đoạn chuyển mẫu thành dung dịch: 2 cách PP ướt: mẫu được hòa tan bằng dung môi thích
hợp (acid, baz, nước, chất oxy hóa mạnh…)
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 13
1.4. Các giai đoạn của một phương pháp phân tích
- Dd HCl: hòa tan mẫu: CO32-, PO4
3-, SO32-…
- Dd HNO3: hòa tan PbS, CuS, các hợp kim- Dd H2SO4 đậm đặc: hòa tan các hợp kim- Dd HF: hòa tan SiO3
2-, SiO2 Phương pháp khô: nung khô các hợp chất khó
tan (Al2O3, TiO2, Cr2O3…) với các chất: NaOH, Na2CO3, Na2O2 trong chén Pt hoặc Ni ở nhiệtđộ cao; sau đó hòa tan bằng dd thích hợp
Yêu cầu: không làm mất mẫu, bẩn mẫu Chọn pppt thích hợp, thực hiện phản ứng Kiểm chứng kết quả, xử lí kết quả phân tích
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 14
1.5. Các loại nồng độ, pha chế dung dịch dùng trong hpt
Nồng độ là một cách mô tả thành phầncủa hỗn hợp Một số loại nồng độ:
Độ tan: số g chất tan trong 100g dung môi
Nồng độ khối lượng: số g chất tan trong 1l dd
100.qmS
VmC lg /
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 15
1.5. Các loại nồng độ, pha chế dung dịch dùng trong hpt
Độ chuẩn (T): số g hoặc mg chất tan trong 1ml dd Nồng độ phần trăm C%
% (khối lượng / khối lượng)
% (khối lượng / khối lượng)
%(khối lượng / thể tích)
%(khối lượng / thể tích)
% (thể tích / thể tích)
% (thể tích / thể tích)
Nồng độ mol CM: số mol chất tan trong 1000ml dd Nồng độ molan Cm: số mol chất tan trong 1000g
dung môi
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 16
1.5. Các loại nồng độ, pha chế dung dịch dùng trong hpt
Nồng độ phần mol: Ni = ni/N Nồng độ đương lượng CN
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 1
Chương 2: Phân tích định tính
2.1. Giới thiệu các hệ thống phân tích định tính acid -baz
2.2. Phân tích định tính cation nhóm 1
2.3. Phân tích định tính cation nhóm 2
2.4. Phân tích định tính cation nhóm 3
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 2
2.1. Giới thiệu các hệ thống phân tích định tính acid - baz
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 3
2.2. Phân tích định tính cation nhóm 1
Các cation nhóm 1: Ag+, Pb2+, Hg22+
[Hg2ONH2]NO3↓ + Hg↓ đen
Pb(OH)2↓ trắngTạo thành phứctan
NH4OH dư
Hg2O↓ đenPb(OH)2↓ trắng, tan trong kiềmdư
Ag2O↓ đenKOH hoặcNaOH
Hg2SO4↓ trắngPbSO4↓ trắng-H2SO4loãng
Hg2Cl2↓ trắng, tácdụng với NH4OH hóa đen
PbCl2↓ tan trong nướcnóng
AgCl↓ trắng, tácdụng và tan trongNH4OH dư
HCl loãngHg2
2+Pb2+Ag+
CationThuốc thử
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 4
2.2. Phân tích định tính cation nhóm 1CationThuốc thử
Hg22+Pb2+Ag+
Hg2CO3 → HgO+ Hg + CO2 kếttủa xám
Pb2(OH)2CO3↓trắng
Ag2CO3↓ trắngK2CO3 hay Na2CO3
Hg2CrO4↓ đỏPbCrO4↓ vàng, tan trong kiềm dư
Ag2CrO4↓ đỏ nâuK2CrO4
Hg2I2↓ xanh lụctác dụng vớithuốc thử dư→HgI42- + Hg
PbI2↓ vàng, tan trong nước nóng
AgI↓ vàngKI
HgS + Hg đenPbS↓ đenAg2S↓ đenH2S và các muốiNa2S, (NH4)2S
Tạo hỗn hốngmàu trắng
-Ag trắngCu
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 6
2.2. Phân tích định tính cation nhóm 1
Dung dịch phân tích + HCl loãng; Li tâm
Kết tủa 1 + H2O đun sôi, lọc nóng Nước lọc 1
Nước lọc 2 + KI (hoặc K2CrO4) Kết tủa 2 + NH4OH
PbI2↓ vàng (hoặc PbCrO4↓ vàng)
Kết tủa đenxám Hg + NH2HgCl↓
Nước lọc 3 + HNO3
AgCl↓ trắng
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 7
2.3. Phân tích định tính cation nhóm 2 Các cation nhóm 2: Ba2+, Sr2+, Ca2+
Ngọn lửa màu đỏ gạchNgọn lửa màu đỏNgọn lửa màu vàng lụcThử màu lửa
CaHPO4↓ trắngSrHPO4↓ trắngBaHPO4↓ trắngNa2HPO4
CaC2O4↓ trắngSrC2O4↓ trắngBaC2O4↓ trắng(NH4)2C2O4
Ca(SO4)22-SrSO4↓BaSO4↓(NH4)2SO4
--BaCrO4↓ vàng- Môi trường axit axetic
-SrCrO4↓ vàngBaCrO4↓ vàng- Môi trường trung tính
K2CrO4
CaHSO4SrHSO4BaHSO4H2SO4 đặc
CaCO-3↓ trắngSrCO3↓ trắngBaCO3↓ trắngNa2CO3
-SrSO4 ↓BaSO4 ↓Nước thạch caoCaSO4 bão hòa
CaSO4↓ trắng, tan nhiều trong nước
SrSO4 ↓ trắngBaSO4↓ trắngH2SO4 loãngCa2+Sr2+Ba2+
CationThuốc thử
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 8
L1 + H2SO4 loãng + rượu etylic, li tâm, lọc gạn
Kt2 + MeSO4 chuyển thành MeCO3 bằng Na2CO3 bão hòa
Kt MeCO3 + CH3COOH đến vừa tan hết + K2CrO4, li tâm, lọc
Kt + NaOH lắc kĩ, li tâmL + Na2CO3 → SrCO3 + CaCO3, li tâm, lấy kết
tủa, rửa sạch bằng nước
BaCrO4 ↓vàng
Nước lọc + Na2S
PbS ↓ đen
Kt + CH3COOH đến vừa tan hết, chia thành 2 phần
Phần ít + CaSO4bão hòa
Phần nhiều + (NH4)2SO4, li tâm, lọc
SrSO4 ↓ trắng SrSO4 ↓trắng
CaC2O4 ↓trắng
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 9
2.4. Phân tích định tính cation nhóm 3 Các cation nhóm 3: Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, Sn4+, As3+, As5+
Kết tủa vàng nhạt
Kết tủa vàng gạch
Kết tủa đỏ nhạtKết tủa nâu nhạt
Kết tủa son đỏ
Alizarin trong môi trường NH3
-Sn2+ → Sn4+-Cr3+ → Cr6+-Với các chất oxy hóa: H2O2, KMnO4
--ZnS↓Cr(OH)3↓Al(OH)3↓(NH4)2S trong môi trường trung tính hoặc kiềm
--ZnS↓ trắng--H2S trong môi trường CH3COOH
SnS2↓ vàngSnS↓ nâu---H2S trong môi trường HCl
Sn(OH)4↓Sn(OH)2-↓Zn3(PO4)2↓ trắngCrPO4↓ xanh lục
AlPO4↓ trắngNa2HPO4
Sn(OH)4↓Sn(OH)2↓[Zn(NH3)4]2+Cr(OH)3↓Al(OH)3↓DD NH3
Sn(OH)4↓trắng
Sn(OH)2↓trắng
Zn(OH)2↓ trắngCr(OH)3↓ lụcAl(OH)3↓trắng
NaOH, Na2CO3 không dư
SnO32-SnO2
2-ZnO22-CrO2
-AlO2-NaOH dư
Sn4+Sn2+Zn2+Cr3+Al3+
CationThuốc thử
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 10
L2 + NaOH dư + H2O2, đun kĩ, li tâm, bỏ kết tủa
L3 + NH4Cl, đun sôi kĩ, li tâm
Kt3,1L3,1 chia làm 2 phần
P1: + H2O2 + rượu amylic + H2SO4
P2: + Na2S
Lớp rượu có màu xanh của H3CrO8
ZnS↓ trắng
Lắc mạnh, đun nóng với (NH4)2S
Nước lọc cóSnS3
2- + CH3COOH → SnS2 ↓
vàng
Kt rửa sạch + CH3COOH đến tan + alizarin + NH4OH → Kt
son đỏ
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 1
Chương 3: Phân tích thể tích
3.1. Nguyên tắc của phương pháp phân tích thể tích
3.2. Phương pháp chuẩn độ acid - baz
3.3. Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử
3.4. Phương pháp chuẩn độ phức chất
3.5. Phương pháp chuẩn độ kết tủa
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 2
3.1. Nguyên tắc của phương pháp phân tích thể tích
Một số định nghĩa
Các phản ứng dùng trong pttt
Phân loại các pp pttt
Các pp chuẩn độ
Cách tính kết quả trong pttt
Cách điều chế dung dịch chuẩn
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 3
Một số định nghĩa
Đn pp pttt: là pp xác định hàm lượng các chất dựa trên việc đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác
Sự chuẩn độ: thêm từ từ dd chuẩn vào dd định phân
Điểm tương đương: thời điểm thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân. Nhận biết bằng cách sử dụng chất chỉ thị
Điểm cuối: khi kết thúc quá trình chuẩn độ Pp này bao giờ cũng mắc phải một sai số
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 4
Các phản ứng dùng trong pttt
Các phản ứng dùng trong pp pttt cần thỏa mãn điều kiện sau:
Chất định phân phải phản ứng hoàn toàn với dung dịch thuốc thử theo một ptpư xác định
Phản ứng phải xảy ra rất nhanh
Phản ứng cần phải chọn lọc
Phải có chất chỉ thị thích hợp để xác định điểm cuối với sai số chấp nhận được
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 5
Phân loại các pp pttt
Phân loại theo bản chất của pư chuẩn độ: Phương pháp acid – baz Phương pháp kết tủa Phương pháp phức chất Phương pháp oxy hóa khử
Phân loại theo phương pháp xác định điểm cuối Các phương pháp hóa học dựa trên sự đổi màu
của chất chỉ thị tại điểm cuối Các phương pháp hóa lí dựa trên sự biến đổi
đột ngột của một tính chất vật lí nào đó tại điểm cuối như cường độ màu, điện thế, độ dẫn điện...
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 6
Các phương pháp chuẩn độ
Chuẩn độ trực tiếp
Chuẩn độ ngược
Chuẩn độ thay thế
Chuẩn độ gián tiếp
Chuẩn độ phân đoạn
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 7
Cách tính kết quả trong pp pttt Chuẩn độ trực tiếp:
Ví dụ 1: Tính nồng độ mol của dd NaOH biết rằng khi chuẩn độ 20ml dd đó thì phải dùng vừa hết 22,75ml dd HCl 0,106M
Ví dụ 2: Tính hàm lượng % sắt trong quặng, biết rằng sau khi hòa tan 0,5170 g quặng, khử hoàn toàn Fe(III) thành Fe(II), rồi chuẩn Fe(II) bằng dung dịch KMnO4 0,1M thì vừa hết 20,1 ml.
Chuẩn độ ngược: Ví dụ: để tính lượng Cr trong thép người ta phân hủy 1,0750g
mẫu thép thành dung dịch rồi oxy hóa hoàn toàn Cr3+ thành CrO4
2-. Sau đó thêm vào 25 ml dd chuẩn FeSO4 0,0410M và lượng đủ dung dịch H2SO4 làm môi trường. Lượng Fe(II) dư được chuẩn độ bằng 3,70 ml KMnO4 0,0400M. Hãy tính hàm lượng % của Cr trong thép?
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 8
Cách tính kết quả trong pp pttt
Chuẩn độ gián tiếp: Ví dụ: để xác định lượng chì trong quặng, người ta phân
hủy 1,1050g mẫu quặng thành dung dịch. Từ dung dịch đó thực hiện qui trình để kết tủa hoàn toàn lượng chìtrong mẫu thành PbCrO4. Sau đó hòa tan PbCrO4 bằng dd hỗn hợp HCl + NaCl dư. Thêm vào dd một lượng KI và cuối cùng chuẩn độ lượng I2 thoát ra bằng 24,20ml dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,0962N. Tính hàm lượng chìcó trong quặng?
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 9
Cách điều chế dung dịch chuẩn
Điều chế dung dịch chuẩn từ những chất gốc, thỏa mãn điều kiện sau: Độ tinh khiết cao Thành phần hóa học ứng với một công thức xác
định kể cả thành phần nước kết tinh Chất gốc và dung dịch của nó phải bền Khối lượng mol phân tử càng lớn càng tốt để
giảm sai số khi điều chế Ví dụ: H2C2O4.2H2O
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 10
3.2. Phương pháp chuẩn độ acid – baz
3.2.1. Nguyên tắc3.2.2. Chất chỉ thị acid - baz3.2.3. Các phương pháp chuẩn độ acid - baz3.2.3. Một số ví dụ
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 11
3.2.1. Nguyên tắc
Dựa trên phản ứng:H+ + OH- ⇋ H2O
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
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 12
3.2.2. 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)
Trên 6,2Dưới 4,4
Trên 4,4Dưới 3,1
Trên 10,0Dưới 8,2
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 13
Giải thích sự thay đổi màu của chất chỉ thị theo pH
Thuyết ion: HInd + H2O ⇋ H3O+ + Ind-
Thuyết này giải thích được sự thay đổi màu của CCT theo pH nhưng không giải thích được bản chất của sự thay đổi màu đó
Thuyết màu: Một hợp chất có màu do cấu trúc phân tử của nó quyết
định. Nếu cấu trúc thay đổi sẽ dẫn tới màu thay đổi. Thuyết này không giải thích được sự thay đổi màu của
CCT theo pH Kết hợp 2 thuyết này chúng ta được một thuyết hoàn chỉnh
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 15
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)
][IK.[HIn]][H
[HIn]]][I[HK
][][
InHIn
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 16
Khoảng chuyển màu của chất chỉ thị
Khoảng pH đó gọi là khoảng chuyển màu của chất chỉthị
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 độcủa chất chỉ thị. Kí hiệu là pT
1 pKpH
Khoảng chuyển màu
Dung dịch chỉ có màu In-
[HIn] giảm[In-] tăng
Dung dịch chỉ có màu HIn
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 17
3.2.3. Các phương pháp chuẩn độ acid - baz
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
Chuẩn độ baz mạnh bằng axit mạnh
Chuẩn độ axit yếu bằng baz mạnh
Chuẩn độ baz yếu bằng axit mạnh
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 18
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh Tổng quát: Chuẩn độ HA ( C0, V0) bằng BOH (C, V)
lượng baz thêm vào = lượng axit phản ứng
0 0
C VF = 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
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 19
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
Tại điểm tương đương:[H+] = [OH-]
Nhân 2 vế với
0 0 0 0
0 0 0 0
C V C VCV CVH OHV V V V V V V V
0 0
0
- +CV C V [OH ] - [H ]V V
0
0 0
V VC V
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 20
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
- +0 0 0
0 0 0 0
- + 0
0 0
[O H ] - [H ]
1 [O H ] - [H ]
C V C V V VC V C V
V VFC V
Chúng ta có:2
2
+
+ 0+
0 0
[H ]
1 [H ][H ]
H O
H O
KOH
K V VFC V
Phương trình đường chuẩn độ
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 21
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnhBiện luận:
Khi F = 0, trong dung dịch chỉ có axit mạnh (chưa thêm BOH)pH = -lgC0
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-]
Sau điểm tương đương, trong dung dịch có [OH-], lượng [H+] không đáng kể
+ 0
0 0
V1 [H ] VFC V
- 0
0 0
V1 [OH ] VFC V
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 22
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnh
Chú ý: Tại điểm tương đương và sát điểm tương đươngC0V0 = CV
0 0 0
0 0
- + 0
0
1 [OH ] - [H ]
C V V C CVV C V C
C CFCC
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 23
Chuẩn độ axit mạnh bằng baz mạnhVí dụ: chuẩn độ 100 ml HCl 0,1N bằng dung dịch NaOH 0,1N
11,482,283,304,306,89
77,119,710,711,7
pH = -lgC0
Trước và xa điểm tương đương
Sát điểm tương đươngĐiểm tương đương
Sát điểm tương đương
Sau và xa điểm tương đương
00,50,9
0,990,999
0,99991
1,00011,0011,011,11
0509099
99,999,99100
100,01100,1101111
pHCông thức tính FFVNaOHthêm
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 24
Đường cong chuẩn độ (đường định phân)
Titration Curve for Strong Acid with Strong Base
0123456789
10111213
0 10 20 30 40 50 60 70
Volume Base
pH
Chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh
Thể tích bazơ
100 120 14080604020
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 25
Khi thêm NaOH vào, từ giá trị từ 0 đến 100,1 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
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 26
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 thịchúng ta còn có thể chọn chất chỉ thị bằng cách tính sai số
Sai số chất chỉ thị gây ra do điểm cuối của quá trình chuẩn độ không trùng với điểm tương đương.
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 27
Sai số chất chỉ thị
Sai số chỉ thị do điểm cuối của qúa trình chuẩn độ không trùng với điểm tương đương
G: giá trị gần đúngD: giá trị đúng
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 thịcó pT = 5 và pT = 9.
% 100G DSD
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 28
Sai số chất chỉ thị
Phương trình chuẩn độ:HCl + NaOH = NaCl + H2O
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
→ S% = (F – 1)*100
0 0
0 0
% *100 *100cCV C VG DSD C V
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 29
Sai số chất chỉ thị
- + 502
0
0,1 0,1% [OH ] - [H ] *100 10 *100 0, 02%0,1
C CSC C
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:
- 502
0
0,1 0,1% [OH ] [ ] *100 10 *100 0, 02%0,1
C CS HC C
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 30
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 → pHcuối = 4,3
Khi S = + 0,001, chuẩn độ kết thúc sau điểm tương đương, S% = (F – 1)*100
→ pHcuối = 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.
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 32
Chuẩn độ axit yếu bằng baz mạnh
Ví dụ: Chuẩn độ dung dịch CH3COOH 0,1N bằng dd NaOH 0,1 N Phản ứng chuẩn độ:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O Khi chưa thêm NaOH, dd chỉ có CH3COOH, pH của dd được tính theo công thức:
Khi thêm NaOH, dd tồn tại các chất: CH3COOH, CH3COO-, có tính chất của hệ đệm, pH của dd tính theo công thức:
1 lg2 a apH pK C
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 33
Chuẩn độ axit yếu bằng baz mạnh
lg aa
m
CpH pKC
Tại điểm tương đương, dd chỉ còn CH3COO-, pH của dd được tính theo công thức:
Sau điểm tương đương, dd còn CH3COO- và NaOH dư, pH của dd tính theo công thức:
pH = 14 + lg[OH-]
1 ( lg )2 b bpH pK C
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 34
Nhận xét
Điểm tương đương nằm trong môi trường kiềm (pH > 8)
Bước nhảy của đường định phân ngắn hơn nhiều so với khi chuẩn độ axm bằng bzm
Nồng độ các chất càng lớn thì bước nhảy càng dài
Chất chỉ thị thích hợp là PP
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 35
Chuẩn độ baz yếu bằng axit mạnh
Ví dụ: Chuẩn độ NH3 bằng HCl Phương trình phản ứng chuẩn độ:
NH3 + HCl → NH4Cl Khi chưa cho HCl, dung dịch chỉ có NH3, là một baz yếu, pH của dd được tính theo công thức:
Trước điểm tương đương, dd có NH3 dư, NH4+, có tính chất
của dd đệm, pH của dd được tính theo công thức:
114 14 lg2 b bpH pOH pK C
lg bb
m
CpH pKC
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 36
Chuẩn độ baz yếu bằng axit mạnh
Tại điểm tương đương, dd có NH4+, pH của dd tính theo
công thức:
Sau điểm tương đương, dd có NH4+, HCl dư, pH của dd:
pH = -lg [H+]
1 lg2 a apH pK C
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 37
Nhận xét
Điểm tương đương tại miền axit
Chất chỉ thị thích hợp nhất cho phép chuẩn độ này là MR
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 39
Chuẩn độ đa axit
H3A <=> H+ + H2A-; H2A- <=> H+ + HA2-… Một số ví dụ về đa axit: H2SO4, H2CO3, H3PO4… Xét H2SO4:
H2SO4 + H2O <==> H3O+ + HSO4-
HSO4- + H2O <==> H3O+ + SO42-
K1 = ∞K2 = 2
→ Coi H2SO4 là axit một lần axit, giống như HCl
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 41
3.3. Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử
3.3.1. Nguyên tắc
3.3.2. Chất chỉ thị ox hóa khử
3.3.3. Các phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử
3.3.4. Một số ví dụ
VITAMIN C TITRATION
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 42
3.3.1 Nguyên tắc
Dựa trên phản ứng trao đổi electron giữa chất chuẩn và chất phân tích
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 43
3.3.2. Chất chỉ thị ox hóa khử
Màu của dạng oxy hóa và khử của chất chỉ thịkhác nhau, phụ thuộc vào thế của dd
Indox + ne ⇋ Indkh
Một số chất chỉ thị thông dụng: Diphenylamine: C6H5-NH-C6H5
Sodium diphenylsunfonate Feroin (Phức của Fe2+ với 1,10-phenaltrolin) Tự chỉ thị: KMnO4
Hồ tinh bột
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 44
3.3.3. Các phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử
Phương pháp permanganat
Phương pháp iod
Phương pháp bicromat
Phương pháp Bromua - bromat
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 49
3.4. Phương pháp chuẩn độ phức chất
3.4.1. Nguyên tắc
3.4.2. Chất chỉ thị phức chất
3.4.3. Các phương pháp chuẩn độ phức chất
3.4.4. Một số ví dụ
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 50
3.4.1. Nguyên tắc
Cation phản ứng với thuốc thử hữu cơ (complexon) tạo thành phức chất
Các complexon:
NCH2COOHCH2COOHCH2COOH
HOOCCH2
N CH2 CH2 NCH2COOH
CH2COOH
HOOCCH2
HOOCCH2
N CH2 CH2 NCH2COOH
NaOOCCH2
CH2COONa
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 51
3.4.1. Nguyên tắc
Trilon B khi tan trong nước sẽ phân li hoàn toàn:Na2H2Y → 2Na+ + H2Y2-
H2Y2- tác dụng với ion kim loại và điều đặc biệt là dù ion kim loại có hóa trị là bao nhiêu thì khi tạo phức với H2Y2- đều theo tỷ lệ 1:1
Me+ + H2Y2- ⇋ MeY3- + 2H+
Me2+ + H2Y2- ⇋ MeY2- + 2H+
Me3+ + H2Y2- ⇋ MeY- + 2H+
Me4+ + H2Y2- ⇋ MeY + 2H+
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 53
3.4.3. Các phương pháp chuẩn độ phức chất
Chuẩn độ trực tiếp
Chuẩn độ ngược
Chuẩn độ thay thế
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 54
Ví dụ
Xác định Ca2+
Xác định Mg2+
Xác định độ cứng của nước
Xác định Al3+
Xác định Pb2+
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 55
3.5. Phương pháp chuẩn độ kết tủa
3.5.1. Nguyên tắc
3.5.2. Chất chỉ thị phức chất
3.5.3. Các phương pháp chuẩn độ kết tủa
3.5.4. Một số ví dụ
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 1
Chương 4: Phân tích trọng lượng
4.1. Cơ sở và nguyên tắc của phương pháp
4.2. Các yêu cầu của dạng tủa và dạng cân
4.3. Các bước tiến hành và kỹ thuật phân tích
4.4. Định lượng một số mẫu
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 2
4.1. Cơ sở và nguyên tắc của phương pháp
PT khối lượng là pp định lượng hóa học = xác định khối lượng của chất cần xác định hoặc những hợp chất của nó
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 3
4.2. Các yêu cầu của dạng tủa và dạng cân
Kết tủa phải thực tế không tan. Chọn các đk kết tủa (pH, nồng độ, nhiệt độ…)
Kết tủa thu được phải tinh khiết, không hấp phụcộng kết, nội hấp các tạp chất
Dạng kết tủa dễ lọc rửa
Dạng cân phải có công thức xác định, có thành phần không đổi từ khi sấy xong đến khi cân, không bị phân hủy bở không khí
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 4
4.3. Các bước tiến hành và kỹ thuật phân tích
Chọn mẫu đại diện, chuyển mẫu phân tích thành dạng dung dịch sau đó tiến hành qua các giai đoạn sau: Kết tủa cấu tử cần xác định dưới dạng hợp chất
thích hợp Lọc và rửa tủa Chuyển dạng tủa sang dạng cân Cân
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 5
1 – Tạo tủa
Chọn dạng tủa và thuốc thử thích hợp Yêu cầu với thuốc thử: Có tính chọn lọc cao Thuốc thử thường được dùng dư Lượng thuốc thử dư phải được loại bỏ dễ dàng
trong quá trình lọc, rửa, nung Thuốc thử có khả năng tạo thành dạng cân có
hàm lượng của nguyên tố cần xác định càng nhỏ càng tốt, điều này giúp giảm sai s ố khi cân
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 6
1 – Tạo tủa
Chọn điều kiện tạo tủa thích hợp: Nếu kết tủa thu được là tủa tinh thể:
Tiến hành kết tủa từ dung dịch loãng, nóng, khuấy đều
Kết tủa ở pH thấp Sau khi tạo tủa, để yên một thời gian nhằm
tạo điều kiện cho tủa lớn lên (làm muồi tủa) Tránh hiện tượng quá bão hòa
Nếu kết tủa vô định hình: Dung dịch mẫu và thuốc thử cần nóng và khá
đậm đặc
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 7
1 – Tạo tủa
Thuốc thử được thêm nhanh, khuấy đều Ngay sau khi tạo tủa thêm ngay dd chất điện li
mạnh để phá lớp điện tích kép trên bề mặt hạt keo, làm tủa dễ đông tụ
Thêm vào dd một lượng nước nóng trước khi lọc để tách tủa ra khỏi dd, giảm nồng độ của cấu tử lạ
Tủa được lọc ngay Sự nhiễm bẩn kết tủa:
Hấp phụ bề mặt Nội cộng kết
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 8
2 – Lọc và rửa tủa
Lọc: Giấy lọc Phễu lọc thủy tinh
Rửa tủa: dd rửa: Nóng (tăng quá trình giải hấp) Chứa ion chung với kết tủa Có thể chứa lượng nhỏ acid hoặc baz để giảm
sự thủy phân Thêm chất điện li mạnh để giảm hiện tượng
pepti hóa
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 9
3 – Chuyển tủa sang dạng cân
Sấy ở nhiệt độ dưới 2500 (nếu chỉ cần loại nước) Nung kết tủa ở nhiệt độ từ 600 đến 12000C: BaSO4: 700 – 8000
Fe(OH)3 → Fe2O3: 9000
Al(OH)3 → Al2O3: 1000 – 11000
CaC2O4 → CaCO3 (6000) → CaO (1000 –12000)
Thời gian nung: đến khi tủa có khối lượng không đổi
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 1
Chương 5: Các phương pháp phân tích hóa lí
5.1. Phương pháp phân tích phổ tử ngoại và phổ khả kiến
5.2. Phương pháp phân tích đo điện thế
5.3. Phương pháp sắc ký
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 2
5.1. Phương pháp phân tích phổ tử ngoại và phổ khả kiến
5.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer
5.1.3. Sự hấp thu bức xạ tử ngoại và khả kiến
của các hợp chất
5.1.4. Kỹ thuật định lượng bằng phổ UV – VIS
5.1.5. Thiết bị đo phổ UV – VIS
5.1.6. Ứng dụng
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 3
5.1.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
Dựa vào trạng thái năng lượng điện tử và các bước chuyển điện tử trong phân tử và dựa vào định luật hấp thụ bức xạ điện từ vào việc đo quang người ta đã đưa ra phương pháp phổ hấp thụ điện tử
Năng lượng sóng điện từ: E= h.c/λ= hν. Biểu thức liên quan giữa tần số(ν) và bước sóng (λ): =c/v Bước sóng (λ) là khoảng cách giữa 2 đỉnh liên tiếp của
sóng điện từ. Tần số (ν) là số dao động mà bức xạ điện từ thực hiện
trong 1 giây, đơn vị (Hz) Vùng tử ngoại (UV) có bước sóng 10nm - 400nm. Vùng khả kiến (VIS) có bước sóng 400nm - 800nm.
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 5
5.1.2. Định luật Bouguer – Lambert – Beer
A = lg Io/I = εLCTrong đó:
- ε: hệ số tắt phân tử- L: độ dày lớp vật chất mà ánh sáng truyền qua.- C: nồng độ chất cần nghiên cứu
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 6
5.1.3. Sự hấp thu bức xạ tử ngoại và khả kiến của các hợp chất
Màu là 1 trong những sự khác nhau dễ thấy của các chất khác nhau
Màu sắc tương ứng với vùng bước sóng
620-780Đỏ
585-620Cam
570-585Vàng
490-570Lục
440-490Lam
420-440Chàm
400-420Tìm
Bước sóng(nm)Màu
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 8
Màu
Khi ánh sáng trắng xuyên qua hay được phản chiếu bởi 1 chất màu, phần đặc trưng của hỗn hợp bước sóng bị hấp thụ
Ánh sáng còn lại mang màu bổ sung của bước sóng bị hấp thụ
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 10
5.2. Phương pháp phân tích đo điện thế
5.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
5.2.2. Thế điện cực
5.2.3. Phương pháp đo thế điện cực
5.2.4. Kỹ thuật định lượng
5.2.5. Thiết bị đo điện thế
5.2.6. Ứng dụng
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 11
5.2.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp
Dựa trên sự ứng dụng hoặc các quy luật, hiện tượng có liên quan tới phản ứng điện hóa xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các cực và dung dịch phân tích hoặc là các tính chất điện hóa tạo nên môi trường giữa các cực
Hệ thống: Dung dịch chất điện ly có thành phần thích hợp
chứa chất phân tích để trong bình điện hóa; Các điện cực; Máy đo.
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 12
5.2.2. Thế điện cực
Điện cực: hệ nối tiếp nhau của các tướng dẫn điện(kim loại, dung dịch chất điện li)
Điện cực kim loại – ion kim loại (điện cực tan)
Me / Men+//
http://hoahocsp.tk
Analytical Chemistry 14
Điện cực
Điện cực bạc clorua
Ag / AgCl ; Cl- Điện cực calomel
(Pt) Hg / Hg2Cl2 ; Cl-
http://hoahocsp.tk