Giáo trình Hóa phân tích - Bài 5: Phương pháp chuẩn độ Acid - Baz
Baøi 5
PHÖÔNG PHAÙP CHUAÅN ÑOÄ ACID-BAZ
I.
ÑAÏI CÖÔNG VEÀ ACID-BAZ
1. Ñònh nghóa
Coù nhieàu quan ñieåm khaùc nhau veà acid–baz, nhöng trong HPT, ñònh nghóa cuûa
Bronsted laø toång quaùt nhaát:
- Acid laø chaát coù khaû naêng cho H+.
- Baz laø chaát coù khaû naêng nhaän H+
Toång quaùt, acid HA coù caân baèng sau :
(1)
HA
H+ + A−
(2)
HA : cho H+
A− : nhaän H+
⇒
⇒
HA laø acid
A− laø baz
A− ñöôïc goïi laø baz lieân hôïp cuûa acid HA vaø caëp HA/A− ñöôïc goïi laø caëp acid-baz lieân
hôïp.
2. Ñaëc ñieåm
- Caû acid laãn baz ñeàu coù theå toàn taïi daïng phaân töû hay ion, ví duï :
CH3COOH
H+ + CH3COO−
H+ + NH3
+
NH4
HCO3
H+ + CO3
−
2−
- Moät acid coù theå cho nhieàu H+, goïi laø ña acid; töông töï, moät baz cuõng coù theå nhaän
nhieàu H+, goïi laø ña baz. Ví duï: H2CO3 (diacid), H3PO4 (triacid); Na2CO3 (dibaz).
- Moät chaát coù theå laø acid trong caân baèng naøy, nhöng laïi ñoùng vai moät baz trong caân
baèng khaùc. Caùc chaát nhö vaäy ñöôïc goïi laø chaát löôõng tính acid – baz. Ví duï:
−
H3PO4
H+ + H2PO4
−
2−
H2PO4
H+ + HPO4
2−
3−
HPO4
H+ + PO4
Trong caùc caân baèng treân H2PO4 , HPO42− laø caùc chaát löôõng tính acid – baz.
−
- Trong thöïc teá H+ khoâng hieän dieän trong dung dòch ôû traïng thaùi töï do. Noùi caùch khaùc,
HA seõ khoâng phaân ly ra H+, khoâng theå hieän tính acid neáu moâi tröôøng khoâng coù caáu töû
nhaän H+ ; töông töï, A− cuõng chæ theå hieän tính baz trong dung moâi cuï theå :
+
HA + S1
HS1 + A−
Trong HPT, dung moâi thoâng duïng nhaát laø nöôùc coù khaû naêng cho -nhaän H+ theo caân
baèng sau :
H2O + HA
H3O+ + A−
Do ñoù :
[H+] = [H3O+]
[H+] hay [H3O+] thöôøng khaù beù, ñeå tieän duïng ngöôøi ta duøng ñaïi löôïng
34
pH = − lg[H+] = − lg[H3O+] vaø pOH = − lg[OH−]
Quaù trình HA phaân ly H+ coù theå ñöôïc vieát ñôn giaûn hoùa söï coù maët cuûa dung moâi (HA
→ H+ + A– ), trong khi quaù trình nhaän H+ cuûa A– phaûi vieát ñaày ñuû söï hieän dieän cuûa
dung moâi (A– + H2O → HA + OH−)
3. Haèng soá phaân ly acid baz
3.1 Haèng soá phaân ly acid
Ñeå ñôn giaûn, xeùt caân baèng sau
HA
(1)
(2)
H+ + A−
HSCB K theo (1) ñöôïc kyù hieäu kHA , kacid hay ka ñöôïc goïi laø haèng soá phaân ly acid cuûa
HA vôùi:
[H + ][A− ]
kHA
=
[HA]
kHA caøng lôùn, tính acid cuûa HA caøng maïnh. Moät caùch gaàn ñuùng, coù theå xeáp loaïi acid
döïa vaøo giaù trò cuûa kHA nhö sau:
k
HA > 10 0 : acid maïnh
10−3 < kHA < 10 0 : acid trung bình
10−10 < kHA < 10−3 : acid yeáu
kHA < 10 −10 : acid raát yeáu
Ví duï : HCl, HNO3 (kHA > 100) laø caùc acid maïnh; CH3COOH coù kHA = 10−4,76 vaø HCN
coù kHA = 10−9,21 laø nhöõng acid yeáu; acid tricloacetic CCl3COOH (kHA = 10−0,7) laø acid
trung bình…
Vôùi ña acid HnA, ví duï diacid H2A:
[H+ ][HA− ]
H2A
HA−
H+ + HA− ka1 =
H+ + A2− ka2 =
[H2 A]
[H+ ][A2 ]
−
[HA− ]
Ñoái vôùi ña acid, ka1 coù gia trò lôùn nhaát; caùc kai coøn laïi coù giaù trò giaûm daàn theo söï taêng
cuûa i. Ñoä maïnh cuûa acid naác thöù i ñöôïc xeáp loaïi döïa vaøo kai töông öùng. Ví duï H3PO4
(ka1 = 10–2,12
10–12,38
⇒ ⇒
chöùc 1 laø acid trung bình ; ka2 = 10–7,21
chöùc 2 laø acid yeáu; ka3 =
chöùc 3 laø acid raát yeáu).
⇒
3.2 Haèng soá phaân ly baz
Trong nöôùc, A– theå hieän tính baz nhö sau:
(1)
(2)
A–
+ H2O
HA + OH−
35
HSCB K theo (1) ñöôïc kyù hieäu kA– , kbaz hay kb ñöôïc goïi laø haèng soá phaân ly baz cuûa
A– vôùi:
[HA][OH− ]
kA-
=
[H2 O][A− ]
kA– caøng lôùn, tính baz cuûa A– caøng maïnh. Töông töï acid, coù theå xeáp loaïi baz döïa vaøo
giaù trò cuûa kA– .
3.3 Haèng soá phaân ly vaø tích soá ion cuûa H2O
Nöôùc laø chaát ñieän ly neân coù söï phaân ly :
H2O + H2O
H2O
H3O+ + OH−
H+ + OH−
hay
[H+ ][OH− ]
[H2 O]
Haèng soá phaân ly k =
ÔÛ 22oC, k = 1,8.10−16
[H2O]
≈ CH2O do nöôùc phaân ly raát ít. Tính treân 1lít nöôùc = 1000g H2O
1000
1000
[H2O] =
⇒
[H+][OH−] = k.[H2O] = 1,8.10−16
×
= 10−14
18
18
[H+][OH−] ñöôïc goïi laø tích soá ion cuûa nöôùc, kyù hieäu kn.
p([H+][OH−])=
−
lg([H+][OH−]) =
− − −
lg[H+] lg[OH−] = lg10−14 = 14
töùc pH + pOH = 14
3.4 Moái lieân heä giöõa haèng soá phaân ly acid – baz lieân hôïp
[H3O+ ][A− ]
[HA]
[HA][OH− ]
[A− ]
kHA.kA- =
⋅
= [H3O+][OH−] = [H+][OH−] = 10−14
kHA caøng lôùn, acid HA caøng maïnh, baz A− lieân hôïp vôùi noù caøng yeáu vaø ngöôïc laïi.
4. pH cuûa dung dòch
4.1 pH dung dòch trung tính
[H+] = [OH−] = 10−7M
pH = pOH = 7
4.2 pH dung dòch acid
Dung dòch acid:
[H+] > [OH−] ⇒ [H+] > 10−7M ⇒ pH < 7
Dung dòch ñôn acid HA
Xeùt ñôn acid HA coù noàng ñoä CHA vaø haèng soá phaân ly acid kHA
Dung dòch ñôn acid maïnh
HA laø acid maïnh
[H+] = CHA
Ví duï : dd HCl 0,01M = 10−2M :
⇒
phaân ly hoaøn toaøn HA → H+ + A−
⇒
pH = − lgCHA
pH = − lgCHCl = − lg10−2
pH = 2
36
Tuy nhieân, neáu CHA quaù beù (10−7 − 10−8M) thì khoâng theå boû qua [H+] do nöôùc phaân ly.
Muoán tính pH phaûi giaûi PT baäc hai [H+]2 –CHA[H+] –10−14 = 0 ñöôïc thaønh laäp töø 2 caân
baèng :
HA → H+ + A−
H2O
vaø
H+ + OH−
Dung dòch ñôn acid trung bình
HA
H+
+
A−
Ban ñaàu
CHA
[HA]
Caân baèng
[H+]
≈
[A−]
[HA]p/ö
Neáu boû qua söï phaân ly cuûa H2O: [H+]
[A−]
≈
Vì laø acid trung bình neân : CHA = [HA] + [HA]p/ö ⇒ [HA] = CHA −[H+]
[H + ][A− ]
Thay caùc giaù trò treân vaøo kHA
[H+ ]2
=
[HA]
[H+]2 + kHA.[H+]
− kHA.CHA = 0
kHA
=
⇒
CHA −[H+ ]
Giaûi phöông trình baäc 2 treân, coù [H+] ⇒ pH = − lg[H+]
Dung dòch ñôn acid yeáu
HA
CHA
H+
+
A−
Ban ñaàu
Caân baèng
[HA]
[H+]
[A−]
Neáu boû qua söï phaân ly cuûa H2O: [H+]
≈
[A−]
≈ [HA]p/ö
ÔÛ caân baèng [HA]
≈
CHA (vì HA laø acid yeáu neân phaân ly raát ít)
[H + ][A− ]
Thay caùc giaù trò treân vaøo kHA
=
[HA]
[H+ ][A− ] [H+ ]2
kHA
=
=
⇒ [H+]2 = kHA.CHA
[HA]
CHA
[H+] = (kHA.CHA)1/2
pH = − lg[H+] = − lg[kHA.CHA]1/2
1
1
pH = − lgkHA
−
lgCHA
2
1
2
1
pH = pkHA
−
lgCHA
2
2
Dung dòch ña acid HnA
Neáu dung dòch ña acid coù
ka1
≥ 104 laàn, ta xem dung dòch ñoù töông ñöông dung
ka2
dòch ñôn acid HA coù kHA = k1 .
Ví duï 1: H2CO3 (ka1 =10–6,35 ; ka2 =10–10,32
ka1 =10–6,35 (acid yeáu).
⇒
) ñöôïc xem töông ñöông ñôn acid coù kHA =
Ví duï 2: H3PO4 (ka1 = 10–2,12 ; ka2 = 10–7,21 ; ka3 = 10–12,38
ñôn acid coù kHA = ka1 =10–2,12 (acid trung bình).
⇒
) ñöôïc xem töông ñöông
37
Tröôøng hôïp ña acid coù caùc chöùc khoâng khaùc bieät nhau veà ñoä maïnh moät caùch roõ reät,
tính pH raát phöùc taïp (thöôøng phaûi giaûi heä goàm raát nhieàu phöông trình ñeå coù pH).
4.3 pH dung dòch baz
Dung dòch baz:
[H+] < [OH−] ⇒ [H+] < 10−7 ⇒ pH > 7
Taát caû caùc coâng thöùc tính pH cho dung dòch acid aùp duïng ñöôïc cho dung dòch baz,
nhöng phaûi thay:
-
-
-
-
pH baèng pOH
[H+] baèng [OH−]
kacid baèng kbaz töông öùng
CHA baèng CA -
Cuõng coù theå aùp duïng tröïc tieáp caùc coâng thöùc tính pH cuûa baz sau khi bieán ñoåi döïa treân
caùc moái töông quan giöõa kHA vôùi kA - , [H+] vôùi [OH−] …
Dung dòch ñôn baz
Dung dòch ñôn baz maïnh
A− + H2O → HA + OH−
[HA] = [OH−] = CA- ⇒ pOH =
− − lgCA-
lg[OH−] =
hay
pH = 14 − pOH = 14 + lgCA-
Cuõng nhö acid, neáu CA- quaù beù thì [OH−] do nöôùc phaân ly ra seõ aûnh höôûng leân pH cuûa
dung dòch (giaûi PT baäc 2)
Dung dòch ñôn baz trung bình
[OH−]2 + kHA.[OH−]
−
−
kA-.CA- = 0
hay
CA-.[H+]2
−
10−14[H+]
kHA.10−14 = 0
Giaûi phöông trình baäc 2, coù [OH−] hoaëc [H+] ⇒ pH
Dung dòch ñôn baz yeáu
1
1
2
pOH = p kA-
−
lg CA-
2
1
1
hay
pH = 7 + pkHA
+
lgCA-
2
2
(HA: acid lieân hôïp cuûa baz A– )
Dung dòch ña baz An–
kb1
Neáu dung dòch ña baz coù
≥
104 laàn, ta xem dung dòch ñoù töông ñöông dung
kb2
dòch ñôn baz A– coù kA– = kb1
4.4 pH dung dòch muoái (hôïp chaát ion)
- Muoái taïo bôûi acid maïnh vaø baz maïnh nhö NaCl, KCl, KNO3, ... seõ phaân ly hoaøn
toaøn thaønh ion trung tính ñoái vôùi H+ vaø OH− neân pH cuûa dung dòch laø pH cuûa nöôùc ( =
7).
- Muoái taïo bôûi acid maïnh vaø baz yeáu (Ví duï NH4Cl, NH4NO3, ...) seõ laøm cho dung
dòch coù tính acid yeáu
tính pH gioáng nhö pH cuûa acid yeáu.
⇒
- Muoái taïo bôûi acid yeáu vaø baz maïnh (NaCH3COO, KCN, ...) seõ taïo cho dung dòch
coù tính baz yeáu
tính pH cuûa dung dòch gioáng nhö pH baz yeáu.
⇒
38
4.5 pH dung dòch ñeäm
Ñònh nghóa
Dung dòch ñeäm pH laø dung dòch coù pH thay ñoåi raát ít khi ta theâm vaøo dung dòch
moät löôïng nhoû acid hay baz maïnh. Dung dòch ñeäm pH thöôøng ñöôïc söû duïng nhaèm muïc
ñích giöõ cho pH cuûa dung dòch naøo ñoù khoâng ñoåi hoaëc thay ñoåi khoâng ñaùng keå.
Caáu taïo
Dung dòch ñeäm pH thöôøng ñöôïc taïo thaønh töø hoãn hôïp 2 daïng cuûa moät ñoâi acid-
baz , thöôøng laø :
- Hoãn hôïp acid yeáu vôùi muoái cuûa acid yeáu ñoù vôùi baz maïnh, ví duï (CH3COOH
+ CH3COONa) .
- Hoãn hôïp baz yeáu vôùi muoái cuûa baz yeáu ñoù vôùi acid maïnh, ví duï (NH4OH +
NH4Cl)
−
2−
- Hai chaát löôõng tính acid-baz, ví duï H2PO4 vaø HPO4
pH cuûa dung dòch ñeäm pH
Xeùt dung dòch ñeäm goàm acid yeáu HA (noàng ñoä Ca) vaø baz lieân hôïp A− ôû daïng muoái
MA (noàng ñoä Cb), thöôøng tan hoaøn toaøn trong nöôùc.
Khi ñoù, trong dung dòch coù caùc caân baèng
[H+ ][A− ]
[HA]
[HA]
[A− ]
HA
H+ + A− (1)
M+ + A− (2) [M+] = CMA = Cb
kHA
=
⇒
[H+] = kHA.
(*)
MA
→
A− + H2O
HA + OH−
Theo ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng :
CHA + CMA = Ca + Cb = [HA] + [A−]
[HA] = Ca + Cb
[A−] (**)
⇒
−
Theo ñònh luaät baûo toaøn ñieän tích :
[H+] + [M+] = [A−] + [OH−]
hay [H+] + Cb = [A−] + [OH−]
⇒
[A−] = Cb + [H+]
−
[OH−]
Thay [A−] = Cb + [H+]
[HA] = Ca + Cb
Thay [A−] vaø [HA] vaøo (*)
Ca
−
[OH−] vaøo (**) :
−
Cb −
−
[H+] + [OH−] = Ca [H+] + [OH−]
−
+
[H + ]
[H + ]
+
−
[OH − ]
[OH − ]
[H+] = kHA.
Cb
Giaûi phöông trình naøy, tính [H+] vaø
⇒
pH
Tuy nhieân, Ca vaø Cb thöôøng khaù lôùn so vôùi [H+] vaø [OH−]. Khi ñoù
Ca
Cb
Cb
Ca
[H+]
≈
kHA.
⇒ pH = pkHA + lg
Khaû naêng ñeäm cuûa dung dòch ñeäm laø lôùn nhaát khi noàng ñoä daïng baz vaø daïng acid baèng
nhau. Vaäy muoán pha moät dung dòch ñeäm neân choïn ñoâi acid baz coù pkHA gaàn baèng pH
ñeäm vaø pha chuùng theo cuøng soá mol.
39
II.
PHÖÔNG PHAÙP CHUAÅN ÑOÄ ACID-BAZ
1. Nguyeân taéc
Phaûn öùng chuaån ñoä caáu töû X daïng M(OH) baèng thuoác thöû C daïng HA (hoaëc ngöôïc
laïi) :
HA + M(OH) → MA + H2O
- Taïi ñieåm töông ñöông pH cuûa dung dòch quyeát ñònh bôûi muoái MA sinh ra ñöôïc goïi laø
pH töông ñöông.
- Ñieåm cuoái ñöôïc xaùc ñònh baèng chaát chæ thò maøu acid-baz (hay chaát chæ thò pH).
2. Ñöôøng chuaån ñoä
pH
pH
pHtñ
pHtñ
Vtñ
Vtñ
VOH-
VH+
Chuaån ñoä vôùi pH taêng daàn (Ñöôøng
chuaån ñoä ñi leân)
Chuaån ñoä vôùi pH giaûm daàn (Ñöôøng
chuaån ñoä ñi xuoáng)
- truïc tung : pH
- truïc hoaønh : theå tích thuoác thöû hay maãu (mL)
Khi OH – ñöôïc chöùa treân buret, ñöôøng chuaån ñoä coù pH taêng daàn (ñi leân) vaø ngöôïc laïi,
khi H+ ñöôïc chöùa treân buret, ñöôøng chuaån ñoä coù pH giaûm daàn daàn (ñi xuoáng).
- Ñieåm öùng pHtñ gaàn truøng vôùi ñieåm uoán cuûa ñöôøng cong.
- Khoaûng pH bieán thieân nhieàu goïi laø böôùc nhaûy. Ñoä daøi cuûa böôùc nhaûy phuï thuoäc ñoä
maïnh yeáu cuûa acid-baz söû duïng (caøng maïnh
söû duïng (caøng lôùn caøng daøi).
→ caøng daøi) vaø noàng ñoä cuûa cuûa acid-baz
→
3. Chaát chæ thò acid - baz
3.1 Caáu taïo
Chaát chæ thò pH laø hôïp chaát höõu cô coù caáu truùc phaân töû thay ñoåi theo noàng ñoä H+
cuûa dung dòch keùo theo söï thay ñoåi tính chaát, thöôøng bieåu thò qua maøu saéc.
3.2 Cô cheá cuûa chæ thò
Caân baèng chæ thò :
HInd
Ind + H+
[Ind][H + ]
[HInd]
[HInd]
ki =
⇒
[H+] = ki.
[Ind]
40
[Ind]
pH = pki + lg
[HInd]
Daïng troäi cuûa Ind hay HInd seõ taïo cho dung dòch coù maøu töông öùng. Trong thöïc
[Ind]
teá, maét chæ nhaän roõ söï chuyeån maøu khi tyû soá
ñaït moät giaù trò naøo ñoù, thöôøng
[HInd]
baèng 1/10 hay baèng 10. Khi ñoù pH chuyeån maøu cuûa dung dòch seõ laø :
pHch/m = pki
±
1
pki ñöôïc goïi laø chæ soá cöôøng ñoä cuûa chaát chæ thò. Ngoaøi ra, ngöôøi ta coøn goïi pT laø
chæ soá chuaån ñoä cuûa chaát chæ thò, töùc giaù trò pH maø ôû ñoù maøu bieán ñoåi roõ nhaát trong
vuøng chuyeån maøu. Thöôøng pT
öùng
≈ pki vaø ñaây laø trò soá giuùp ta xaùc ñònh luùc chaám döùt phaûn
3.3 Caùc chaát chæ thò acid – baz thoâng duïng
Trong soá caùc chaát chæ thò acid – baz ñaõ ñöôïc phaùt hieän, 5 chaát chæ thò döôùi ñaây
ñöôïc söû duïng khaù phoå bieán:
Teân chæ thò
Metyl da cam
Bromocresol luïc
Metyl ñoû
Khoaûng chuyeån maøu Maøu daïng acid
HInd
Maøu daïng
baz Ind
Vaøng
3,1 – 4,4
3,8 – 5,4
4,2 – 6,2
6,0 – 7,6
8,2 – 10
Hoàng cam
Vaøng
Xanh
Vaøng
Xanh
Tím
Ñoû
Bromothymol xanh
Phenolphtalein
Vaøng
khoâng maøu
Ghi chuù
Ñoâi khi ñeå nhaän maøu roõ hôn, ngöôøi ta duøng hoãn hôïp 2 chæ thò trong ñoù coù 1 chæ thò
taïo maøu neàn. Ví duï : Metyl ñoû (ñoû vaøng cam) : khoù nhaän , neáu duøng theâm metyl
xanh (xanh xanh) seõ chuyeån maøu töø tím luïc.
→
→
→
III. ÖÙNG DUÏNG
1. Chuaån ñoä acid maïnh baèng baz maïnh hay ngöôïc laïi
Khi chuaån ñoä acid maïnh baèng baz maïnh, (ví duï chuaån ñoä HCl baèng NaOH) :
- Phaûn öùng chuaån ñoä :
H+ + OH−
→ H2O
- Taïi ñieåm töông ñöông :
[OH−] = [H+]
⇒ pHtñ = 7
41
- Böôùc nhaûy cuûa ñöôøng chuaån ñoä khaù daøi: vôùi CHCl, CNaOH ~ 0,1N, böôùc nhaûy töø pH = 4
ñeán 10 coù theå choïn caùc chaát chæ thò pH coù söï chuyeån maøu trong khoaûng pH naøy
⇒
(Bromothymol xanh, Metyl ñoû, Bromocresol luïc). Cuõng coù theå söû duïng Phenolphtalein,
Metyl da cam laøm chæ thò, nhöng caàn löu yù raèng khi noàng ñoä HCl, NaOH << 0,1N, ñieåm
chuyeån maøu coù theå khoâng coøn naèm trong vuøng böôùc nhaûy.
2. Chuaån ñoä acid yeáu baèng baz maïnh
Khi chuaån ñoä acid yeáu HA baèng baz maïnh
NaOH) :
(ví duï chuaån ñoä CH3COOH baèng
- Phaûn öùng chuaån ñoä :
HA + NaOH
→ NaA + H2O
- Taïi ñieåm töông ñöông, pH cuûa dung dòch quyeát ñònh bôûi NaA laø moät baz yeáu coù
noàng ñoä CNaA neân pHtñ ñöôïc tính:
1
1
pHtñ = 7 + pKHA
+
lgCNaA
2
2
CNaA laø noàng ñoä NaA sinh ra,veà maët lyù thuyeát chính laø noàng ñoä acid ban ñaàu
hoaëc noàng ñoä baz ñaõ söû duïng, nhöng thöïc teá ñaõ bò giaûm xuoáng do theå tích dung dòch taïi
ñieåm cuoái ñaõ taêng leân.
- Böôùc nhaûy cuûa ñöôøng chuaån ñoä naèm trong vuøng baz neân choïn chæ thò coù
pHch/m > 7, thöôøng duøng phenolphtalein.
42
NaOH
3. Chuaån ñoä baz yeáu baèng acid maïnh
Chuaån ñoä baz yeáu A – baèng acid maïnh (ví duï chuaån ñoä NH4OH baèng HCl ):
- Phaûn öùng chuaån ñoä :
- Taïi ñieåm töông ñöông, pH cuûa dung dòch ñöôïc quyeát ñònh bôûi HA laø moät acid
A− + HCl HA + Cl−
→
1
1
yeáu neân pHtñ ñöôïc tính : pHtñ =
pKHA
−
lgCHA
2
2
- Böôùc nhaûy cuûa ñöôøng chuaån ñoä naèm trong vuøng acid neân choïn chæ thò coù pHch/m
< 7, thöôøng duøng metyl da cam, bromocresol luïc, metyl ñoû.
4. Chuaån ñoä moät ña acid baèng baz maïnh
Neáu ña acid coù ka1, ka2, .., kan khaùc khaù xa nhau (ꢀpK ≥ 4) vaø moãi ki khoâng quaù beù (>
10 – 10) thì coù theå chuaån ñoä lieân tieáp töøng chöùc vôùi chæ thò thích hôïp nhö khi chuaån ñoä
töøng ñôn acid. Ví duï, chuaån ñoä H3PO4 baèng NaOH :
43
H3PO4 + NaOH
NaH2PO4 + NaOH
Na2HPO4 + NaOH
→
NaH2PO4 + H2O ka1 = 10−2,12
Na2HPO4 + H2O ka2 = 10−7,21
pH
→
→
Na3PO4 + H2O ka3 = 10−12,38
pHtd 2
pH töông ñöông ñöôïc tính gaàn ñuùng nhö sau :
pHtñ1 = ½ (pka1 + pka2) = 4,66
pHtñ2 = ½ (pka2 + pka3) = 9,8
Coù theå xaùc ñònh 2 ñieåm cuoái baèng 2 chæ thò :
- V tñ1 : duøng Bromocresol luïc
- V tñ2 : duøng Phenol phtalein
Bromocresol
luïc
pHtd 1
Vtñ 2 = 2 Vtñ 1
Vtñ 2 laø theå tích OH- duøng ñeå chuaån ñoä 2 chöùc ñaàu
(khoâng chuaàn ñoä ñöôïc chöùc thöù ba do Na2HPO4 laø acid quaù
yeáu).
Vtd
Vtd
VNaOH, ml
Ñöôøng chuaån ñoä H3PO4 baèng
NaOH
Ghi chuù
Trong thöïc teá maãu H3PO4 coù theå bò nhieãm baån bôûi moät acid maïnh (ví duï HCl)
hoaëc moät acid yeáu (ví duï NaH2PO4). Moái töông quan giöõa Vtñ 2 vaø Vtñ1 trong caùc
tröôøng hôïp naøy seõ thay ñoåi:
-
Maãu H3PO4 bò nhieãm baån bôûi acid maïnh HCl: HCl seõ ñöôïc trung hoøa cuøng
moät luùc vôùi chöùc thöù nhaát cuûa H3PO4 (2Vtñ 1 > Vtñ2
)
-
Maãu H3PO4 bò nhieãm baån bôûi acid yeáu NaH2PO4 : NaH2PO4 seõ ñöôïc trung
hoøa cuøng moät luùc vôùi chöùc thöù hai cuûa H3PO4 (2Vtñ1 < Vtñ2 ).
Moái töông quan giöõa caùc theå tích Vtñ 2 vaø Vtñ1 ; theå tích dung dòch baz maïnh caàn duøng
ñeå chuaån ñoä töøng acid cho töøng tröôøng hôïp ñöôïc toùm taét trong baûng döôùi ñaây:
–
DD chöùa H3PO4 + HCl
DD chöùa H3PO4+ NaH2PO4
Vtñ 1
Vtñ 2
Vtñ 1
Vtñ 2
VNaOH (H3PO4) = 2Vtñ 2 - Vtñ 1
VNaOH (HCl) = Vtñ 2 - 2(Vtñ 2 - Vtñ 1)
)
VNaOH (H3PO4) = 2Vtñ1
NaOH (NaH2PO4) =Vtñ2 -2Vtñ1
V
= 2Vtñ1 - Vtñ 2
5. Chuaån ñoä moät ña baz baèng acid maïnh
Cuõng nhö ña acid, neáu ña baz coù kb1, kb2, ..., kbn khaùc khaù xa nhau (ꢀpk ≥ 4) vaø moãi
kbi khoâng quaù beù (> 10 –10 ) cuõng coù theå chuaån ñoä lieân tieáp töøng chöùc . Ví duï, chuaån ñoä
dung dòch Na2CO3 baèng HCl:
44
CO32- laø baz lieân hôïp cuûa diacid H2CO3
pH
ka1=10–6,35 ; ka2=10–10,32
⇒
⇒
kb1=10–3,68 ; kb2=10–7,65
104 laàn
CO3 ñöôïc chuaån ñoä
2-
kb1 / kb2
≈
pHtd 1
Phenolphtalein
töøng chöùc:
Na2CO3 + HCl
NaHCO3 + HCl
pHtñ1 = ½ (pka1 + pka2) = 8,33
→
→
NaHCO3 + NaCl
H2CO3 + NaCl
pHtd 2
Metyl da cam
pHtñ2
dòch)
≈ 4 (tuøy thuoäc noàng ñoä H2CO3 trong dung
Vtd
Vtd
VHCl, ml
Coù theå xaùc ñònh 2 ñieåm cuoái baèng 2 chæ thò:
- Vtñ1 : duøng Phenol phtalein
- Vtñ2 : duøng Metyl da cam
Vtñ2 = 2Vtñ1
Ñöôøng chuaån ñoä Na2CO3 baèng HCl
Vtñ 2 laø theå tích HCl duøng ñeå chuaån ñoä 2 chöùc.
Ghi chuù
Trong thöïc teá maãu Na2CO3 coù theå bò nhieãm baån bôûi moät baz maïnh (ví duï
NaOH) hoaëc moät baz yeáu (ví duï NaHCO3). Moái töông quan giöõa Vtñ 2 vaø Vtñ1 trong caùc
tröôøng hôïp naøy seõ thay ñoåi:
-
Maãu Na2CO3 bò nhieãm baån bôûi baz maïnh NaOH: NaOH seõ ñöôïc trung hoøa
cuøng moät luùc vôùi chöùc thöù nhaát cuûa Na2CO3 (2Vtñ 1 > Vtñ2
)
-
Maãu Na2CO3 bò nhieãm baån bôûi baz yeáu NaHCO3 : NaHCO3 seõ ñöôïc trung
hoøa cuøng moät luùc vôùi chöùc thöù hai cuûa Na2CO3 (2Vtñ1 < Vtñ2 ).
Moái töông quan giöõa caùc theå tích Vtñ 2 vaø Vtñ1 ; theå tích dung dòch acid maïnh caàn duøng
ñeå chuaån ñoä töøng ion cho töøng tröôøng hôïp ñöôïc toùm taét trong baûng döôùi ñaây:
–
DD chöùa (CO32– + OH–)
DD chöùa (CO3 2– + HCO3 )
Vtñ 1
Vtñ 1
Vtñ
Vtñ 2
2-
2-
VHCl (CO3 ) = 2Vtñ 2 - Vtñ 1
)
VHCl (CO3 ) = 2Vtñ1
VHCl (OH-) = Vtñ 2 - 2 (Vtñ 2 - Vtñ 1)
= 2Vtñ 1 - Vtñ 2
-
V
HCl (HCO3 ) =Vtñ 2 -2Vtñ1
45
6. Ñònh ñoä kieàm cuûa maãu nöôùc
Moät öùng duïng quan troïng cuûa quaù trình chuaån ñoä acid – baz trong thöïc teá laø xaùc
ñònh ñoä kieàm cuûa moät maãu nöôùc.
-
2 –
–
Moät maãu nöôùc ñöôïc goïi laø nöôùc kieàm khi chöùa ion OH , CO3
hoaëc HCO3
hoaëc hoãn hôïp 2 trong 3 ion : (CO3 + OH –) hoaëc (CO32 –+ HCO3 ).
2–
–
Khi duøng acid maïnh chuaån ñoä maãu nöôùc kieàm vôùi 2 chæ thò phenolphtalein vaø
metyl da cam, döïa vaøo moái töông quan giöõa caùc theå tích Vtñ1 vaø Vtñ2 xaùc ñònh ñöôïc coù
theå keát luaän söï hieän dieän cuûa caùc ion kieàm vaø haøm löôïng cuûa chuùng trong dung dòch.
Moái töông quan giöõa Vtñ 1
vaø Vtñ2
Ion kieàm hieän dieän
OH –
Theå tích dung dòch acid duøng ñeå
chuaån ñoä
Vtñ1 (Vtñ2)
Vtñ2
Vtñ 1
Vtñ 1
Vtñ 1
≈
Vtñ2
–
≈
0; Vtñ2
≠
0
0
HCO3
2 –
≠
0; Vtñ2
≠
CO3
Vtñ1 (Ñ=M/1)
Vtñ2 = 2Vtñ1
Vtñ 1 0; Vtñ2
2Vtñ1 > Vtñ2
Vtñ2 (Ñ=M/2)
2–
2-
≠
≠
0
0
CO3 + OH –
VHCl (CO3 ) = 2Vtñ 2 - Vtñ 1
VHCl (OH-) = = 2Vtñ 1 - Vtñ 2
–
2-
Vtñ 1
≠
0; Vtñ2
≠
CO32 –+ HCO3
VHCl (CO3 ) = 2Vtñ1
-
2Vtñ1 < Vtñ2
V
HCl (HCO3 ) =Vtñ 2 -2Vtñ1
Theå tích Vtñ1 (öùng vôùi chæ thò phenolphtalein chuyeån maøu) coøn ñöôïc goïi laø VP;
theå tích Vtñ2 (öùng vôùi chæ thò metyl da cam chuyeån maøu) coøn ñöôïc goïi laø VM caùc ñoä
⇒
kieàm töông öùng ñöôïc tính töø caùc theå tích treân ñöôïc goïi laø ñoä kieàm p vaø ñoä kieàm m. Ñôn
vò cuûa ñoä kieàm coù theå laø g/l tính theo daïng muoái cuûa Na, hoaëc laø mg CaCO3 / l theo qui
öôùc quoác teá.
BAØI TAÄP
1.
Tính pH cuûa caùc DD sau ñaây:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
DD CH3COOH 5.10 – 3 M - Cho k(CH3COOH) = 10 – 4,76
DD NH4OH 2.10 – 3 M - Cho k(NH4OH) = 10 – 4,76
DD KCN
4.10 – 2 M - Cho k(HCN) = 10– 9,21
DD NH4Cl 6.10 – 3 M - Cho k(NH4OH) = 10 – 4,76
Hoãn hôïp CH3COOH 2,5.10 – 2 M vaø CH3COONa7,5.10 – 2
M
Hoãn hôïp ôû caâu e) sau khi theâm 10–2 mol HCl vaøo 1 lít dung dòch.
Hoãn hôïp ôû caâu e) sau khi theâm 10–2 mol NaOH vaøo 1 lít dung dòch.
g)
h)
Hoãn hôïp NH3 2,0.10 – 2 M vaø NH4Cl 10 – 2
M
2.
15,00 ml dung dòch HNO3 0,0200 M ñöôïc chuaån ñoä baèng dd KOH 0,0100M.
a)
b)
c)
d)
Tính pH cuûa dung dòch ôû ñieåm töông ñöông ?
Tính theå tích dung dòch KOH ñaõ duøng ñeå ñaït ñieåm töông ñöông?
Tính pH cuûa dung dòch khi ñaõ theâm vaøo 10,00 ml dung dòch KOH?
Tính pH cuûa dung dòch khi ñaõ theâm vaøo 35,00 ml dung dòch KOH?
46
3.
4.
Sau khi hoøa tan 5,000 g maãu boät mì trong nöôùc, ngöôøi ta xaùc ñònh ñoä chua cuûa noù
baèng caùch chuaån ñoä vôùi DD NaOH 0,200N. Neáu theå tích DD NaOH 0,200N caàn duøng
laø 0,95 ml, tính ñoä chua cuûa maãu boät mì theo ñôn vò laø soá ml dd NaOH 0,100 N caàn
duøng ñeå chuaån ñoä 100 g maãu ?
Ñònh noàng ñoä cuûa moät dung dòch NaOH , laáy 10,00 ml dung dòch ññ pha loaõng thaønh
200 ml dd A ; Tieáp theo, laïi laáy 10,00 ml dd A pha thaønh 50,00 ml dd B vaø chuaån
ñoä 10,00 ml dd B baèng 12,5 ml dd HCl 0,0500 N. Tính noàng ñoä ñöông löôïng vaø noàng
ñoä khoái löôïng cuûa DD NaOH ñaäm ñaëc ban ñaàu theo keát quaû ghi nhaän ñöôïc, giaû söû
maãu NaOH hoaøn toaøn khoâng bò carbonat hoùa.
5.
6.
Phaûi caân bao nhieâu gam DD KOH coù d =1,41 g /ml ( 40% KL/KL) ñem chuaån ñoä
baèng DD HCl 0,2N, neáu muoán khoáng cheá löôïng acid HCl caàn duøng xaáp xæ 20 ml?
Ñeå chuaån ñoä laïi 1 DD HNO3 coù T = 1,40 g/ ml ( lyù thuyeát) vöøa pha, ngöôøi ta laáy 50,00
ml DD noùi treân pha loaõng thaønh 1000 ml DD loaõng. Laáy 20,00 ml DD KOH coù ñoä
chuaån chính xaùc T (KOH / H2SO4 ) = 0,04904 g/ml vaøo erlen, ngöôøi ta phaûi söû duïng
26,88 ml DD HNO3 loaõng vöøa pha ñeå trung hoaø hoaøn toaøn KOH . Tính % HNO3 coù
trong dung dòch acid ban ñaàu ?
7.
8.
Chuaån ñoä 25,00 ml moät dung dòch X chöùa H3PO4 vaø NaH2PO4 baèng dung dòch NaOH
0,0500 M. Löôïng NaOH ñaõ duøng ñeå chuaån ñoä dung dòch X baèng chæ thò Bromocresol
luïc laø 20,00 ml vaø sau khi theâm chæ thò phenol phtalein , phaûi duøng 28,00 ml NaOH
nöõa. Haõy xaùc ñònh noàng ñoä mol cuaû caùc chaát trong dung dòch X.
Moät maãu NaOH caân naëng 0,9184 g ñöôïc pha loaõng thaønh 250ml dung dòch, ñem
chuaån ñoä baèng dung dòch HCl 0,1042 N. Bieát raèng:
- Neáu duøng chæ thò phenol phtalein
- Neáu duøng chæ thò metyl da cam
V(HCl) = 20,70 ml
V(HCl) = 21,48 ml
Xaùc ñònh haøm löôïng caùc thaønh phaàn trong maãu NaOH, bieát theå tích maãu ñem chuaån
ñoä laø 25,00 ml.
9.
Saùu dung dòch sau ñaây chöùa 1 hay 2 trong soá caùc chaát NaOH, NaHCO3,Na2CO3. Bieát
raèng 100 ml dd maãu ñaõ ñöôïc chuaån ñoä baèng dd HCl 0,100 N vôùi 2 chaát chæ thò laø
phenol phtalein vaø metyl da cam. Theå tích dd acid caàn ñeå chuaån ñoä ñeán khi chæ thò
laàn löôït ñoåi maøu (phenol phtalein ñoåi maøu tröôùc ) laø :
a) 27,30 ml vaø 30,70 ml
c) 4,60 ml vaø 12,20 ml
e) 15,10 ml vaø 30,20 ml
b) 0,0 ml vaø 18,10 ml
d) 27,10 ml vaø 27,10 ml
f) 15,60 ml vaø 48,10 ml
Xaùc ñònh caùc chaát hieän dieän trong töøng dd vaø noàng ñoä khoái löôïng cuûa caùc chaát ñoù.
47
14 trang
28/04/2022
7720
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Hóa phân tích - Bài 5: Phương pháp chuẩn độ Acid - Baz", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_hoa_phan_tich_bai_5_phuong_phap_chuan_do_acid_baz.pdf
