Giáo trình Hóa phân tích đại cương (Nghề: Công nghệ thực phẩm - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng cộng đồng Đồng Tháp

Giáo trình Hóa phân tích đại cương này được tích hợp từ môn hóa đại cương và hóa phân tích giúp người học tiếp thu những kiến thức tối thiểu cần có về hóa phân tích, có cách nhìn khái quát về các loại liên kết hóa học, dung dịch chất điện ly, dung dịch keo, pH dung dịch,các phương pháp phân tích định tính và định lượng, đồng thời nắm bắt được những phản ứng đặc trưng và dấu hiệu nhận biết các cation, các anion, các phương pháp chuẩn độ (axit-bazơ, oxi hóa khử, kết tủa). Mời các bạn cùng tham khảo!

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP

GIÁO TRÌNH

(Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ ngày tháng năm 2017

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)

MÔN HỌC/ MÔ ĐUN: HÓA PHÂN TÍCH ĐẠI CƯƠNG

NGÀNH, NGHỀ: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Đồng Tháp, năm 2017

1

LỜI GIỚI THIỆU

Học xong môn học này, người học sẽ có khả năng:

- Về kiến thức: Học phần này được tích hợp từ môn hóa đại cương và hóa phân tích giúp người học tiếp thu những kiến thức tối thiểu cần có về hóa phân tích, có cách nhìn khái quát về các loại liên kết hóa học, dung dịch chất điện ly, dung dịch keo,

pH dung dịch,các phương pháp phân tích định tính và định lượng, đồng thời nắm bắt được những phản ứng đặc trưng và dấu hiệu nhận biết các cation, các anion, các phương pháp chuẩn độ (axit-bazơ, oxi hóa khử, kết tủa)

- Về kỹ năng: có năng lực tiến hành thí nghiệm, sử dụng và vận dụng thí nghiệm, tăng khả năng quan sát, mô tả, giải thích các hiện tượng xảy ra, góp phần rèn luyện phương pháp suy luận khoa học, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Việc tiếp cận được những trang thiết bị máy móc phục vụ công tác nghiên cứu khoa học và kỹ năng thực hành, bước đầu giúp hình thành và phát triển tư duy nghiên cứu, làm việc độc lập, có khả năng ứng dụng hóa học vào giải quyết các bài toán thực tế trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kinh tế, xã hội Có ý thức và trách nhiệm trong việc sử dụng hóa chất trong đời sống

+ Qua môn học vừa có lý thuyết, bài tập ứng dụng của môn học này sẽ giúp người học yêu thích vì nó là môn khoa học rất hữu dụng cho kiến thức chuyên ngành của các môn Phân tích chất lượng nước, môn Hóa học thực phẩm, môn Kiểm nghiệm,

 Phương pháp giảng dạy: Giảng + Seminar + Thảo luận + Bài tập nhóm +

Đồng Tháp, ngày 01 tháng 8 năm 2017

Tác giả

2

MỤC LỤC



BÀI 1: DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI 13

1.1 Thuyết điện li Dung dịch điện li 13

1.1.1 Thuyết điện li 13

1.1.2 Sự điện li 13

1.1.3 Phân loại các chất điện li 13

1.2 Hằng số điện li acid – baz 14

1.2.1 Hằng số điện li của acid K a 14

1.2.2 Hằng số điện li của baz K b 14

1.3 pH của dung dịch 15

1.3.1 Sự điện li của nước 15

1.3.2 pH của dung dịch 15

1.3.3 Dung dịch đệm pH 16

1.3.4 Chất chỉ thị màu pH (chất chỉ thị màu acid-baz) 16

1.4 Tính pH của các dung dịch acid, baz, muối 17

1.4.1 pH của dung dịch acid mạnh, baz mạnh 17

1.4.2 pH của dung dịch baz mạnh 18

1.4.3 pH của dung dịch acid yếu 18

1.4.4 pH của dung dịch baz yếu 19

1.4.5 pH của dung dịch muối 19

1.5 Cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan 20

1.5.1 Tích số tan 20

1.5.2 Mối quan hệ giữa tích số tan (T t ) và độ tan (S) 21

1.5.3 Điều kiện tạo thành kết tủa và hòa tan kết tủa 21

Câu hỏi ôn tập 22

BÀI 2: DUNG DỊCH VÀ NỒNG ĐỘ 23

2.1 Khái niệm về dung dịch 23

2.1.1 Các hệ phân tán và dung dịch 23

2.1.2 Trạng thái dung dịch 24

2.1.3 Chất tan và dung môi 24

2.1.4 Dung dịch loãng, đậm đặc, chưa bão hòa, quá bão hòa, độ tan 24

2.2 Các nồng độ của dung dịch 24

2.2.1 Nồng độ % khối lượng 24

2.2.2 Phân mol (X A , X B ) 24

2.2.3 Nồng độ molan (C m ) 24

2.2.4 Nồng độ mol (C M ) 24

2.2.5 Nồng độ đương lượng (C N ) 25

2.3 Dung dịch keo 25

2.3.1 Khái niệm và phân loại hệ keo 25

2.3.2 Tính chất của hệ keo 25

2.3.3 Phân loại hệ keo 25

2.3.4 Cấu tạo hạt keo 26

2.3.5 Phương pháp điều chế keo 26

2.3.6 Sự keo tụ 27

Câu hỏi ôn tập 28

Bài 3 : Đ I CƯ NG VỀ PH N T CH ĐỊNH LƯ NG 29

3.1 Đối tượng của phân tích định lượng 29

3.2 Các phương pháp phân tích định lượng 29

3

3.3 Nguy n t c chung của các phương pháp d ng trong phân tích định lượng 29

3.3.1 Lấy mẫu 29

3.3.2 Chuyển mẫu phân tích thành dung dịch 30

3.3.3 Chọn phương pháp phân tích 30

3.3.4 Chuyển chất cần phân tích thành dạng đo 31

3.3.5 Phương pháp đo 31

3.3.6 Tính toán và biểu diễn kết quả phân tích 31

3.4 Các công th c cần d ng trong phân tích định lượng 31

3.4.1 Khối lượng mol 31

3.4.2 Mol dương lượng (đương lượng gam) D 31

3.4.3 Nồng độ 32

3.4.4 Nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng 33

3.4.5 Nồng độ và hoạt độ 33

3.4.6 Cân bằng hóa học 33

Bài 4: PHƯ NG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID-BAZ 35

4.1 Cơ sở lý thuyết 35

4.2 Chất chỉ thị acid – bazơ 36

4.2.1 Khoảng đổi màu của chỉ thị 36

4.2.2 Chỉ số chuẩn độ pT 36

4.3 Các phương pháp chuẩn độ acid-bazơ 37

4.3.1 Chuẩn độ acid mạnh bằng độ bazơ mạnh 37

4.3.2 Chuẩn độ bazơ mạnh bằng acid mạnh 39

Bài 5: PHƯ NG PHÁP CHUẨN ĐỘ OXY H A – KHỬ 42

5.1 Cơ sở lý thuyết 42

5.1.1 Thế điện cực: 42

5.1.2 Cách cân bằng một phản ng oxy hóa khử theo phương pháp ion bằng electron 43

5.1.3 Hằng số cân bằng của các phản ng oxy hóa khử 44

5.2 Chất chỉ thị oxi hóa khử 45

5.3 Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử 46

5.3.1 Nội dung của phương pháp: 46

5.3.2 Đường định phân trong phương pháp oxy hóa – khử 47

Bài 6 : PHƯ NG PHÁP CHUẨN ĐỘ K T TỦA 52

6.1 Cơ sở lý thuyết 52

6.1.1 Tích số tan và độ tan của các chất ít tan trong H 2 O 52

6.1.2 Điều kiện xuất hiện kết tủa 53

6.2 Chuẩn độ kết tủa 53

6.2.1 Nguy n t c 53

6.2.2 Phương pháp định lượng bạc 54

PHẦN 2: THỰC HÀNH 59

Bài 1: CHẤT CHỈ THỊ MÀU-DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI 59

1.1 Mục đích 59

1.2 Phương tiện, vật tư, hóa chất 59

1.3 Thực hành 59

Thí nghiệm 1: Lập thang màu đo pH của dung dịch acid 59

Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng đệm của hệ đệm acid 59

Thí nghiệm 3: Xác định pH của dung dịch bằng chỉ thị 59

Thí nghiệm 4: Xác định hằng số điện li của dung dịch axit yếu 59

Thí nghiệm 5: Lập thang màu đo pH của dung dịch bazơ 59

Thí nghiệm 6: Khảo sát khả năng đệm của hệ đệm bazơ 59

Thí nghiệm 7: Xác định pH của dung dịch bằng chỉ thị 60

4

Thí nghiệm 8: Xác định hằng số điện li của dung dịch bazơ yếu 60

Bài 2: ĐIỀU CH HỆ KEO VÀ XÁC ĐỊNH NGƯỠNG KEO TỤ, T NH CHẤT CỦA HỆ KEO 61

2.1 Mục đích 61

2.2 Phương tiện, vật tư, hóa chất 61

2.3 Thực hành 61

Thí nghiệm 1: Điều chế sol AgI bằng phản ng trao đổi 61

Thí nghiệm 2: Chế tạo keo Fe(OH) 3 bằng phương pháp thuỷ phân 61

Thí nghiệm 3: Xác định ngưỡng keo tụ chính xác 62

Bài 3: C N BẰNG H A HỌC TRONG DUNG DỊCH 63

3.1 Dụng cụ và hóa chất 65

3.2 Cơ sở phương pháp 65

3.3 Thực hành 651

3.3.1 Xác định tỉ lệ chiều cao của dung dịch chuẩn với dung dịch cần đo để tính hằng số cân bằng nồng độ K c 651

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến cân bằng 65

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến cân bằng 66

Bài 4: PHA CH CÁC DUNG DỊCH Error! Bookmark not defined.3 4.1 Dụng cụ và hóa chất 653

4.2 Cơ sở phương pháp 653

4.2.1 Pha dung dịch từ chất r n sang dung dịch 653

4.2.2 Pha dung dịch từ dung dịch có nồng độ cao sang dung dịch có nồng độ thấp hơn 653

4.3 Thí nghiệm pha chế một số dung dịch 654

4.3.1 Pha dung dịch NaCl 0,1 N 654

4.3.2 Pha dung dịch K 2 Cr 2 O 7 0,1N 654

4.3.3 Pha 10ml dung dịch HCl 2N 664

Bài 5 : PHA CH VÀ CHUẨN ĐỘ DUNG DỊCH NaOH 676

5.1 Dụng cụ và hóa chất 676

5.2 Nguy n t c: 676

5.3 Thực hành: 676

5.3.1 Pha dung dịch gốc acid oxalic 0,1N 676

5.3.2 Pha 100 ml dung dịch NaOH 0,1 N 676

5.3.3 Xác định lại nồng độ dung dịch NaOH 677

5.3.4 Kết quả : 687

5.3.5 Câu hỏi: 688

Bài 6: CHUẨN ĐỘ DUNG DỊCH K 2 Cr 2 O 7 BẰNG DUNG DỊCH KMnO 4 0,1N 63

6.1 Mục ti u: 69

6.2 Nội dung bài 69

6.2.1 Dụng cụ và hóa chất 69

6.2.2 Nguy n t c: 69

6.2.3 Thực hành 69

6.2.4 Kết quả 69

6 2.5 Câu hỏi và bài tập 70

Bài 7 : ĐỊNH PH N DUNG DỊCH NaCl BẰNG DUNG DỊCH AgNO 3 0,1 N 71

7.1.Mục ti u : 71

7.2 Nội dung bài 71

7.2.1 Dụng cụ và hóa chất 71

7.2.2 Nguy n t c 71

7.2.3 Thực hành: 71

5

7.2.4 Kết quả 71 7.2.5 Câu hỏi và bài tập 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.

6

CHƯ NG TRÌNH MÔN HỌC

T n môn học: Hóa phân tích đại cương

Mã môn học: CCB201

Thời gian thực hiện môn học: 48 giờ; (Lý thuyết:12 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo

luận, bài tập: 34 giờ; Kiểm tra 2 giờ)

Học xong môn học này người học sẽ có khả năng:

- Về kiến thức: Học phần này được tích hợp từ môn hóa đại cương và hóa phân tích giúp người học tiếp thu những kiến thức tối thiểu cần có về hóa phân tích, có cách nhìn khái quát về các loại liên kết hóa học, dung dịch chất điện ly, dung dịch keo, pH dung dịch,các phương pháp phân tích định tính và định lượng, đồng thời nắm bắt được những phản ứng đặc trưng và dấu hiệu nhận biết các cation, các anion, các phương pháp chuẩn độ (axit-bazơ, oxi hóa khử, kết tủa)

- Về kỹ năng: có năng lực tiến hành thí nghiệm, sử dụng và vận dụng thí nghiệm, tăng khả năng quan sát, mô tả, giải thích các hiện tượng xảy ra, góp phần rèn luyện phương pháp suy luận khoa học, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Việc tiếp cận được những trang thiết bị máy móc phục vụ công tác nghiên cứu khoa học và kỹ năng thực hành, bước đầu giúp hình thành và phát triển tư duy nghiên cứu, làm việc độc lập, có khả năng ứng dụng hóa học vào giải quyết các bài toán thực tế trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kinh tế, xã hội Có ý thức và trách nhiệm trong việc sử dụng hóa chất trong đời sống

+ Qua môn học vừa có lý thuyết, bài tập ứng dụng của môn học này sẽ giúp người học yêu thích vì nó là môn khoa học rất hữu dụng cho kiến thức chuyên ngành của các môn Phân tích chất lượng nước, môn Hóa học thực phẩm, kiểm nghiệm

III Nội dung môn học:

Môn học được chia làm 2 phần: phần 1 lý thuyết và bài tập, phần 2 thực hành

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

1

Bài 1: Dung dịch các chất điện li

1 Thuyết điện li Dung dịch điện li

2 Hằng số điện li acid – bazơ

7

3 Dung dịch keo

3

Bài 3: Đại cương về phân tích định lượng

1 Đối tượng của phân tích định lượng

2 Phân loại các phương pháp phân tích định

Bài 4: Phương pháp chuẩn độ acid-bazơ

1.Cơ sở lý thuyết về phương pháp chuẩn độ

số

Lý thuyết

Thực hành

Kiểm tra

1 Bài 1: Chất chỉ thị màu-dung dịch các chất điện

3 Bài 3: Pha chế các dung dịch 4 4

4 Bài 4: Pha chế và chuẩn độ dung dịch HCl 4 4

5 Bài 5 : Pha chế và chuẩn độ dung dịch NaOH 4 4

6 Bài 6: Chuẩn độ dung dịch K2Cr2O7 bằng dung

8

1 Mục tiêu:Giúp tìm hiểu về các dung dịch điện li, pH của dung dịch, dung dịch đệm,

chất chỉ thị màu và cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan

2 Nội dung bài

1.1 Thuyết điện li Dung dịch điện li

1.1.1 Thuyết điện li

1.1.2 Sự điện li

1.1.2.1 Định nghĩa

1.1.2.2 Độ điện li ()

1.1.3 Phân loại các chất điện li

1.2 Hằng số điện li acid – bazơ

1.2.1 Hằng số điện li của acid Ka

1.2.2 Hằng số điện li của bazơ Kb

1.3 pH của dung dịch

1.3.1 Sự điện li của nước

1.3.2 pH của dung dịch

1.3.3 Dung dịch đệm pH

1.3.4 Chất chỉ thị màu pH (chất chỉ thị màu acid-bazơ)

1.4 Tính pH của các dung dịch acid, bazơ, muối

1.4.1 pH của dung dịch acid mạnh, bazơ mạnh

1.4.2 pH của dung dịch bazơ mạnh

1.4.3 pH của dung dịch acid yếu

1.4.4 pH của dung dịch baz yếu

1.4.5 pH của dung dịch muối

Bài tập

1 Mục tiêu: Giúp tìm hiểu các vấn đề liên quan đến dung dịch như: trạng thái dung

dịch, dung dịch keo, thành phần của dung dịch

2 Nội dung bài

2.1 Khái niệm về dung dịch

2.1.1 Các hệ phân tán và dung dịch

2.1.2 Trạng thái dung dịch

2.1.3 Chất tan và dung môi

2.1.4 Dung dịch loãng, đậm đặc, chưa bão hòa, quá bão hòa, độ tan

2.3.3 Phân loại hệ keo

2.3.4 Cấu tạo hạt keo

2.3.5 Phương pháp điều chế keo

2.3.6 Sự keo tụ

Bài tập

9

Kiểm tra

1.Mục tiêu: nắm bắt về đối tượng và các phương pháp phân tích định lượng, các bước

tiến hành và những kiến thức toán học áp dụng trong phân tích định lượng

2 Nội dung bài

3.1 Đối tượng của phân tích định lượng

3.2 Phân loại các phương pháp phân tích định lượng

3.2.1 Các phương pháp hóa học

3.2.2 Các phương pháp vật lý và hóa lý

3.3 Nguyên tắc chung của các phương pháp dùng trong định lượng

3.4 Các công thức cần dùng trong phân tích định lượng

Bài tập

1TH)

1 Mục tiêu: dựa trên cơ sở lý thuyết về phản ứng acid-bazơ, nâng cao kiến thức và rèn

luyện tư duy cho SV thông qua phương pháp chuẩn độ acid-bazơ ứng với chất chỉ thị

để xác định điểm cuối chuẩn độ

2 Nội dung bài

4.1.Cơ sở lý thuyết về phương pháp chuẩn độ acid-bazơ

4.2.Chất chỉ thị acid-bazơ

4.2.1 Khoảng đ i màu của chất chỉ thị

4.2.2 Chỉ số chuẩn độ pT

4.3 Các phương pháp chuẩn độ acid-bazơ

4.3.1 Chuẩn độ acid mạnh bằng bazơ mạnh

4.3.2 Chuẩn độ bazơ mạnh bằng acid mạnh

Bài tập

1BT)

1 Mục tiêu: dựa trên cơ sở lý thuyết về cân bằng phản ứng oxi hóa khử, nguyên tắc về

phương pháp chuẩn độ để giúp SV thông thạo trong việc xây dựng đường định phân

2 Nội dung bài

5.1 Cơ sở lý thuyết

5.1.1 Thế điện cực

5.1.2 Cách cân bằng phản ứng oxy hóa khử theo phương pháp ion-electron

5.1.3 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử

5.2 Chất chỉ thị oxi hóa khử

5.3 Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử

5 3.1 Nội dung của phương pháp

5.3.2 Đường định phân trong phương pháp oxy hóa khử

1 Mục tiêu: dựa trên cơ sở lý thuyết và nguyên tắc về phương pháp chuẩn độ kết tủa

để xây dựng đường cong chuẩn độ

2 Nội dung bài

6.1.Cơ sở lý thuyết

6.1.1 Tích số tan và độ tan của các chất ít tan trong nước

1 Mục đích: Cung cấp cho học sinh kiến thức và khả năng xác định các loại dung dịch đệm, cách tính dung dịch đệm Cách nhận diện màu các chất chỉ thị

2 Nội dung bài

1.1 Phương tiện, vật tư, hóa chất

1.2 Thực hành

1.2.1.Thí nghiệm 1: Lập thang màu đo pH của dung dịch acid

1.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát khả năng đệm của hệ đệm acid

1.2.3 Thí nghiệm 3: Xác định pH của dung dịch bằng chỉ thị

1.2.4 Thí nghiệm 4: Xác định hằng số điện li của dung dịch axit yếu

1.2.5 Thí nghiệm 5: Lập thang màu đo pH của dung dịch bazơ

1.2.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát khả năng đệm của hệ đệm bazơ

1.2.7 Thí nghiệm 7: Xác định pH của dung dịch bằng chỉ thị

1.2.8 Thí nghiệm 8: Xác định hằng số điện li của dung dịch bazơ yếu

Bài 2: Điều chế hệ keo và xác định ngưỡng keo tụ, tính chất của hệ keo

Thời gian: 4 giờ (4TH)

1 Mục đích: Sinh viên biết cách điều chế hệ keo và xác định ngưỡng keo tụ, tính chất của hệ keo

2 Nội dung bài

2.1 Phương tiện, vật tư, hóa chất

2.2 Thực hành

2.2.1 Thí nghiệm 1: Điều chế sol AgI bằng phản ứng trao đ i

2.2.2 Thí nghiệm 2: Chế tạo keo Fe(OH)3 bằng phương pháp thuỷ phân

2.2.3 Thí nghiệm 3: Xác định ngưỡng keo tụ chính xác

1 Mục tiêu: Cung cấp cho học sinh nắm các phương pháp pha các nồng độ khác nhau của dung dịch

2 Nội dung bài

3.1 Dụng cụ và hóa chất

3.2 Cơ sở phương pháp

3.2.1 Pha dung dịch từ chất rắn sang dung dịch

3.2.2 Pha dung dịch từ dung dịch có nồng độ cao sang dung dịch có nồng độ thấp hơn

3.3 Thí nghiệm pha chế một số dung dịch

3.3.1 Pha dung dịch NaCl 0,1 N

3.3.2 Pha dung dịch K2Cr2O7 0,1N

3.3.3 Pha 10ml dung dịch HCl 2N

4.5 Câu hỏi và bài tập

1 Mục tiêu: Sinh viên biết cách pha dung dịch và nắm được phương pháp chuẩn độ axit - bazơ

2 Nội dung bài

5.1 Dụng cụ và hóa chất

5.2 Nguyên tắc

5.3 Thực hành

5.3.1 Pha dung dịch gốc acid oxalic 0,1N

5.3.2 Pha 100 ml dung dịch NaOH 0,1 N

5.3.3 Xác định lại nồng độ dung dịch NaOH

5.4 Kết quả

5.5 Câu hỏi và bài tập

Bài 6: Chuẩn độ dung dịch K 2 Cr 2 O 7 bằng dung dịch KMnO 4 0,1N Thời gian: 4

6.3.1 Pha 100ml dung dịch FeSO4 0,1N

6.3.2 Pha 100ml dung dịch KMnO4 0,1N

6.3.3 Chuẩn độ dung dịch K2Cr2O7 bằng dung dịch KMnO4 0,1N

6.4 Kết quả

6.4 Câu hỏi và bài tập

1 Mục tiêu: Học sinh biết cách pha dung dịch và nắm được phương pháp chuẩn độ kết tủa

2 Nội dung bài

7.1 Dụng cụ và hóa chất

7.2 Nguyên tắc

7.3 Thực hành

7.3.1 Pha 100ml dung dịch AgNO3 0,1N

7.3.2 Định lượng NaCl bằng phương pháp Mohr

7.4 Kết quả

7.5 Câu hỏi và bài tập

12

IV Điều kiện thực hiện môn học:

1 Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: phòng học, phòng thí nghiệm

2 Trang thiết bị máy móc: Dụng cụ, thiết bị dành cho giảng dạy, dùng trong các bài thực hành

3 Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:

- Giáo trình, bài giảng hóa đại cương

- Dụng cụ, thiết bị phục vụ học lí thuyết và thực hành

- Nguyên vật liệu để thực hiện các thí nghiệm

V Nội dung và phương pháp, đánh giá:

1 Nội dung:

- Về kiến thức: sinh viên cần đạt các yêu cầu sau:

+ Nắm rõ kiến thức của từng bài

+ Giải được các bài tập và các câu hỏi nâng cao có liên quan

- Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng của người học thông qua việc thảo luận, kiểm tra và

kỹ năng thực hành các thí nghiệm

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá trong qua trình học tập cần đạt các yêu cầu sau:

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Chuyên cần, tự giác học và làm bài tập có liên quan

+ Chủ động trong việc học, có tinh thần hợp tác và trách nhiệm trong việc học

2 Hướng dẫn một số về phương pháp giảng dạy, học tập môn học:

- Đối với giáo viên, giảng viên: Đây là môn học có tính khoa học và có liên quan đến đến thực tế đời sống nên giảng viên cần áp dụng các phương pháp dạy học tích cực nhằm gây được hứng thú cho sinh viên, làm cho sinh viên chủ động, tích cực tiếp thu kiến thức nhằm đạt được mục tiêu của môn học

- Đối với người học: Phần thảo luận, bài tập, thí nghiệm thực hành nhằm mục củng cố, ghi nhớ, giải thích các hiện tượng hóa học, giúp khắc sâu kiến thức đã học

3 Những trọng tâm chương trình cần chú ý: Các kiến thức có liên quan lẫn nhau, nên khi dạy và học bài mới thì cần có sự tự giác ôn lại và các câu hỏi kiểm tra mức độ nắm kiến thức của người học

4.Tài liệu cần tham khảo:

[1] Nguyễn Đức Chung (2009), Hóa đại cương, NXB Đại Học Quốc Gia, TP HCM [2] Ths Từ Anh Phong (2006), Sách hướng dẫn học tập Hóa đại cương, Hà Nội

[3 PGS.TSKH.Lê Thành Phước (2007), Hóa Phân Tích Lý Thuyết Và Thực Hành, NXB Y Học Hà Nội

[4] Nguyễn Trọng Thọ (1999), Hóa đại cương, NXB Giáo dục, TP HCM

13

BÀI 1: DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI

1.1 Thuyết điện li Dung dịch điện li

-Một định nghĩa t ng quát hơn đã được đưa ra bởi 2 nhà hóa học Jonhannes K.Bronsted và Thomas Lowry:

Độ điện li phụ thuộc vào bản chất chất tan, dung môi, nồng độ và nhiệt độ

Phân tử dung môi càng phân cực tác dụng ion hóa của nó càng lớn

Độ điện li một chất tăng khi nồng độ của nó trong dung dịch giảm và ngược lại

Ví dụ: Độ điện li của acid acetic thay đ i theo nồng độ CN như sau:

CN 0,1 0,01 0,001

Α 0,014 0,042 0,124 Người ta thường xác định độ điện li một dung dịch chât điện li (α) bằng cách đo

độ dẫn điện đương lượng (λ)

1.1.3 Phân loại các chất điện li

Căn cứ vào độ điện li, người ta phân chia (có tính tương đối) thành

Chất điện li mạnh là những chất khi hòa tan vào nước tất cả các phân tử của chúng phân li hoàn toàn thành ion

Các acid mạnh, các baz mạnh và đa số muối trung tính là chất điện li mạnh

Ví dụ: HNO3 H+ + NO3

KOH K++ OH

m-Ví dụ: CH3COOH CH3COO- + H+

NH3 + H2O NH4+ + OH

Chất không điện li ( = 0)

Ví dụ: đường, rượu, các khí tan không tác dụng với nước như O2, N2

Tuy nhiên trong thực tế khi xác định độ điện li (ví dụ bằng phương pháp đo độ dẫn điện) của dung dịch những chất điện li mạnh như HCl, NaOH, K2SO4, thì α thường < 1 (nó chỉ = 1 khi dung dịch được pha loãng vô cùng) Sở dĩ như vậy là vì ở những dung dịch có nồng độ cao xảy ra tương tác tĩnh điện giữa các ion hoặc sự tụ hợp giữa các ion với phân tử

1.2 Hằng số điện li acid – baz

1.2.1 Hằng số điện li của acid K a

Trong dung dịch của acid yếu HA tồn tại cân bằng động sau:

HA + H2O A- + H3O+   

HA

A O H

ở T = const (1.3)

Ka là hằng số điện li của acid trong nước, đặc trưng cho độ mạnh của acid

Ka càng cao thì acid càng mạnh

Ka phụ thuộc vào bản chất của acid và phụ thuộc vào nhiệt độ

1.2.2 Hằng số điện li của baz K b

Trong dung dịch của baz yếu B có cân bằng sau:

O H A K

Vậy với 1 cặp acid-baz liên hợp A/B (hay AH/A-) thì Ka.K b = [H3O+][OH-] = 10-14 (1.5) Trong 1 cặp acid baz liên hợp nếu baz càng yếu thì acid càng mạnh và ngược lại

15

Cần phân biệt giữa hằng số điện li K và độ điện li α K chỉ phụ thuộc vào bản chất dung môi và nhiệt độ, trong khi đó α còn phụ thuộc vào cả nồng độ Như vậy K đặc trưng cho khả năng điện li của một chất điện li yếu, còn α đặc trưng cho khả năng điện

li của một dung dịch điện li nói chung

* Giữa K của một chất điện li yếu và α có mối tương quan như sau

Nếu AB là chất điện li yếu có hằng số điện li K, trong dung dịch có cân bằng:

AB A+ + BGọi nồng độ ban đầu của AB là C, độ điện li của nó ở nồng độ này là α

-Sau khi cân bằng điện li được thiết lập có [A+] = [B-] = Cα và [AB = C-Cα Theo định nghĩa:

C

C C AB

B A

Đây là biểu thức toán học của định luật pha loãng (Ostwald)

Khi α << 1 (α < 0,1) có thể coi 1 - α ≈ 1, khi đó ta có biểu thức đơn giản hơn:

Ví dụ: Tính hằng số điện li của CH3COOH biết rằng dung dịch 0,1M có độ điện li bằng 0,0132

Ta có:   5

1 2

10.76,10132,01

100132,0

1.3.1 Sự điện li của nước

Có thể nói nước là dung môi lưỡng tính, nghĩa là khi acid tan vào nước thì nước đóng vai trò là baz

Như vậy trong nước: [H+] = [OH-] = 10-7 mol/l

Nồng độ ion H+ hay OH- có thể thay đ i trong dung dịch nước bất kì nhưng tích

số nồng độ của chúng luôn luôn bằng 10-14 M2

Tích nồng độ các ion, kí hiệu là Kn Ở 25oC : Kn = [H+][OH-] = 10-14 gọi là tích

số ion của nước

Ý nghĩa quan trọng của Kn là khi [H+ tăng thì [OH-] giảm và ngược lại Do đó: Đối với môi trường trung tính [H+] = [OH-]

Đối với dung dịch acid [H+] > [OH-]

Đối với dung dịch baz [H+] < [OH-]

1.3.2 pH của dung dịch

[H+] = [OH-] = 10-7 mol/l nên pH = 7 Trong môi trường acid [H+] > 10-7 mol/l nên pH <7

Trong môi trường kiềm [H+] < 10-7 mol/l nên pH > 7

Dãy các giá trị của pH từ 1 đến 14 được gọi là thang pH

1.3.3 Dung dịch đệm pH

Dung dịch đệm là những dung dịch không bị biến đ i đáng kể pH khi ta thêm vào

đó những lượng nhỏ acid mạnh hoặc baz mạnh hoặc pha loãng (không quá loãng)

Dung dịch đệm thường là dung dịch chứa hỗn hợp acid yếu và muối của nó với baz mạnh (CH3COOH + CH3COONa) hoặc baz yếu và muối của nó với acid mạnh (NH3 +

NH4Cl) Sở dĩ thế vì trong dung dịch có cân bằng giữa dạng acid và baz liên hợp

Dung dịch đệm có ý nghĩa rất lớn trong khoa học và đời sống Nhiều phản ứng hoá học chỉ xảy ra ở một giá trị pH xác định; máu người (và động vật) là một dung dịch đệm có pH khoảng 7,3 - 7,4, nhờ thiết lập cân bằng giữa ion hydrocarbonat và khí cacbonic có trong máu

HCO3- + H+ CO2 + H2O

1.3.4 Chất chỉ thị màu pH (chất chỉ thị màu acid-baz)

Chất chỉ thị màu pH là những chất bị biến đ i màu sắc của mình ở các giá trị pH khác nhau của môi trường (dung dịch) Chúng thường là các acid yếu hữu cơ có thể biểu diễn công thức t ng quát là Hind, trong dung dịch phân li như sau:

HInd H+ + Ind Dạng acid Dạng baz

-17

Bảng 1.1 Khoảng chuyển màu của một số chất chỉ thị

Màu dạng acid Màu dạng baz pH chuyển màu Phenolphtalein Không màu Hồng 8-10

Metyl da cam Da cam Vàng 3,1 – 4,5

Đại lượng đặc trưng đối với mỗi chất chỉ thị pH là khoảng chuyển màu của chất chỉ thị Đó là khoảng pH mà chất chỉ thị bắt đầu chuyển từ một màu này sang hoàn toàn một màu khác (từ màu dạng acid sang màu dạng baz)

Dạng acid và baz phải có màu sắc khác nhau Trong dung dịch, chất chỉ thị có màu nào tuỳ thuộc vào nồng độ dạng nào nhiều hơn Trên thực tế người ta thấy khi nồng độ của dạng acid gấp khoảng 10 dạng baz thì dung dịch có màu của dạng acid và ngược lại

Ví dụ: Với metyl đỏ thì ở pH < 4,4 có màu hồng (màu dạng acid)

ở 4,4 < pH < 6,2 màu hồng chuyển dần sang vàng

ở pH > 6,2 có màu vàng (màu dạng baz)

Sử dụng chất chỉ thị pH thích hợp có thể đánh giá sơ bộ pH của một dung dịch trong khoảng nào

Ví dụ:

- Nếu nhỏ phenolphtalein vào một dung dịch thấy xuất hiện màu hồng thì chứng

tỏ dung dịch có pH > 8

- Nếu nhỏ metyl đỏ vào một dung dịch thấy xuất hiện màu hồng thì dung dịch có

pH < 4,4 Nếu có màu vàng thì pH của dung dịch lớn hơn 6,2

Để xác định pH bằng các chất chỉ thị màu pH một cách chính xác hơn, người ta thường dùng dung dịch chỉ thị t ng hợp Đó là một dung dịch chứa nhiều chất chỉ thị

pH có các khoảng chuyển màu khác nhau và do đó nó sẽ có màu xác định tại một pH xác định Tương tự, người ta cũng dùng giấy đo pH Đó là giấy đã được tẩm chỉ thị

t ng hợp

1.4 Tính pH của các dung dịch acid, baz, muối

1.4.1 pH của dung dịch acid mạnh, baz mạnh

Xét dung dịch acid mạnh HA, nồng độ Ca, trong dung dịch tồn tại các cân bằng

HA + H2O A- + H3O+2H2O H3O+ + OH-Trong dung dịch tồn tại các ion: H3O+, OH-, A- Phương trình bảo toàn điện tích: [H3O+] = [OH-] + [A-]

Suy ra ta có hệ phương trình sau:

O H

a

O H

C O H

K O

H

OH C

OH A

O

H

K OH

3

3

2 2

Vì CHCl = 10-4 >> 10-7 M nên bỏ qua H+ do nước phân li  pH = -lg10-4 = 4

Ví dụ 2: Tìm pH của dung dịch HNO3 10-9 M ở 25°C

Vì 10-9 << 10-7 nên có thể bỏ qua nồng độ H+

do acid điện li    7

1.4.2 pH của dung dịch baz mạnh

Trong dung dịch tồn tại cân bằng

1.4.3 pH của dung dịch acid yếu

Trong dung dịch acid yếu phân li theo phương trình

A H

H K

a a

2

Giải phương trình bậc 2 này ta tính được [H+] rồi tính pH

( lg ) (3.12) 2

1 ) lg (

1.4.4 pH của dung dịch baz yếu

Trong dung dịch, baz yếu phân li theo phương trình

OH K

b b

2

Giải phương trình bậc hai này ta được [OH- và tính được [H+], pH

Trong trường hợp gần đúng xem Cb – [OH- ≈ Cb

Suy ra   2

1

).(K b C b

14 14

).(

1010

b

b C K OH

1 14 ) lg (

1.4.5 pH của dung dịch muối

Khi hòa tan muối vào nước, trừ các loại muối tạo bởi acid mạnh và baz mạnh phân li tạo môi trường pH = 7, các muối còn lại cho những pH khác nhau tùy vào bản chất của các ion tương tác với nước ta gọi đó là phản ứng thủy phân

Ví dụ: Tính pH của dung dịch NaCl 1M

Trong dung dịch NaCl phân li hoàn toàn thành ion

NaCl Na+ + ClCác ion Na+ và Cl- không ảnh hưởng gì đến nồng độ H+ và OH- của dung dịch, do

-đó lượng H+ và OH- trong dung dịch do cân bằng phân li của nước tạo ra không có gì thay đ i và có giá trị là 10-7 mol/l, nên pH dung dịch bằng 7

Các loại muối bị thủy phân

NH pK NH

pH của dung dịch này được tính theo công thức:

13 , 5 ) 1 , 0 lg 25 , 9 ( 2

1 ) lg (

Đối với muối tạo bởi acid yếu và baz yếu, pH không phụ thuộc vào nồng độ muối

mà chỉ phụ thuộc vàp pKa và pKb của acid và baz tạo ra muối đó

Khi bỏ một chất điện li ít tan như BaSO4, AgCl, BaCO3 vào nước, các chất này

sẽ phân li hoàn toàn thành các ion Các ion trên bề mặt tinh thể hút các phân tử nước phân cực và bắt đầu chuyển vào dung dịch dưới dạng ion hydrat Khi mức độ tích lũy gia tăng, các ion hydrat có thể va chạm với bề mặt tinh thể và bị hút bởi các ion trái dấu rồi bị mất nước và kết tủa

Trong dung dịch bão hòa của các chất này luôn luôn tồn tại cân bằng giữa trạng thái rắn và các ion hòa tan

Trường hợp chung chất điện li ít tan AmBn

AmBn mAn+ + nBm-

   n m m n AmBn A B

1.5.2 Mối quan hệ giữa tích số tan (T t ) và độ tan (S)

Tích số tan có mối liên hệ chặt chẽ với độ tan của chất điện li ít tan.Tuy nhiên cần phân biệt rõ tích số tan và độ tan Tích số tan là một hằng số cân bằng mô tả cân bằng hòa tan của một chất tan, do đó ở một nhiệt độ xác định, một chất tan cụ thể chỉ có một giá trị xác định của tích số tan Ngƣợc lại, độ tan là một vị trí cân bằng, nên ở một nhiệt độ xác định, tùy nồng độ các chất có mặt trong dung dịch có thể có giá trị độ tan khác nhau

Khi biết tích số tan của một chất ở nhiệt độ nào đó có thể tính đƣợc độ tan của chất (số mol chất tan trong 1 lít dung dịch bão hòa chất đó)

Ví dụ: Ở 25°C CuBr có độ tan là 2.10-4mol/l Tính Tt

CuBr (r) Cu+ + Br

S S

TCuBr = [Cu+][Br-] = s2 = (2.10-4)2 = 4.10-8 mol2/l2

1.5.3 Điều kiện tạo thành kết tủa và hòa tan kết tủa

Biết tích số tan có thể xác định đƣợc điều kiện để hòa tan hay kết tủa một chất:

* Điều kiện tạo thành kết tủa

Một chất sẽ kết tủa khi tích số nồng độ các ion của nó trong dung dịch lớn hơn tích số tan, và ngƣợc lại nó sẽ còn tan khi tích số nồng độ ion của nó chƣa đạt đến tích số tan

Ví dụ: Kết tủa PbI2 có tạo thành không khi trộn 2 thể tích bằng nhau dung dịch Pb(NO3)2 0,01M và KI 0,01M? Nếu pha loãng dung dịch KI 100 lần rồi trộn nhƣ trên

có kết tủa không? Biết T PbI2 = 1,1 10-9

Pb2+ + 2I- PbI2↓ Nồng độ các ion sau khi trộn:

[Pb2+] = [I-] = 5.10-3 mol/l [Pb2+] [I-]2 = 1,25 10-7 >

2

PbI

T

Vì vậy có kết tủa đƣợc tạo ra

Nồng độ KI sau khi pha loãng 100 lần là 10-4 mol/l

Nồng độ các ion sau khi pha trộn:

[Pb2+] = 5.10-3 mol/l; [I-] = 5.10-5 mol/l [Pb2+] [I-]2 = 1,25 10-11 <

2

PbI

T

Vì vậy không có kết tủa đƣợc tạo ra

* Điều kiện hòa tan kết tủa

Để hòa tan một chất điện li ít tan thì phải thêm vào dung dịch một chất nào đó có khả năng kết hợp với một trong các ion của chất điện li, làm cho tích số nồng độ của các ion nhỏ hơn tích số tan

Ví dụ: Hòa tan FeS bằng dung dịch HCl

FeS(r) Fe2+ + S2- (1) HCl H+ + Cl- (2)

S2- + H+ H2S (3)

Do (3) nên nồng độ S2- giảm xuống làm [Fe2+][S2-] < TFeS và làm cho cân bằng chuyển dịch sang chiều thuận tức chiều làm hòa tan FeS

22

Câu hỏi ôn tập

1 Viết phương trình điện li của các chất sau:

a) HNO3, HClO4, H2S, H3PO4

b) NaOH, NH4OH, Ba(OH)2

4 Tìm độ điện li acid HCN 0,05M, biết K = 7.10-10

5 Tìm nồng độ ion H+ trong dung dịch HNO2 0,1M Biết K = 5.10-4

6 Những đại lượng nào đặc trưng cho độ mạnh một acid, độ mạnh một baz

7 Mối liên hệ giữa hằng số acid và hằng số baz của một cặp acid- baz liên hợp?

8 Tích số ion của nước là gì?Chỉ số hydro của dung dịch là gì?

9 Tìm [H3O+] ở 25°C, biết [OH-] = 2.10-4M

10 Biết [H3O+ = 0,004M, tính pH của dung dịch

11 Tìm [OH-] trong dung dịch có pH = 10,8

12 Tìm pH và pOH của một dung dịch có [H3O+] = 2,5.10-2

13 Biết pKA (CH3COOH) = 4,73 Tính pKB(CH3COO-)

14 Tìm pH dung dịch acid HCl 10-4M

15 Tìm pH dung dich KOH 10-7M (25°C)

16 Tính tích số tan của BaSO4, biết độ tan của nó ở 20°C là 1,05.10-5M

17 Tìm độ tan của CaC2O4 biết rằng tích số tan của CaC2O4 = 2,57.10-9

23

BÀI 2: DUNG DỊCH VÀ NỒNG ĐỘ

2.1 Khái niệm về dung dịch

2.1.1 Các hệ phân tán và dung dịch

Dung dịch là các hệ phân tán nhưng không phải hệ phân tán nào cũng là dung

dịch Hệ phân tán là những hệ trong đó có ít nhất 1 chất phân bố (gọi là chất phân tán)

và 1 chất khác (gọi là môi trường phân tán) dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ bé

Tùy thuộc vào trạng thái tập hợp của hệ phân tán và môi trường phân tán mà ta

sẽ có các hệ phân tán sau :

Khí – Khí Khí – Lỏng Khí – Rắn

Lỏng – Khí Lỏng – Lỏng Lỏng – Rắn Rắn – Khí Rắn – Lỏng Rắn– Rắn

Tuy nhiên tùy theo kích thước của các hạt , người ta chia làm 3 loại hệ phân tán

* Hệ phân tán thô : Kích thước các hạt > 10–3cm , do đó ta có thể nhìn thấy các hạt bằng mắt thường hoặc bằng kính hiển vi quang học Tùy thuộc vào trạng thái của chất phân tán mà người ta phân biệt dạng huyền phù hay nhũ tương

- Dạng huyền phù thu được khi có sự phân bố hạt chất rắn trong chất lỏng

Ví dụ: Các hạt đất sét lơ lửng trong nước

- Dạng nhũ tương thu được khi có sự phân bố hạt chất lỏng trong chất lỏng

Ví dụ: Sữa là hệ nhũ tương điển hình gồm các hạt mỡ lơ lửng trong chất lỏng

- Các hệ phân tán thô không bền vì các hạt phân tán có kích thước quá lớn so với phân tử và ion nên dễ dàng lắng xuống

* Hệ phân tán cao (hệ keo ) : Các hạt phân tán có kích thước trong khoảng 10–

5

đến 10–7cm , do đó để quan sát được các hạt phải dùng kính siêu hiển vi có độ phóng đại lớn

Ví dụ: Gelatine, keo dán, sương mù, khói

Các hệ keo cũng không bền vì các hạt keo dễ liên hợp nhau thành hạt có kích thước lớn hơn và lắng xuống

* Dung dịch : Khi các hạt có kích thước ở phân tử hay ion nghĩa là < 10–7cm thì các hệ phân tán trở thành đồng thể và được gọi đơn giản là dung dịch

Kích thước vô cùng bé nhỏ của các hạt làm cho chúng phân bố đồng đều trong môi trường và dẫn đến sự đồng nhất về thành phần, cấu tạo và tính chất trong toàn bộ thể tích của hệ, cũng như làm cho hệ rất bền không bị phá hủy khi để yên theo thời gian Ví dụ: Hòa tan đường và muối ăn vào nước, các hạt đường phân tán dưới dạng phân tử, còn các hạt muối phân tán dưới dạng ion

Từ các khái niệm trên, ta có thể định nghĩa dung dịch như sau : Dung dịch là hệ đồng thể gồm hai hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đ i trong một giới hạn rộng”

Bảng 2.1 Tóm t t hệ phân tán theo kích thước tiểu phân

Trạng thái của dung môi

Khí Lỏng Rắn Rắn Khí Khí

Khí Lỏng Rắn Lỏng Lỏng Rắn

2.1.3 Chất tan và dung môi

Dung dịch là hệ đồng nhất gồm các chất phân tán vào nhau

Chất đóng vai trò môi trường phân tán gọi là dung môi Các chất còn lại đóng vai trò chất phân tán, gọi là chất tan

Với định nghĩa trên , ta thấy ranh giới phân biệt giữa chất tan và dung môi là không rõ rệt

2.1.4 Dung dịch loãng, đậm đặc, chưa bão hòa, quá bão hòa, độ tan

- Dung dịch loãng : là dung dịch chứa một lượng ít chất tan

- Dung dịch đậm đặc : là dung dịch chứa một lượng lớn chất tan

- Dung dịch chưa bão hòa : là dung dịch mà chất tan có thể tiếp tục tan thêm

- Dung dịch bão hòa : là dung dịch mà chất tan không thể tan thêm được nữa ở một nhiệt độ xác định

- Dung dịch quá bão hòa: dung dịch chứa một lượng chất tan vượt quá so với độ tan

- Độ tan : là lượng chất tan, tan được vào dung dịch để tạo ra 1 dung dịch bão hòa ở một nhiệt độ xác định

n C V

 (2.5)

25

Ví dụ: Khi trộn lẫn 1g etanol với 100g nước thu được dung dịch có thể tích là

101 ml Tính nồng độ mol, nồng độ %, nồng độ molan, phân mol của etanol trong dung dịch (C = 12; H = 1; O = 16)

100 1

1





0039,08

10046

1

461

Là số đương lượng gam của chất tan trong một lít dung dịch

Từ nồng độ mol ta có thể dễ dàng tính được nồng độ đương lượng theo biểu thức: CN = γ.CM (2.6)

γ: là số đương lượng gam ứng với 1 mol chất tan

Ví dụ: Với dung dịch 0,5M H2SO4, do 1 mol H2SO4 có chứa 2 đương lượng gam H2SO4 nên nồng độ đương lượng của dung dịch acid này là CN = 2.0,5 = 1N

2.3 Dung dịch keo

2.3.1 Khái niệm và phân loại hệ keo

- Người ta định nghĩa : các hạt có kích thước lớn hơn phân tử và ion nhưng không đủ lớn để có thể quan sát được bằng các loại kính hiển vi quang học được gọi là các hạt keo ( kích thước từ 10–5 – 10–7cm )

- Hạt keo có thể là chất vô cơ hay hữu cơ Hầu như tất cả các chất đều có thể tồn tại ở dạng keo

- Một hệ keo luôn bao gồm các hạt keo gọi là chất phân tán và 1 chất làm môi trường phân tán Môi trường phân tán quan trọng thường gặp là nước và không khí

2.3.2 Tính chất của hệ keo

- Các hệ keo có tính chất tương tự như dung dịch Các hạt keo không tách ra khỏi hệ như các hạt có kích thước lớn khác và có thể xuyên qua được giấy lọc Tuy nhiên tốc độ khuếch tán của các hệ keo trong hệ chậm hơn tốc độ khuếch tán của các hạt trong dung dịch như phân tử và ion

- Sự tán xạ ánh sáng cũng là 1 thuộc tính quan trọng của hệ keo Khi chiếu ánh sáng đi qua 1 hệ keo ta có thể quan sát đường đi của chùm sáng từ mặt bên thẳng góc với phương truyền của chùm sáng Đây là hiệu ứng Tyndall được dùng để phân biệt hệ keo với dung dịch

- Độ tăng nhiệt độ sôi , độ hạ nhiệt độ đông đặc , độ giảm áp suất hơi và áp suất thẩm thấu cũng phụ thuộc vào các hạt keo có trong hệ

- Do có kích thước nhỏ nên các hạt keo có tỉ lệ bề mặt lớn so với thể tích của hạt keo nên các hạt keo có khả năng hoạt động bề mặt lớn, chúng có khả năng hấp thụ các phân tử và ion có mặt trong hệ

2.3.3 Phân loại hệ keo

- Một phương pháp phân loại các hệ keo rất thường được sử dụng là dựa trên trạng thái vật lý của hạt keo và môi trường phân tán

Bảng 2.3 Các kiểu hệ phân tán

Pha bị phân tán Chất khí Chất lỏng Chất rắn

- Các tính chất cơ học của hạt keo phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng hạt keo

Ví dụ: Các hạt keo có dạng hình cầu sẽ có độ nhớt nhỏ hơn các hạt keo có dạng hình sợi

2.3.4 Cấu tạo hạt keo

Trung tâm của hạt keo có thể là tinh thể ion rất nhỏ, hoặc có thể là một nhóm phân tử, hoặc chỉ có thể là một phân tử kích thước lớn Chúng hấp thụ một lớp ion cùng điện tích từ môi trường, lớp ion này đến lượt nó lại hấp thụ một lớp ion có điện tích trái dấu bao quanh Kết quả dẫn đến các hạt keo phần bên ngoài đều có cùng điện tích Do có cùng điện tích nên các hạt keo sẽ đẩy nhau, không thể kết hợp lại được thành hạt có kích thước lớn tách ra khỏi hệ Chính lực đẩy tĩnh điện này làm cho hệ keo bền trong một khoảng thời gian dài

ion dương

ion âm

Hình 2.1 Cấu tạo hạt keo

2.3.5 Phương pháp điều chế keo

- Chúng ta có thể tạo ra 1 hệ keo bằng cách tạo ra các loại hạt có kích thước hạt keo và phân tán chúng vào môi trường Hạt có kích thước hạt keo có thể tạo thành bằng 2 phương pháp

* Phương pháp phân tán : Bằng cách phân chia các hạt có kích thước lớn thành hạt có kích thước hạt keo, ví dụ nghiền mịn bột màu

* Phương pháp cô đặc : Kết hợp các hạt có kích thước nhỏ với nhau thành các hạt

- Một hệ nhũ tương được điều chế bằng cách lắc chung 2 chất lỏng không có khả năng tan lẫn vào nhau Sự lắc mạnh làm vỡ chất lỏng thành các hạt nhỏ có kích thước hạt keo và phân tán chúng vào nhau Tuy nhiên các hạt chất lỏng của pha phân

27

tán thường có khuynh hướng tái hợp với nhau, hình thành giọt lớn hơn và sau đó tách thành 2 hợp chất lỏng riêng biệt Do đó để làm các hạt keo này bền vững phải sử dụng các chất nhũ hóa

Ví dụ: Sữa là 1 hệ nhũ bền của các hạt mỡ trong nước với chất nhũ hóa là casein Nước sốt là hệ nhũ của dầu trong giấm với chất nhũ hóa là lòng đỏ trứng Các vết dầu loang trong biển rất khó làm sạch do xảy ra sự tạo nhũ dầu và nước

- Các chất bẩn, dầu mỡ bám trên vải, sợi bị hút bởi mạch hidrocacbon của xà phòng hay bột giặt hình thành các hạt keo lơ lửng trong nước và do đó dễ dàng bị rửa sạch bởi nước

- Sự keo tụ dẫn đến sự hình thành các tam giác châu th ở cửa sông Khi gặp biển làm cho các hạt keo trong nước sông đông tụ hình thành các tam giác châu th Sự loại

bỏ mồ hóng khói là một ví dụ khác về sự keo tụ Khí từ nhà máy được dẫn qua một hệ tĩnh điện, các hạt bụi mồ hóng sẽ bị giữ lại do keo tụ, điều này giúp làm sạch không khí ở các thành phố công nghiệp nặng

28

Câu hỏi ôn tập

1 Định nghĩa các nồng độ: phần trăm ( ), mol (M), molan (m), đương lượng gam (N)

2 Thế nào là dung dịch bão hòa, chưa bão hòa và quá bão hòa? Dung dịch loãng có thể là bão hòa không? Dung dịch bão hòa có nhất thiết là dung dịch đậm đặc hay không?

3 Pha loãng 25ml dung dịch NiCl2 thành 0,5l Tính nồng độ mol của NiCl2 của ion

Ni2+, của Cl- trong dung dịch

4 Hòa tan 20 gam đường và 15 gam muối ăn vào 215g nước Tìm C từng chất

6 Hòa tan 25 gam chất tan vào 100 gam nước, dung dịch có khối lượng riêng d =

1,143g/ml Tìm C và V của dung dịch thu được

dịch mới

9 Hòa tan 25 gam CaCl2.6H2O trong 300ml H2O Dung dịch có d = 1,08g/ml Tìm C%, CM thu được

10 Xác định C% của dung dịch HNO3 12,2M (d = 1,35) và dung dịch HCl 8M (d= 1,23)

11 Hòa tan 40 gam SO3 vào 450 gam H2O Tìm C acid thu được

29

Bài 3 : Đ I CƯ NG VỀ PH N T CH ĐỊNH LƯ NG

Mục tiêu: nắm bắt về đối tượng và các phương pháp phân tích định lượng, các bước tiến hành và những kiến thức toán học áp dụng trong phân tích định lượng

3.1 Đối tượng của phân tích định lượng

Hóa phân tích thực chất là ngành phân tích đóng vai trò quan trọng trong khoa học, kỹ thuật, trong nghiên cứu khoa học; điều tra cơ bản để phát triển tiềm năng, khai thác tài nguyên khoáng sản; đánh giá chất lượng sản phẩm

Hóa phân tích là ngành khoa học chuyên nghiên cứu các phương pháp xác định thành phần định tính, định lượng và cả cấu trúc của các chất

Phương pháp phân tích định lượng cho biết thành phần định lượng của các chất trong mẫu phân tích

Do yêu cầu phát triển khoa học và cũng nhờ các tiến bộ nhanh chóng của các ngành khoa học như hóa học, vật lý, toán học - tin học, sinh học - môi trường, vũ trụ, hải dương học, địa chất, địa lý, điện tử đã làm cho các phương pháp phân tích định lượng trở nên rất phong phú, đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao thuộc các lĩnh vực sinh vật, vật liệu mới, môi trường mà mục đích cuối cùng của nó là đem lại lợi ích tối đa cho khoa học, đời sống và sự phát triển của con người

3.2 Các phương pháp phân tích định lượng

Ta có thể phân chia các phương pháp phân tích định lượng dựa trên quan niệm

có tính truyền thống như sau:

Phương pháp phân tích định lượng dựa trên phép đo các đặc tính hóa học và hóa lý hoặc vật lý của các chất hoặc của các phản ứng hóa học Trước kia, người ta áp dụng chủ yếu các phương pháp phân tích hóa học với các dụng cụ đơn giản trong các phòng thí nghiệm như buret, pipet, lò nung, tủ sấy cần phân tích Bên cạnh các phương pháp hóa học vẫn còn sử dụng rộng rãi, ngày nay các phương pháp phân tích dụng cụ với việc sử dụng các thiết bị phân tích hóa lý, vật lý hiện đại đã làm tăng khả năng của phép phân tích lên gấp bội Các phương pháp phân tích dụng cụ còn được sử dụng trong các qui trình tự động hóa sản xuất

Căn cứ vào khối lượng mẫu dùng để phân tích, người ta còn chia các phương phâp phân tích như sau: phương pháp phân tích lượng lớn, khi lượng mẫu dùng phân tích lớn hơn 0,1g Phương pháp phân tích bán vi lượng dùng mẫu từ 10 -100mg Phương pháp phân tích vi lượng dùng lượng mẫu từ 1 – 10mg, còn siêu vi lượng – cỡ microgam mẫu ( 1 g 106g)

3.3 Nguy n t c chung của các phương pháp d ng trong phân tích định lượng

Để phân tích định lượng một mẫu, cần thực hiện các bước sau:

3.3.1 Lấy mẫu

Như trên ta đã thấy, mẫu phan tích thường lấy rất ít so với đối tượng cần phân tích trong khi có kết quả phân tích cần phải phản ánh được thành phần trung bình của các chất có trong đối tượng đó Do đó, phân tích cần phải có thành phần trung bình của

cả đối tượng phân tích

Thực tế cho thấy sự phân bố các nguyên tố trong các chất thường không đồng đều Đối với các thanh kim loại , thành phần các nguyên tố trên bề mặt khác với bên trong mỗi thanh, ở đầu thanh khác với ở giữa thanh Kích thước càng lớn thì thành phần kim loại càng thay đ i Trong các mỏ quặng, thành phần các chất cũng thay đ i

từ vỉa quặng này sang vỉa quặng khác Thành phần các chất cũng thay đ i nhiều ở các

độ sâu khác nhau, ở kích thước các cục quặng khác nhau Ngay ở cùng ở một dòng sông, thành phần các chất cũng thay đ i tùy theo độ nông sâu, địa điểm và mùa Vì

30

vậy cần phải hiểu biết đầy đủ qui luật phân bố các chất trong các loại đối tượng khác nhau và từ đó đề ra phương pháp lấy mẫu theo yêu cầu của phép thống kê, sao cho mẫu lấy được có thành phần giống như đối tượng phân tích

Thường mẫu đầu tiên lấy từ đối tượng phân tích có khối lượng rất lớn (có thể là hàng trăm, hàng chục kg) Do đó cần phải có phương pháp gia công và phân chia mẫu thích hợp để được mẫu đại diện rút gọn dùng để phân tích Mẫu rút gọn cuối cùng có khối lượng thường từ vi gam đến vi chục gam Từ mẫu rút gọn ta tiến hành phân tích một số lần song song để lấy được kết quả trung bình

Cần chú ý, mẫu sau khi lấy cần được bảo quản sao cho thành phần của nó không bị thay đ i do bất kỳ nguyên nhân gì

3.3.2 Chuyển mẫu phân tích thành dung dịch

Một số phương pháp phân tích có thể xác định lượng các chất ngay từ mẫu rắn, như phương pháp phân tích ph phát xạ, ph rơn ghen còn thông thường các mẫu phân tích ở thể rắn cần được chuyển vào dung dịch Tùy theo bản chất của mẫu phân tích người ta có thể hòa tan chúng vào nước hoặc các dung môi là axit hay bazơ kiềm Trong trường hợp các mẫu phân tích không tan trong các dung môi trên, người

ta phải nung mẫu bằng chất chảy như Na2O2, Na2CO3, KHSO4, , sau đó tiếp tục hòa tan sản phẩm sau khi nung bằng dung môi thích hợp

3.3.3 Chọn phương pháp phân tích

Chọn phương pháp phân tích cần chú ý đến các yêu cầu sau:

3.3.3.1 Tính đúng đắn của phương pháp phân tích: tức là khả năng cho kết quả phân tích gần với giá trị thực của mẫu Tính đúng đắn của phép phân tích phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Thực tế phân tích, trong nhiều trường hợp không nhất thiết phải đạt được mức độ đúng đắn cao nhất mà cần đạt được mức độ đúng đắn hợp lý phù hợp với yêu cầu đánh giá đối tượng phân tích, đồng thời lại chiếu cố được tới các yêu cầu khác nhau như: giá thành của phép phân tích thời gian cần hoàn thành phép phân tích, tình hình trang bị của phòng thí nghiệm

3.3.3.2 Giới hạn xác định: Thuật ngữ này dùng để chỉ lượng chất nhỏ nhất có thể xác định được của phép phân tích Khái niệm này rất quan trọng trong các trường hợp phân tích vi lượng và siêu vi lượng ( phân tích lượng vết) Thường các phương pháp phân tích dụng cụ và nhất là bằng cách kết hợp một số phương pháp làm giàu với phương pháp xác định đã làm tăng độ nhạy của phép phân tích lên rất cao; thông thường có thể xác định được 10-5 – 10 -7 , đặc biệt có thể được cỡ 10-10 hay ít hơn nữa lượng chất cần phân tích có trong mẫu Các phương pháp phân tích hóa học thường có độ nhạy kém hơn so với các phương pháp phân tích dụng cụ

3.3.3.3 Độ chọn lọc: Trong mẫu phân tích, ngoài chất cần xác định, còn có thể

có nhiều chất khác, những chất này có thể gây cản trở cho phép xác định Vì vậy cần chọn phương pháp xác định sao cho có ít chất cản trở nhất, tức là phương pháp xác định sao cho có ít chất cản trở nhất, tức là phương pháp có độ chọn lọc cao nhất Trường hợp trong mẫu có chất cản trở đến phép xác định thì cần dùng phương pháp

“che” bằng cách tạo phức với chất cản trở Nếu không được, cần tách chất cản trở hoặc chất cần xác định ra khỏi nhau để tiến hnh phép phân tích được kết quả mong muốn

3.3.3.4 Tốc độ chọn lọc: Trong thực tế do yêu cầu của công việc, trong nhiều

trường hợp cần phải có phương pháp phân tích đủ nhanh Ví dụ, trong quá trình luyện gang, thép cần phải phân tích để biết được một cách nhanh chóng lượng của một số nguyên tố như C, Mn, Si để còn kịp điều chỉnh hàm lượng của chúng Điều đó cũng rất quan trọng đối với quá trình kiểm tra chất lượng háng hóa trong ngoại thương hoặc

3.3.4 Chuyển chất cần phân tích thành dạng đo

Tùy theo phương pháp phân tích được dùng, có thể đưa nguyên tố cần phân tích

về dạng hợp chất hoặc ion thích hợp, qua đó có thể xác định được chúng Ví dụ, để xác định Fe trong dung dịch ta có thể chuyển nó về Fe2+ rồi xác định nó bằng phương pháp chuẩn độ dùng chất oxi hóa như KMnO4, K2Cr2O7 hoặc đưa về Fe(OH)3, sau đó nung lên và xác định lượng Fequa lượng cân Fe2O3; hoặc người ta tạo với Fe3+ một phức màu đỏ Fe(CNS)3 nhờ đó xác định hàm lượng của Fe(CNS)3 bằng phép đo quang

Phương pháp phân tích dụng cụ là các phương pháp đo các tín hiệu điện, quang hoặc các tín hiệu khác liên quan đến thnh phần và cấu tạo của các chất cần xác định Phương pháp phân tích dụng cụ gồm có các phương pháp đo quang, các phương pháp điện, các phương pháp quang ph

3.3.6 Tính toán và biểu diễn kết quả phân tích

Sau kết quả đo, căn cứ vào mối quan hệ giữa tín hiệu đo được và nồng độ các chất, ta có thể tính được hàm lượng của chất cần phân tích trong mẫu Cần chú ý rằng các tín hiệu đo được, các phép tính được dùng để tính kết quả và phép biễu diễn kết quả cần tuân theo những yêu cầu của phương pháp thống kê

3.4 Các công th c cần d ng trong phân tích định lượng

3.4.1 Khối lượng mol

Khối lượng mol là khối lượng của 6,023.1023 phân tử, nguyên tử hay ion Khối lượng mol có trị số bằng khối lượng phân tử, nguyên tử hay ion và được biểu diễn bằng gam

Ví dụ: 1mol H2O = 18,01 gam

1mol Na2SO4 = 142,04 gam 1mol Na = 22,99 gam 1mol Cl - = 35,45 gam

Số mol (n) của một chất được tính bằng cách lấy số gam (m) chia cho khối lượng mol (M) của chất đó: n=



1 milimol = 10-3 mol Milimol có số trị bằng khối lượng mol và được biểu diễn bằng mg

Ví dụ, 1 milimol AgNO3 = 169, 87 mg

1 milimol đương lượng = 10-3 mol đương lượng

Milimol đương lượng có số trị bằng mol đương lượng và được biểu diễn bằng miligam Ví dụ 1 milimol NaCl =58,44mg

3.4.3 Nồng độ

Trong hóa phân tích, thường dùng các loại nồng độ

a) Nồng độ phần trăm: số gam chất tan có trong 100g dung dịch

C%=

C% - Nồng độ phần trăm; mt – số gam chất tan; md – số gam dung dịch

b) Nồng độ mol: số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch Nồng độ mol được ký

hiệu bằng M Ví dụ dung dịch HCL 0,1 M

c) Nồng độ đương lượng: số mol đương lượng chất tan có trong 1 lít dung dịch

Nồng độ đương lượng được ký hiệu bằng N Ví dụ, dung dịch Naoh 0,1 N

d) Phần triệu (p.p.m): một phần của một cấu tử trong một triệu phần của hỗn

33

Một lít nước khối lượng gần bằng 106 mg Do đó, thường có thể coi gần đúng khi có 1 mg của chất tan trong 1 lít nước  1p.p.m

e) Độ chuẩn (T) l số gam chất tan có trong 1 ml dung dịch Ví dụ, dung dịch

H2SO4 có độ chuẩn bằng 0,0049g/ml, có nghĩa 1 ml dung dịch H2SO4 này có 0,0049 g

có 0,002456g Cl- trong mẫu phân tích

3.4.4 Nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng

Đối với chất tan không điện ly và không tham gia phản ứng trong dung dịch thì nồng độ chất tan không đ i

Đối với chất tan, khi hòa tan vào nước bị phân lý, thì nồng độ của chất đó còn

và nồng độ của các ion tạo ra khi dung dịch ở trạng thái cân bằng gọi là nồng độ cân bằng Nồng độ ban đầu của chất tan bằng t ng nồng độ chất đó đã bị phân ly và nồng

độ cân bằng Nồng độ cân bằng thường được ký hiệu trong ngoặc vuông [ ]

Ví dụ:

- Trong dung dịch HCl, do HCl phân ly hoàn toàn

HCl = H+ + Cl – nên nồng độ cân bằng của HCl [ HCl ] = 0 và nồng độ ban đầu của HCl

CHCl =[ Cl- ] Trong dung dịch CH3COOH, do CH3COOH phân ly một phần :

CH3COOH CH3COO- + H+ nên nồng độ ban đầu của CH3COOH là:

CCH3COOH = [CH3COOH] + nồng độ CH3COOH đ bị phân ly

= [CH3COOH] + [CH3COO-]

3.4.5 Nồng độ và hoạt độ

Trong dung dịch các chất điện ly, do sự tương tác tĩnh điện của các ion lên nhau, đã làm ảnh hưởng đến tính chất hóa lý của dung dịch, như làm giảm độ linh động của các ion, do đó, nồng độ đo được không phản ánh đúng đắn nồng độ vốn có của nó trong dung dịch

Vì vậy, muốn các phương trình miêu tả trạng thái thiết lập dung dịch lý tưởng ( trong đó xem các phần tử hòa tan là những chất điểm tồn tại độc lập với nhau) áp dụng được cho các dung dịch thực; phải thay “nồng độ tính toán” bằng “nồng độ đo được” tức là hoạt độ của ion

Giữa hoạt độ và nồng độ có quan hệ như sau:

a = f.c ; a là họat độ, c là nồng độ, f là hệ số hoạt độ

Hệ số hoạt độ f được xem như là hệ số điều chỉnh giữa nồng độ thực và nồng độ biểu kiến của dung dịch Hệ số f phụ thuộc vào lực ion I trong dung dịch Lực ion trong dung dịch lại phụ thuộc vào điện tích Z và nồng độ C của ion I



 CiZi2

1I

3.4.6 Cân bằng hóa học

Giả sử trong dung dịch xảy ra phản ứng có dạng

aA + bB  cC + dD (1)

34

Đây là phản ứng thuận nghịch, sau một thời gian, phản ứng đạt cân bằng

Ví dụ, hằng số cân bằng của phản ứng (1) có dạng

b B a A

d D c C

a.a

a.a

a – hoạt độ của các chất ở trạng thái cân bằng của phản ứng

K – hằng số cân bằng của phản ứng K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất của

phản ứng

Công thức (2) chính là biểu thức toán học của định luật tác dụng khối lượng

Chú ý:

1 – Trong dung dịch loãng, để đơn giản có thể coi hoạt độ của các chất bằng nồng

độ của chất đó, khi đó công thức (2) có thể viết:

   

   a b

d c

B A

D C

K [ ] l nồng độ cân bằng của các chất – nồng độ mol/lít

2 – Khi các phản ứng xảy ra trong dung môi là nước thì nồng độ nước được coi là

hằng số, ngay cả khi có nước tham gia vào biểu thức tính hằng số K Đối với các chất

lỏng nguyên chất hoặc các chất rắn nguyên chất hoạt độ của chúng đều được coi bằng 1

Tùy theo đặc tính cân bằng mà hằng số cân bằng thường được biểu diễn dưới nhiều

dạng khác nhau Dưới đây là một số dạng hằng số cân bằng thường dùng

Ka





Đối với axit nhiều nấc, mỗi nấc ứng với một hằng số phân ly Ví dụ: với acid

H3A có:

H3A  H+ + H2A- ;   

H A

AHHK

HAHK

HA

AHK

BH K

BH K

2 3

b3

35

c) Người ta dùng hằng số không bền để biểu diễn quá trình phân ly của phức

chất Các phức chất đa phối tử phân ly từng nấc, nên cũng có hằng số phân ly từng nấc

tương ứng

MAn  MAn-1 + A ;   

1 n 1

kb

M A

A

M A K

Kkbn Quá trình ngược lại hay quá trình tạo phức được đặc trưng bằng các hằng số bền hoặc hằng số tạo phức

1 n

n bn



Chú ý rằng, Kbn = K-1kb1 và Kb1 = K-1kbn

Hằng số bền chung  đặc trưng cho quá trình tạo phức chung

KD là hằng số phân bố, cho biết khả năng chuyển A từ pha này sang pha khác

Mục tiêu: dựa trên cơ sở lý thuyết về phản ứng acid-bazơ, nâng cao kiến thức và rèn luyện tư duy cho SV thông qua phương pháp chuẩn độ acid-bazơ ứng với chất chỉ thị để xác định điểm cuối chuẩn độ

4.1 Cơ sở lý thuyết

- Chuẩn độ acid, bazơ dựa theo nguyên tắc cho nhận proton