Bài giảng Hóa phân tích - Chương 7, Phần 1: Phương pháp phân tích thể tích

CHƯƠNG 7

PHƯƠNG PHÁP PHÂN

TÍCH THỂ TÍCH

Người soạn: Lâm Hoa Hùng

1

NỘI DUNG CHÍNH

1. Cơ sở về PP Phân tích thể tích (PTTT)

¾ Một số khái niệm mở đầu

¾ Đường chuẩn độ và cách thức thành lập

¾ Chất chỉ thị và các dạng chất chỉ thị

2. Các cách thức chuẩn độ và cách tính kết quả

3. Sai số hệ thống trong PP PTTT

¾ Sai số do hằng số cân bằng, sai số thiết bị, dụng cụ.

¾ Sai số chỉ thị

4. Các phản ứng chuẩn độ thông dụng

2

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

PP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH

Định lượng cấu tử X dựa trên phép đo thể tích

0

1

0

PƯ giữa X và C được thực hiện bằng

cách nhỏ C từ từ vào DD X

2

0

3

0

Burette

(C)

4

0

Sự định phân hay phép chuẩn độ

5

0

Thời điểm C tác

dụng vừa hết với

X

Điểm tương đương (ĐTĐ)

Thể tích C tại ĐTĐ là V_tđ

Tính được C_Xnếu biết V_X

Erlen

(X)

3

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

Giúp phát hiện

Điểm tương đương

Chất chỉ thị

được xác định dựa vào sự

đổi màu, xuất hiện tủa …

Tùy điều kiện

DD X cũng có thể trong buret

DD C được chứa trong erlen

Khi sử dụng chỉ thị

0

1

0

2

0

Dừng chuẩn độ theo sự

biến đổi chỉ thị

3

0

Burette

(C)

4

0

Phản ứng chuẩn độ

C + X ⇄ A + B

5

0

Điểm cuối (V_f)

Erlen

(X)

• V_f≡ V_tđ: Không có sai số chỉ thị

• V_f≠ V_tđ: Có sai số chỉ thị

4

ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

ĐỊNH NGHĨA

Đường chuẩn độ: biểu diễn sự biến đổi một đại lượng

nào đó trong quá trình chuẩn độ khi thêm thuốc thử vào

CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

• Trục tung : Biểu diễn đại lượng nồng độ hay logarit nồng độ

([C], [X], lgC, lgX, pC, pX, E, pH…)

• Trục hoành : Biểu diễn lượng chất chuẩn thêm vào

(ml, số đương lượng hay f)

• n_C: số (mili) đương lượng thuốc thử C đã

dùng tại thời điểm đang xét.

• n_X0: số(mili) đương lượng của X ban đầu.

n_C

f =

n_{X 0}

5

ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

Hai dạng đường chuẩn độ phổ biến

1) Dạng biểu diễn sự biến thiên của [X], [C], [A], [B]

theo lượng chất chuẩn thêm vào

[X]

[C]

[A]

V_td

V_C

V_td

V_C

V_td

V_C

6

ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

Hai dạng đường chuẩn độ phổ biến

2) Dạng biểu diễn biến thiên của lg[X], lg[C], pX = - lg[X]

hay pC = - log [C], pH, E theo lượng thuốc thử thêm vào

Log [C]

Log [X]

V_{C (ml)}

7

ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

MỤC ĐÍCH - CÔNG DỤNG

• Theo dõi sự biến đổi các chỉ tiêu lý hóa,

• Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau

• Giúp xác định điểm tương đương ⇒ lựa chọn chất chỉ thị

• xác định độ chính xác của quá trình chuẩn độ

CÁCH THÀNH LẬP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ

Tính theo trị số lý thuyết của C, V Vẽ từ trị số thực nghiệm

(PT đường chuẩn độ lý thuyết) trong quá trình chuẩn độ

(đường chuẩn độ thực

• Mô tả chính xác, đầy đủ QT chuẩn

độ mà không cần tiến hành TN.

nghiệm)

• Thu nhận từ việc tổ hợp hệ nhiều

PT liên quan thành một PT duy nhất

8

CHẤT CHỈ THỊ

ĐỊNH NGHĨA CHẤT CHỈ THỊ (Ind hay In)

là hợp chất hữu cơ hay vô cơ có cấu trúc thay đổi theo nồng

độ một cấu tử Z nào đó trong DD

Sự thay đổi cấu trúc của Ind

Dấu hiệu đặc trưng

• Biến đổi màu sắc DD

• Xuất hiện hay mất đi kết tủa

PHÂN LOẠI CHẤT CHỈ THỊ

Theo công dụng, cách sử dụng, bản chất hóa học

• Ind Oxh – Kh, ion, hấp phụ …

• Ind ngoại, Ind nội, chất tự chỉ thị

• Ind một màu, hai màu,

Chỉ thị thuận nghịch

Chỉ thị bất thuận nghịch

9

CHẤT CHỈ THỊ

ĐIỀU KIỆN CHỌN LỰA CHẤT CHỈ THỊ

Bền và nhạy Xác định điểm cuối với độ Phù hợp với

chính xác cao

bản chất của

các cấu tử

- Dạng IndZ và Ind có tính chất khác nhau rõ rệt

- Phản ứng từ Ind → IndZ hoặc ngược lại phải

nhanh

⇒ sự chuyển màu dung dịch nhanh.

- Sự biến đổi (màu) của Ind càng gần ĐTĐ càng

tốt

10

CHẤT CHỈ THỊ

CƠ CHẾ CHỈ THỊ

CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU

Chỉ thị thuận nghịch

Có sự biến đổi thuận nghịch giữa hai dạng

ind và Ind-Z

β_i

[Ind].[Z]

k_i=

Ind + Z

IndZ

[IndZ]

k_i

Trong DD, tồn tại đồng thời Ind và IndZ

DD sẽ từ màu dạng này sang màu dạng kia khi

[Ind]/[IndZ] từ một tỉ lệ này sang một tỉ lệ khác (ngược lại)

Mỗi chất chỉ thị thuận nghịch đều có khoảng chuyển màu.

11

CHẤT CHỈ THỊ

CƠ CHẾ CHỈ THỊ

CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU

CHỈ THỊ OXI HÓA KHỬ Ind(Oxh) + ne^-

Ind(kh)

Cơ cấu, màu sắc thay đổi theo khả năng cho nhận e^-

hay theo thế Oxh – Kh của môi trường

DD có màu dạng Oxh khi [Ind(ox)] / [Ind(kh)] ≥ 10

(và dạng Kh khi [Ind(ox)] / [Ind(kh)] ≤ 1/10)

0,059

0

Khoảng chuyển màu ở pH xác định là

E_cm= E_i±

n

Chuẩn độ với E tăng dần: E_f

Dừng CĐộ tại một trong hai

đầu mút của khoảng chuyển

màu (tùy vị trí C, X)

E

Khoảng chuyển màu

E_f: Chuẩn độ với E giảm dần

12

CHẤT CHỈ THỊ

CƠ CHẾ CHỈ THỊ

CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU

CHỈ THỊ AXIT - BAZ

Là acid hay baz hữu cơ yếu và có sự thay đổi cấu trúc

ion hay phân tử khi pH thay đổi

Thay đổi màu sắc theo pH DD

CB chỉ thị: HInd

Ind + H⁺

• DD có màu dạng trội Ind khi tỷ số [Ind]/[HInd] ≥ 10

• DD có màu dạng trội HInd khi tỷ số [Ind]/[HInd] ≤ 1/10

Khoảng chuyển màu của dd là

∆ pH_ch/m= pk_i± 1

13

CHẤT CHỈ THỊ

CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU

CHỈ THỊ AXIT - BAZ

pH dừng Cđộ là 1 trong 2 đầu mút của khoảng chuyển màu.

Thực tế, thường dừng ở pH có sự biến đổi màu rõ rệt

nhất, gọi là pT (chỉ số chuẩn độ của chất chỉ thị).

Chuẩn độ với pH tăng dần: pH_f=pk_i+1

pT ≈ pk_icủa chỉ thị

pT

pH

Khoảng chuyển màu

pH_f= pk_i– 1: Chuẩn độ với pH giảm dần

• Thêm vào chỉ thị một chất tạo màu nền trơ

• Sử dụng 2 chỉ thị có 2 pk_igần nhau

Dễ quan sát thay

đổi màu sắc

14

CHẤT CHỈ THỊ

CƠ CHẾ CHỈ THỊ

CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU

CHỈ THỊ TẠO PHỨC

Là chất hữu cơ có khả năng tạo phức với ion kim loại

có màu khác với màu chỉ thị tự do

Thay đổi màu sắc theo nồng độ ion kim loại

Ind + Mⁿ⁺

Mindⁿ⁺

1 [Mind]

⇒ [M ⁿ⁺] = ×

β_i[Ind]

[Ind]

⇒ pM ⁿ⁺= lg β_i+ lg

[MInd]

[Mind]

β =

[Ind][M ⁿ⁺]

• DD có màu dạng trội Ind khi tỷ số [Ind]/[MInd] ≥ 3 (5)

• DD có màu dạng trội MInd khi tỷ số [Ind]/[HInd] ≤ 1/3 (1/5)

∆ pMⁿ⁺

= lgβ_i± lg3

Khoảng chuyển màu của dd là

ch/m

15

CHẤT CHỈ THỊ

CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU

CHỈ THỊ TẠO PHỨC

pMⁿ⁺dừng Cđộ là 1 trong 2 đầu mút của khoảng chuyển màu.

Cđộ với pMⁿ⁺tăng dần: pM_f=lgβ_i+ lg3

pMⁿ⁺

Khoảng chuyển màu

pM_f=lgβ_i– lg3:Chuẩn độ với pH giảm dần

Đa số chỉ thị là acid yếu H_mInd nên:

H_mInd + Mⁿ⁺

MInd^(n−m)+ mH⁺

Phức chỉ bền ở một khoảng pH nhất định

chọn pH thích

hợp khi dùng chỉ

thị tạo phức

Dạng H_mInd (acid) có thể khác màu với dạng

Ind (baz) (màu chỉ thị thay đổi theo pH)

16

CHẤT CHỈ THỊ

CƠ CHẾ CHỈ THỊ

CHỈ THỊ BẤT THUẬN NGHỊCH

Giúp xác định điểm cuối QT chuẩn độ chỉ một lần duy nhất

Do sự biến đổi bất thuận nghịch của thành phần hóa

học, cấu tạo khi thực hiện PỨ chỉ thị

Các dạng chỉ thị bất thuận nghịch

Một số chất chỉ thị oxy

hóa khử bị phân hủy hóa

học trong PỨ Oxh - Kh

Các chất chỉ thị tạo tủa

T = [Ind][Mⁿ⁺]

n

Ind + Mⁿ⁺

MInd ↓,

MInd

Dừng chuẩn độ khi

metyl da cam, metyl đỏ,

congo đỏ…

pMⁿ⁺= lgT_MInd+ lg [Ind]_f

f

Điểm cuối được quyết định bởi

nồng độ tự do của chỉ thị

17

CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG

CHUẨN ĐỘ TRỰC TIẾP

Thuốc thử C được cho dần vào dd chứa X

Chỉ thị

điểm cuối chuẩn độ

C + X

A + B

Đlượng của X

C

X

Số Đlượng của C ≈ Sô

́

18

CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG

CHUẨN ĐỘ NGƯỢC

Cho lượng thừa thuốc thử C vào dd chứa X

Xác định lượng thừa C bằng dd chuẩn C₁

Chỉ thị

điểm cuối chuẩn độ

C + X → A + B

C + C₁→ D + E

C

X

C₁

Số ĐL X ≈ Số ĐL C - Số ĐL C₁

Dùng chuẩn độ ngược khi phản ứng giữa X và C:

Không có chỉ thị

thích hợp

Cần tiến hành ở các điều kiện đặc biệt

(nhiệt độ cao, thời gian tiếp xúc dài…)

19

CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG

CHUẨN ĐỘ THẾ

Cho thừa AC₁vào dd chứa X ⇒ lượng C₁= lượng X

Xác định lượng C₁bằng dd chuẩn C

điểm cuối chuẩn độ

Chỉ thị

X

AC₁

AC₁+ X → AX + C

C + C₁→ D + E

C₁

C

Số đL X ≈ Số đL C ≈ Số đL C₁

Dùng chuẩn độ thế khi

Lưu ý:

hợp chất AX phải bền

hơn AC₁

Không có chỉ thị

thích hợp cho X

không có thuốc

thử cho X

20

Bài giảng Hóa phân tích - Chương 7, Phần 1: Phương pháp phân tích thể tích - Lâm Hoa Hùng