Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Vận dụng lí thuyết chuẩn độ axit – bazơ trong giảng dạy Hóa học ở trường chuyên và phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia, Quốc tế

Nhưng các công trình trên mới chỉ tập trung đi sâu vào tính toán cân bằng ion trong dung dịch, mà chưa đề cập đến nội dung phân tích định lượng hóa học, mà trọng tâm là phân tích thể tíc

II TÁC GIẢ SÁNG KIẾN: ĐOÀN THỊ KIM DUNG

- Khi giải các bài tập liên quan đến chuẩn độ axit bazơ phải sử dụng các công thức tính toán rất phức tạp của chương trình Đại học:

Chương II: CHUẨN ĐỘ CÁC AXIT MẠNH VÀ BAZƠ MẠNH

II.1.1 Chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh

Xét phép chuẩn độ Vo ml axit mạnh HY nồng độ Co mol/l (thường cần phải xác định) bằng dung dịch bazơ mạnh XOH đã biết nồng độ C mol/l Cho biết thể tích bazơ XOH đã dùng khi chuẩn độ là V ml

CV

Việc xây dựng đường chuẩn độ cho phép chọn hợp lí chất chỉ thị và đánh giá sai số chuẩn độ

Để tính chính xác giá trị pH tại mọi thời điểm, xuất phát từ ĐKP

h = [H+] = [OH-]

-o

o o V V

V C V V

CV





 0

CV

=

])]

[ ] ([

[

])]

[ ] ([

C C

OH H

C C

XOH

C

C C



 (II.3)

với : C’XOH là nồng độ XOH dư

C’HY là nồng độ HY còn dư

CHY là tổng nồng độ HY tại điểm cuối chuẩn độ

Thay C’XOH = [OH-] –[H+] = KW/h –h và CHY =

o o o

o o

C C

CC V

V

V C

C

C 

(II.4)

II.1.2.Chuẩn độ bazơ mạnh bằng axit mạnh

Xét phép chuẩn độ Vo ml bazơ mạnh XOH nồng độ Co mol/l bằng dung dịch axit mạnh HY C mol/l Thể tích axit HY đã dùng khi chuẩn độ là V ml

CV

=

])]

[ ] ([

[

])]

[ ] ([

C C

OH H

C C

C

C 

(II.6)

Chương III: CHUẨN ĐỘ ĐƠN AXIT YẾU, ĐƠN BAZƠ YẾU

III.1.1 CHUẨN ĐỘ ĐƠN AXIT YẾU BẰNG BAZƠ MẠNH

Trong trường hợp tổng quát khi chuẩn độ Vo ml axit HA nồng độ Co mol/l có hằng

số phân li axit Ka bằng dung dịch bazơ mạnh NaOH C mol/l

* Phương trình phản ứng chuẩn độ:

HA + XOH → XA + H2O

C

0

0 0

V V

V C

t

[ ]

0

0 0

V V

V C

V V

V C

a K h

K

 Sau khi tổ hợp ta có:

P =

)]

( [

)]

( [

0

0

0 0

h

K h C C

h

K h h K

K C C

V C

CV

w

w a

C'

 hoặc q =

HA

XOH C

C'

(III.2) Trong đó: C’HA là nồng độ axit chưa bị chuẩn độ

C’XOH là nồng độ XOH dư so với lượng cần thiết để đạt được điểm tương đương

CHA là nồng độ axit HA tại điểm dừng chuẩn độ

Áp dụng điều kiện proton với mức không là thành phần tại điểm dừng chuẩn độ gồm:

A-, OH-(C’XOH), H2O ta có:

[H+] = [OH-] – C’XOH – [HA]

C’XOH = - ([H+] - [OH-] ) –[HA]

Trong đó

h K

h

a HA





 CHA=

o o o

o o

C C

CC V

V

V C





 Thay các đại lượng trên vào (III.2) và sau khi tổ hợp đơn giản ta có:

q = - (h - Kw/h)

h Ka

h CC

C C

Trong trường hợp tổng quát khi chuẩn độ Vo ml bazơ B* nồng độ Co mol/l bằng dung dịch axit mạnh HY C mol/l

* Trước khi chuẩn độ, dung dịch có phản ứng bazơ:

V V

V C

t 

[ ]

0

0 0

V V

V C

t  - h h h

* Phương trình đường chuẩn độ: được xây dựng từ phương trình bảo toàn proton: [H+] - [OH-] + [BH+] - [Y-] = 0

V V

V C

)]

( [

0

0

0 0

h

K h C C

h

K h h K

h C C

V C

CV

w

w a

C'

(III.5) Trong đó: C’HY là nồng độ dung dịch chuẩn HY cho dư so với nồng độ CHY TĐ cần để đạt đến điểm tương đương;

C’B- là nồng độ B- chưa bị chuẩn độ

CB

là nồng độ B- tại điểm cuối chuẩn độ

Áp dụng điều kiện proton cho hệ khi dư HY (quá chuẩn độ) với mức không là thành phần tại điểm dừng chuẩn độ gồm: HB, HY (C’HY), H2O ta có:

(III.7)

Trong đó

h K

K

a

a B





 C’B=

o o o

o o

C C

CC V

V

V C

K CC

C C h

Chương IV: CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP CÁC ĐƠN AXIT VÀ ĐƠN BAZƠ

IV.1.1 Hỗn hợp axit mạnh và đơn axit yếu

Giả sử chuẩn độ Vo ml dung dịch chứa axit mạnh HY Co1 mol/l và HA Co2 mol/l bằng dung dịch chuẩn bazơ mạnh XOH C mol/l Trong dung dịch có các quá trình:

HY → H+ + Y

HA H+ + A- Ka

IV.1.1.1 Trường hợp chuẩn độ riêng được axit mạnh (khi axit HA rất yếu, Ka rất bé)

pHTĐ1 chính là pH của dung dịch HA (đã kể đến sự pha loãng thể tích)

Phương trình sai số được thiết lập từ ĐKP với mức không là HY (C’), HA,

H2O là:

q1 = - (h - Kw/h)   

A o o o

o

C

C CC

C C



1 2

* Sai số chuẩn độ nấc 2:

q2 = - (h - Kw/h)

o o o o

o

o o

C C

C C

C C

C C C



2 1 2

2 1

2 1

IV.1.2 Chuẩn độ hỗn hợp hai đơn axit yếu

Giả sử chuẩn độ Vo ml hỗn hợp axit HA Co1 mol/l và axit HB Co2 M bằng dung dịch XOH C mol/l Trong dung dịch có các quá trình:

K

* Trường hợp chuẩn độ riêng axit HA

] [

HB K K

aA

aB

w (IV.3) với V1 là thể tích XOH cần để trung hòa HA tới ĐTĐ1

- Sai số chuẩn độ nấc 1:

q1 = - (h - Kw/h)    

B o

o HA o

o

C

C CC

C C





1 2

1

1 (IV.4)

* Khi chuẩn độ tổng lượng hai axit

- pH tại ĐTĐ là pH của dung dịch gồm hai đơn bazơ A- và B

- Sai số chuẩn độ:

q2 = - (h - Kw/h)

o o

o HA

o o o o

o

o o

C C

C C

C

C C

C C

C C C





2 1 2

2 1 1

2 1

2 1

Chương V: CHUẨN ĐỘ ĐA AXIT, ĐA BAZƠ

V.1.1 CHUẨN ĐỘ ĐA AXIT BẰNG BAZƠ MẠNH

Các quá trình xảy ra trong dung dịch đa axit HnA

Chuẩn độ Vo ml dung dịch H3A (Co mol/l, có các hằng số phân li axit Kai) bằng dung dịch bazơ mạnh (C mol/l), thể tích tiêu thụ là V ml

Xét trường hợp có khả năng chuẩn độ riêng được từng nấc

V.1.1.1 Tính pH tại các điểm tương đương(TĐ)

* Tại điểm tương đương 1 (TĐ1)

- Phương trình phản ứng chuẩn độ :

H3A + OH- → H2A- + H2O

- Phương trình tính [H+]1 =

] [

1

] [ 2 1 1

2 2

A H K Kw

a

a (V.1) Nếu Kw << Ka2.Co và 1 << Ka1-1.Co từ (V.1) ta có

[H+]1 = K a1K a2 hay pH1 =

2

2

1 pKa pKa 

1

] [ 2 1 2

2 3

HA K Kw

a

a (V.3) Nếu Kw << Ka3.C2ovà 1 << Ka2-1.C2o từ (V.3) ta có

[H+]2 = K a2K a3 hay pH2 =

2

3

2 pKa pKa 

Bằng cách thiết lập tương tự, chúng ta có phương trình tổng quát đường chuẩn độ

H3A (Co mol/l; pKai) bằng XOH (C mol/l) như sau:

Kw h C

C

V C CV

o

A HA

A H o

o o

3 2

i

)

V.1.1.3 Sai số chuẩn độ:

Tương tự như biểu thức tính sai số trong các phép chuẩn độ đơn axit, đơn bazơ:

-Tại điểm cuối chuẩn độ thứ nhất:

q1 =

 3 1  331

' '

A H

A H A

H

XOH

C

C C

C



 (V.6) C' XOH:lượng kiềm dư so với lượng cần thiết để đạt điểm tương đương thứ nhất

C H A

3

' :nồng độ H3A còn dư chưa bị chuẩn độ

Ở gần điểm tương đương có thể coi :

 

o o o

o o A

H

C C

CC V

V

V C C

3 (V.7) Với C H3A1: nồng độ H3A tại điểm cuối chuẩn độ 1;

V1: thể tích XOH dùng để trung hòa hết nấc 1 của axit H3A

Áp dụng điều kiện proton cho hệ tại điểm cuối chuẩn độ ta có phương trình sai số:

Kw h

3 3

XOH C

C

(V.9)

với  

o o o

o o A

H

C C

CC V

V

V C C

2 2

q2 =- ( 2 )

2

12

2

3 2

A o

o

CC

C C h

A H

XOH C

C

 (V.11) C H3A3: nồng độ H3A tại điểm cuối chuẩn độ 3;

C H3A3=

o o o

o o

C C

CC V

V

V C

3

HA o

o

CC

C C h

Kw

h  (V.12) V.1.2 CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP AXIT MẠNH VÀ ĐA AXIT

Giả sử chuẩn độ hỗn hợp gồm axit mạnh HY (Co1 M) và đa axit H3A (Co2 M, Ka1,

Ka2, Ka3) bằng bazơ mạnh XOH C M

Thường phải chuẩn độ axit mạnh và nấc thứ nhất của đa axit và sau đó chuẩn độ

tiếp nấc thứ hai của đa axit

pHT Đ2 là pH của dung dịch HA2-, H2O theo (V.3)

Sơ đồ chuẩn độ hỗn hợp axit mạnh HY và đa axit H3A

HY+ H3A

Từ sơ đồ ta thấy thể tích XOH để trung hòa một nấc của H3A là V = V2 – V1

thể tích XOH để trung hòa HY là V’ = V1 - V = 2V1 – V2

XOH C C

2 1

2 1

A H HA o o o o

o

o o

C C

C C

C C

C C C h

2(

2

3 2

3 2 1 2

2 1

2 1

A H A

H A o o o o

o

o o

C C

C C

C C

C C C h

V.1.3 CHUẨN ĐỘ ĐA BAZƠ BẰNG AXIT MẠNH

Việc chuẩn độ các đa bazơ bằng axit mạnh diễn ra ngược lại với quá trình chuẩn

độ đa axit bằng kiềm Khả năng chuẩn độ từng nấc cũng phụ thuộc tỉ số giữa các hằng số phân li kế tiếp của axit liên hợp

Giả sử chuẩn độ X3A (Co M) có các hằng số phân li của axit liên hợp H3A là

Ka1, Ka2, Ka3 bằng axit mạnh HY (C M)

Hoàn toàn tương tự như phép chuẩn độ đa axit, ta có

- Phương trình đường chuẩn độ

h

Kw h C

A H o

o

o

3 2



(V.16)

2 H A A

A H o

o

CC

C C h

Kw

h    (V.17)

2

12

2

2 3

Kw

h    (V.18) Trường hợp nếu chuẩn độ được nấc 3 thì phương trình sai số có dạng:

Kw h

2

3

13

3

 (V.19)

* Ưu nhược điểm của giải pháp cũ

- Ưu điểm: chỉ việc áp dụng công thức, tính toán nhanh

- Nhược điểm: áp dụng tính toán không hiểu bản chất các quá trình xảy ra trong dung

dịch Vả lại việc áp dụng các công thức này không phù hợp với trình độ của học sinh

cấp THPT

A Giải pháp mới cải tiến

Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit- bazơ trong giảng dạy hóa học ở

trường chuyên, phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế

MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Phản ứng hoá học xảy ra không kèm theo sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố - Đó là các phản ứng trao đổi, trong đó có phản ứng axít- bazơ

- Phản ứng xảy ra có kèm theo sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố, đó là phản ứng oxi hoá -khử

Phản ứng axít- bazơ và phản ứng oxi hoá -khử có vai trò to lớn, chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hoá học ở trường THPT, đặc biệt đối với các trường chuyên và luyện thi học sinh giỏi Quốc gia Trong thực tế giảng dạy ở các trường phổ thông nói chung và ở các trường chuyên - là trường có nhiệm vụ bồi dưỡng nhân tài- nói riêng, lý thuyết về phản ứng axít- bazơ và oxi hoá - khử được trình bày xuyên suốt trong giáo trình hoá học phổ thông từ lớp 9 đến lớp 12 dưới nhiều góc độ khác nhau, nhưng chủ yếu được trình bày trên cơ sở mô tả những hiện tượng bên ngoài, định tính, mà chưa đi sâu vào bản chất của phản ứng Xuất phát từ thực trạng dạy và học ở các lớp chuyên Hóa cũng như việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia môn hóa học cho thấy có một số khó khăn như:

- Đã có tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa [32], [33], [4], song nội dung kiến thức chưa đủ và còn có khoảng cách rất xa so với nội dung chương trình thi Olympic Quốc gia, đặc biệt là Olympic Quốc tế

- Thiếu tài liệu tham khảo, nội dung kiến thức còn nằm rải rác ở nhiều tài liệu khác nhau

- Trong các đề thi Olympic Quốc gia từ năm 1994 đến nay và trong một số đề thi Olympic Quốc tế, hóa học phân tích chiếm một vị trí khá quan trọng, trong đó nội dung thi thường được ra dưới dạng tổng hợp, kết hợp nhiều vấn đề về cân bằng ion trong dung dịch Thế nhưng trong các tài liệu giáo khoa chuyên, các bài tập được trình bày dưới dạng từng vấn đề riêng rẽ, cụ thể và đơn giản

Để rút ngắn khoảng cách giữa nội dung kiến thức được học ở các trường chuyên và nội dung thi Olympic Quốc gia, Quốc tế, cần thiết phải trang bị cho cả giáo viên và học sinh những kiến thức nâng cao ngang tầm chương trình đại học, nhưng vẫn đảm bảo mức độ hợp lý, phù hợp với trình độ học sinh phổ thông Trong những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu việc vận dụng lý thuyết hóa học phân tích [24], về phản ứng oxi hóa-khử [18], phản ứng axit-bazơ [20], phản ứng tạo thành hợp chất ít tan [23] trong giảng dạy học sinh trường chuyên và bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia Nhưng các công trình trên mới chỉ tập trung đi sâu vào tính toán cân bằng ion trong dung dịch, mà chưa đề cập đến nội dung phân tích định lượng hóa học, mà trọng tâm là phân tích thể tích – là một trong những nội dung có trong chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế Hiện nay nội dung chuẩn độ dung dịch bao gồm chuẩn độ axit-bazơ và chuẩn độ oxi hóa–khử bằng phương pháp pemanganat đã được đưa vào trong chương trình SGK 12 nâng cao, tuy nhiên thời lượng dành cho nội dung này quá ít (2 tiết lý thuyết và 1 tiết thực hành) và nội dung kiến thức cũng hết sức đơn giản (một số khái niệm, một số dụng cụ đo thể tích; nguyên tắc chung của phép chuẩn độ axit-bazơ, chuẩn độ oxi hóa-khử; chuẩn độ HCl bằng NaOH; chuẩn độ chất khử bằng KMnO4) Điều này khó đảm bảo để các em có thể giải quyết trọn vẹn được các bài toán về định lượng hóa học được ra dưới các dạng khác nhau trong các đề thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế Trong khi đó từ năm

2007 nội dung kiến thức chuẩn độ axit – bazơ đã được chính thức đưa vào trong các

đề thi học sinh giỏi Quốc gia hàng năm

Là một giáo viên của trường chuyên Lương Văn Tụy – Ninh Bình, tham gia giảng dạy bồi dưỡng và luyện đội tuyển Quốc gia với thực tế và những lý do trên nên chúng

tôi chọn đề tài: “Vận dụng lý thuyết chuẩn độ axit – bazơ trong giảng dạy hoá học

ở trường chuyên, phục vụ việc bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế”

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

Vận dụng lý thuyết về phân tích chuẩn độ để phân loại, xây dựng tiêu chí các bài tập về chuẩn độ thể tích phục vụ cho bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia

III NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI:

1- Nghiên cứu lí thuyết về phân tích thể tích trong chương trình hoá học phân tích, khoa Hoá Đại học Sư phạm Hà Nội [9], [12] và tìm hiểu nội dung giảng dạy phương pháp phân tích chuẩn độ ở chương trình hoá học phổ thông và trường chuyên 2- Thống kê, phân loại các bài tập trong tài liệu giáo khoa, sách bài tập, trong các tài liệu tham khảo có nội dung liên quan đến phân tích chuẩn độ thể tích, từ đó phân tích việc vận dụng nội dung lí thuyết chuẩn độ thể tích trong giảng dạy hoá học

ở các trường chuyên và xây dựng tiêu chí, cấu trúc các bài tập về chuẩn độ thể tích 3- Phân tích nội dung phân tích chuẩn độ thể tích trong các đề thi học sinh giỏi Quốc gia vòng 1, vòng 2 để thấy được mức độ yêu cầu vận dụng cơ sở lí thuyết ngày càng cao của các đề thi, từ đó đặt ra nhiệm vụ cho các giáo viên phải có khả năng tự bồi dưỡng nâng cao trình độ để không những trang bị được kiến thức cơ bản, nâng cao cần thiết cho các em mà còn phải biết dạy cách học, dạy bản chất vấn đề để giúp học sinh học có hiệu quả nhất

Phương pháp phân tích chuẩn độ là phương pháp hoá học định lượng, dựa trên sự

đo thể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ đã biết phản ứng với một thể tích xác định dung dịch của chất có nồng độ chưa biết cần xác định

Nội dung chính của phương pháp phân tích chuẩn độ mới chỉ được đưa vào chương trình hoá phổ thông vào cuối năm lớp 12, tuy nhiên học sinh đã được làm quen khi bắt đầu học môn hoá học thông qua các dạng bài trộn chất này với chất kia

để tính nồng độ, thể tích của chất chưa biết, rồi nâng dần lên các dạng bài tập tính pH của dung dịch mà trong phần chuẩn độ chính là dạng bài tính pH tại các điểm dừng chuẩn độ

Trong phương pháp phân tích chuẩn độ người ta dùng nhiều loại phản ứng hoá học như: phản ứng trung hoà, phản ứng oxi hoá khử và lấy tên của các loại phản ứng đó đặt tên cho phương pháp

Chuẩn độ axit - bazơ là một phương pháp phân tích quan trọng dựa trên sự tương tác giữa các axit - bazơ và được dùng để định lượng chúng

Việc đưa nội dung này vào chương trình có ý nghĩa rất lớn, giúp cho học sinh hiểu đầy đủ và sâu sắc các quá trình hoá học xảy ra trong dung dịch các chất điện li

Là cơ sở cho học sinh tiếp cận với các phương pháp phân tích hiện đại

Nếu học sinh nắm chắc các phương pháp tính toán cân bằng trong cân bằng axit-bazơ và chuẩn độ axit bazơ thì việc phức tạp hoá các bài toán hoá phân tích sẽ đơn giản hơn rất nhiều Có một số dạng bài tập thường gặp liên quan đến phương pháp chuẩn độ axit –bazơ như xét sự thay đổi giá trị pH khi thêm dần lượng thuốc thử, xác định thành phần định tính, định lượng của dung dịch hỗn hợp

II- NỘI DUNG KIẾN THỨC CHUẨN ĐỘ AXIT –BAZƠ TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG

Trước đây trong chương trình hoá học phổ thông chưa có nội dung phần phân tích chuẩn độ, mà nội dung hoá phân tích được đưa vào chương trình hóa học phổ thông gồm cân bằng axit - bazơ, dung dịch và sự điện li với tổng số tiết là 18 tiết Hiện nay nội dung chuẩn độ dung dịch bao gồm chuẩn độ axi - bazơ và chuẩn

độ oxi hóa – khử bằng phương pháp pemanganat đã được đưa vào trong chương trình SGK 12 nâng cao, tuy nhiên thời lượng quá ít (2 tiết lý thuyết và 1 tiết thực hành so với tổng số tiết học là 96 tiết) và nội dung kiến thức cũng hết sức đơn giản (một số khái niệm, một số dụng cụ đo thể tích; nguyên tắc chung của phép chuẩn độ axit-bazơ, chuẩn độ oxi hóa-khử; chuẩn độ HCl bằng NaOH; chuẩn độ chất khử bằng KMnO4) Phần bài tập trong [2] nghèo nàn số lượng bài tập còn ít, cũng như nội dung kiến thức các bài tập đưa ra còn ít, chủ yếu sử dụng định luật hợp thức tính nồng độ hoặc thể tích của dung dịch chất Chưa hướng dẫn cho học sinh biết cách xác định thể tích tương đương, cách chọn chất chỉ thị nào thích hợp để sai số chuẩn độ nằm trong phạm vi cho phép và cách phác họa đường cong chuẩn độ, mà những vấn đề này rất hay gặp trong đề thi học sinh giỏi (HSG) Quốc gia và các đề thi Olympic Quốc tế

Do đó khó đảm bảo để các em có thể giải quyết trọn vẹn được các bài toán về định lượng hóa học được ra dưới các dạng khác nhau trong các đề thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế [14,15,16,17]

III- TÌNH HÌNH THỰC TẾ VỀ NỘI DUNG KIẾN THỨC CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ VÀ CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ TRONG CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH Trong các tài liệu hiện hành thì những tài liệu dành cho học sinh giỏi, học sinh

chuyên còn ít, chủ yếu là các tài liệu cho học sinh ôn luyện thi đại học và cao đẳng Theo [6], tác giả cũng đã trình bày, đề cập đến phần dung dịch, các hằng số axit, bazơ

và tích số ion của nước Cũng có bài tập về tính toán cân bằng, pH của dung dịch đơn axit yếu, đơn bazơ yếu nhưng còn ở mức độ đơn giản với số lượng còn ít và chỉ mang tính chất chủ yếu là giới thiệu cho học sinh khá, giỏi Các bài tập chủ yếu về mảng kiến thức phản ứng axit – bazơ trong các tài liệu ôn thi đại học hiện nay đã trình bày sâu về các định nghĩa axit – bazơ theo Bronsted, các bài tập áp dụng đã có ở mức độ

từ đơn giản, cơ bản đến phức tạp và nâng cao Các bài tập định tính được đưa ra khá sâu sắc và đầy đủ các dạng, các tình huống Phần bài tập tính toán cân bằng, pH của dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh cũng đưa ra nhiều trường hợp để rèn luyện cho học sinh kỹ năng tính toán, nắm được mối quan hệ của pH và nồng độ H+ trong dung dịch, đưa ra các bài tập về tính toán độ điện li  và hằng số phân li axit và bazơ K với nồng độ của dung dịch và pH của dung dịch Ngoài ra, trong các tài liệu hiện nay cũng đã có các bài tập tính toán cân bằng trong dung dịch đơn axit yếu, đơn bazơ yếu, tính cân bằng trong dung dịch đệm chứa hỗn hợp đơn axit yếu với bazơ liên hợp của chúng, tính cân bằng trong dung dịch đa axit, đa bazơ Tuy nhiên, những bài tập này chỉ ở mức độ đơn giản để giúp học sinh làm quen với việc tính toán cân bằng trong dung dịch Trong [3] các tác giả đã đưa ra các bài tập khá sâu sắc, cơ bản mà vẫn rèn luyện cho học sinh kỹ năng giải bài tập và tư duy phân tích Nội dung các bài tập đưa ra khá phong phú, đa dạng Tuy nhiên, những bài toán hỗn hợp có nhiều phản ứng xảy ra trong dung dịch đòi hỏi học sinh phải biết sắp xếp thứ tự xảy ra phản ứng

từ đó dựa vào để xác định thành phần giơí hạn, mô tả cân bằng hóa học và dựa vào đó

để tính toán thì tài liệu [3], [11] đưa ra còn ít, các phản ứng còn đơn giản chỉ có một hay hai phản ứng là học sinh xác định được thành phần giới hạn hoặc có khi thành phần giới hạn trùng với thành phân cân bằng

Hơn nữa, tài liệu tham khảo cho học sinh chuyên hóa cũng chỉ là những dạng

cơ bản có nâng cao nhưng chưa có dạng tổng hợp để bồi dưỡng năng lực tư duy của học sinh Chưa có nhiều bài tập gắn kết nội dung của phản ứng axit – bazơ với các bài tập phần phản ứng oxi hóa – khử, hay bài tập về cân bằng tạo phức, cân bằng hợp chất ít tan nên khó bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy tổng hợp để giải quyết được các bài tập trong các kỳ thi học sinh giỏi Quốc gia cũng như Quốc tế

Mặt khác chưa có tài liệu đề cập đến nội dung phân tích định lượng hóa học,

mà trọng tâm là phân tích thể tích – là một trong những nội dung có trong chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế Trong các kỳ thi Olympic 30 – 4 hay là

kỳ thi HSG Quốc gia hàng năm nội dung hóa phân tích là nội dung thường có trong các đề thi, nhưng mới chỉ dừng lại chủ yếu ở dạng tính cân bằng trong các dung dịch, tính thể tích thuốc thử cần thêm để đạt đến giá trị pH nhất định Trong khi đó trong đề thi Olympic quốc tế [7], [19],[22], [29], [30] có những dạng bài như: tính chính xác nồng độ, thể tích các chất tham gia phản ứng, tính sai số của phép chuẩn độ, chọn chỉ thị thích cho phép chuẩn độ, vẽ đường cong chuẩn độ…Nội dung giữa kiến thức sách giáo khoa phổ thông với nội dung kiến thức thi học sinh giỏi Quốc gia và Olympic Quốc tế là một khoảng cách khá lớn Trong khi đó chưa có một tài liệu nào vận dụng

lí thuyết chuẩn độ axit – bazơ trong giảng dạy hóa học ở trường chuyên để làm tài liệu tham khảo cho giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi quốc gia và Olympic Quốc tế

IV- VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA

Để đặt ra được các yêu cầu cho học sinh (HS) trong quá trình giảng dạy thì việc lựa chọn, xây dựng các bài tập là việc làm rất quan trọng và cần thiết đối với mỗi

giáo viên(GV) Thông qua bài tập, GV sẽ đánh giá được khả năng nhận thức, khả năng vận dụng kiến thức của HS Bài tập là phương tiện cơ bản nhất để dạy HS tập vận dụng kiến thức vào thực hành, thực tế sự vận dụng các kiến thức thông qua các bài tập có rất nhiều hình thức phong phú và đa dạng Chính nhờ việc giải các bài tập

mà kiến thức được củng cố, khắc sâu, chính xác hóa, mở rộng và nâng cao Cho nên, bài tập vừa là nội dung, vừa là phương pháp, vừa là phương tiện để dạy tốt và học tốt Đặc biệt, bài tập hóa học là phương tiện cơ bản để dạy học sinh vận dụng các kiến thức hóa học vào thực tế đời sống, sản xuất và tập nghiên cứu khoa học Bài tập hóa học có tác dụng giáo dục trí dục và đức dục to lớn, đó là:

- Rèn luyện cho HS khả năng vận dụng các kiến thức đã học

- Đào sâu và mở rộng kiến thức một cách phong phú, hấp dẫn

- Ôn tập, củng cố và hệ thống hóa kiến thức một cách thuận lợi nhất

- Rèn luyện được những kĩ năng cần thiết về hóa học như kĩ năng cân bằng phương trình phản ứng, kĩ năng tính toán theo công thức hóa học và phương trình hóa học,…

Phát triển năng lực nhận thức, trí thông minh cho HS

Giáo dục tư tưởng, đạo đức, tác phong như rèn luyện tính kiên nhẫn, trung thực sáng tạo, chính xác, khoa học.Nâng cao lòng yêu thích học tập bộ môn Qua đó, phát triển một cách toàn diện nhân cách cho HS

V- NGUYÊN TẮC CHUNG VỀ CẤU TRÚC CÁC LOẠI BÀI TẬP

Một bài toán hóa học thường cấu trúc gồm:

- Nội dung hóa học các dạng phương trình phản ứng hóa học

- Tính toán theo các dạng phương trình phản ứng (toán hóa)

- Các thuật toán (toán hóa)

Một bài toán hóa học hay phải có nội dung hóa học tốt, đảm bảo tính chính xác về mặt khoa học nhưng về mặt toán học không quá phức tạp

- Bài tập để rèn luyện năng lực tư duy, khả năng vận dụng kiến thức, khả năng xử lí tình huống, các trường hợp phức tạp

- Thông qua bài tập để rèn luyện phương pháp tự học, tự nghiên cứu của HS

- Bài tập phát triển tư duy, trí thông minh cho HS

Đó là nguyên tắc chung mà cần phải áp dụng cho bất kỳ việc xây dựng một bài toán hóa Tuy nhiên, đối với việc xây dựng bài tập về phản ứng axit – bazơ ngoài việc tuân thủ các nguyên tắc chung như trên, nó còn cần phải có một số nguyên tắc riêng

mà người giáo viên cần phải biết để xây dựng cho đúng, chính xác

- Nếu trong dung dịch xảy ra đồng thời nhiều quá trình thì chọn quá trình chủ yếu nhất để xét, bằng cách so sánh quan hệ nồng độ,hằng số cân bằng Nhưng chỉ so sánh các cân bằng cùng dạng như: so sánh các hằng số axit của một đa axit hoặc các hằng số bazơ của một đa bazơ, so sánh sự phân li của các đơn axit,…

- Khi cho hỗn hợp các chất có cùng bản chất nhưng các hằng số lại không chênh lệch nhau nhiều, không loại bỏ được cân bằng nào, thì nên chọn bài toán gồm các cân bằng tương đương mà khi giải chỉ cần từ 1 đến 2 vòng là hội tụ Kết quả giải gần đúng có thể chấp nhận với sai số cho phép là 1 – 10%

- Khi có phản ứng hóa học xảy ra và phải tính theo thành phần giới hạn thì phải cho các hằng số đảm bảo cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn

- Khi giải bài toán về chuẩn độ nhất thiết HS phải xác định được thời điểm kết thúc chuẩn độ từ đó xác định được TPGH

và cuối cùng là bài tập định lượng Trong bài tập định lượng đối tượng được cho phải

từ đơn giản đến phức tạp, tức là từ tính toán một cân bằng, rồi đến nhiều cân bằng giống nhau nhưng có thể so sánh loại đi các cân bằng phụ xảy ra yếu hơn rồi lại đưa

về dạng tính toán cơ bản có một cân bằng, đến giải với nhiều cân bằng xảy ra tương đương nhau

Đối với cùng một dạng bài tập nhưng tình huống và đối tượng được thay đổi tùy theo khả năng tiếp thu kiến thức của HS Riêng đối với các bài tập nâng cao dành cho HSG và các em trong đội tuyển thì phải ra như thể nào đó để các em không bị sa

đà vào việc tính toán mà quên đi bản chất hóa học Do đó, nên đưa thêm các tình huống thực tế vào trong các bài tập để giúp các em hiểu sâu sắc và nhớ lâu hơn Hoặc cũng có thể vẫn đối tượng đó nhưng số lượng được đưa nhiều hơn, có nhiều quá trình tương tác xảy ra để đòi hỏi HS phải xác định được phản ứng nào để tính toán cho cân bằng cuối cùng xảy ra trong dung dịch hoặc từ đó nhận ra được đối tượng, tình huống quen thuộc với mình

PHẦN II:

VẬN DỤNG LÍ THUYẾT CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ TRONG GIẢNG DẠY HÓA HỌC Ở TRƯỜNG CHUYÊN VÀ PHỤC VỤ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA, QUỐC TẾ

Chương I: ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

I.1 TÓM TẮT LÍ THUYẾT

- Nguyên tắc chung của phương pháp chuẩn độ thể tích: là dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ đã biết phản ứng với một thể tích xác định dung dịch của chất có nồng độ chưa biết cần xác định.Cách xác định nồng độ của dung dịch đó gọi là sự chuẩn độ

- Phương pháp chuẩn độ axit - bazơ là phương pháp chuẩn độ thể tích dựa trên sự tương tác giữa các axit, bazơ và được dùng để định lượng chúng Hay nói cách khác phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hòa

I.1.1:CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

- Dung dịch cần chuẩn (dung dịch phân tích) là dung dịch cần xác định nồng độ

- Dung dịch đã biết nồng độ chính xác và được dùng để xác định nồng độ các dung dịch khác gọi là dung dịch chuẩn (dung dịch thuốc thử)

- Quá trình chuẩn độ là quá trình thêm dần dung dịch chuẩn vào dung dịch cần chuẩn

- Điểm tương đương là thời điểm tại đó lượng chất chuẩn đã cho đủ để phản ứng vừa hết với toàn bộ chất cần chuẩn

- Trong quá trình chuẩn độ cần thiết phải dựa vào một tín hiệu nào đó để dừng phép chuẩn độ Chất có khả năng thay đổi tín hiệụ khi chuẩn độ gọi là chất chỉ thị

- Thời điểm tại đó chất chỉ thị thay đổi tín hiệu gọi là điểm kết thúc chuẩn độ (điểm dừng chuẩn độ hay điểm cuối chuẩn độ)

Chất chỉ thị có vai trò quan trọng trong phép chuẩn độ để xác định điểm dừng chuẩn độ, nếu điểm dừng chuẩn độ càng gần với điểm tương đương thì sai số càng nhỏ, phép chuẩn độ càng chính xác

I.1.2 CÁC CHẤT CHỈ THỊ AXIT - BAZƠ

I.1.2.1 Bản chất của các chất chỉ thị axit - bazơ

Các chất chỉ thị dùng trong chuẩn độ axit-bazơ phải thỏa mãn yêu cầu cơ bản là

sự đổi màu của chất chỉ thị phải thuận nghịch với sự biến đổi pH của dung dịch trong qúa trình chuẩn độ, nghĩa là bản thân chất chỉ thị phải là một axit hoặc bazơ yếu và màu của hai dạng axit và bazơ liên hợp của chất chỉ thị phải khác nhau Hầu hết các chất chỉ thị là những axit hoặc bazơ hữu cơ yếu

Các chất chỉ thị thường dùng có thể chia làm 3 loại:

 Các sunfophtalein như phenol đỏ, bromphenol xanh, crezol đỏ

 Các chất chỉ thị thuộc phenolphtalein như: phenolphtalein, thimolphtalein, naphtolphtalein

 Các hợp chất azo như: tropeolin 0 0, metyl da cam, metyl đỏ, đỏ trung tính, cogo đỏ, metyl vàng

Trong các dung dịch axit, đa số các chất chỉ thị thuộc loại azo đều có màu đỏ còn trong các dung dịch trung tính và kiềm có màu hoặc màu da cam

I.1.2.2.Khoảng pH chuyển màu của các chất chỉ thị axit bazơ: là khoảng pH tại đó chất chỉ thị đổi màu

Sơ đồ biểu diễn cân bằng giữa dạng axit của chỉ thị, kí hiệu HIn và dạng bazơ liên hợp In như sau:

HIn H+ + In- K’a (I.1)

Hằng số cân bằng điều kiện K'a = (H+)

][

][

HIn

In

→ pH = pK’a + lg

][

][

f là hệ số hoạt độ, Ka là hằng số phân li nhiệt động Màu của chất chỉ thị phụ thuộc vào tỉ số nồng độ của 2 dạng có màu In- và HIn, do đó biến đổi theo pH

Thông thường mắt có thể thấy màu của dạng axit HIn, nếu [HIn] > 10[In-] hoặc chỉ thấy màu của dạng bazơIn nếu [In-] > 10[HIn]

Trong khu vực 1/10 <

] [

] [

I.1.2.3 Chỉ số chuẩn độ pT của chất chỉ thị: là giá trị pH (thuộc khoảng pH

chuyển màu) tại đó màu chỉ thị thay đổi rõ nhất Phép chuẩn độ thường kết thúc tại

giá trị pH này

Chỉ số chuẩn độ phụ thuộc vào chất chỉ thị và thứ tự chuẩn độ, phụ thuộc vào nhiệt độ, dung môi, lực ion và môi trường của dung dịch

I.1.2.4 Nguyên tắc chọn chỉ thị:

Về nguyên tắc phải chọn chất chỉ thị có chỉ số chuẩn độ trùng hoặc rất gần với

pH tại điểm tương đương của phép chuẩn độ (pT ≈ pHT Đ) Tuy nhiên thực tế không phải lúc nào cũng chọn được chất chỉ thị thỏa mãn điều kiện đó mà số lượng chất chỉ thị dùng cho một phép chuẩn độ cụ thể không nhiều, do vậy không nhất thiết phải chọn chỉ thị có pT ≈ pHT Đ mà có thể chọn bất kì chất chỉ thị nào có chỉ số chuẩn độ nằm trong bước nhảy chuẩn độ tương ứng với sai số cho phép

I.1.2.5 Bước nhảy chuẩn độ: Sự biến thiên đột ngột pH tương ứng với sự biến

thiên một lượng không đáng kể chất chuẩn (trong phạm vi sai số cho phép) ở gần điểm tương đương tạo thành bước nhảy chuẩn độ

Sự xuất hiện bước nhảy chuẩn độ cho phép mở rộng phạm vi chọn chất chỉ thị

và có khả năng chuẩn độ chính xác

I.1.2.6 Sai số chuẩn độ: là tỉ số % lượng chất chuẩn đã cho dư hoặc còn thiếu

so với lượng cần thiết để chuẩn độ đến điểm tương đương

q = 100

TĐ

TĐ c V

Ví dụ I.1 [33]

Trình bày nguyên tắc của phép chuẩn độ trung hòa Cho ví dụ minh họa?

Chuẩn độ axit-bazơ, hay còn gọi là chuẩn độ trung hòa, là phương pháp phân tích chuẩn độ được sử dụng rộng rãi để xác định nồng độ các dung dịch axit hoặc các dung dịch bazơ Trong phương pháp này người ta dùng dung dịch kiềm (NaOH hoặc KOH) đã biết chính xác nồng độ làm dung dịch chuẩn để chuẩn độ dung dịch axit hoặc dùng dung dịch axit mạnh (HCl, HClO4, HNO3) đã biết chính xác nồng độ để chuẩn độ dung dịch bazơ Thực chất các phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hòa Thí dụ chuẩn độ dung dịch HCl chưa biết nồng độ bằng dung dịch chuẩn NaOH: HCl + NaOH → NaCl + H2O (1)

Chuẩn độ dung dịch NH3 bằng dung dịch chuẩn HCl:

Tuy nhiên đối với đối tượng là HSPT chưa quen với khái niệm ‘chỉ số chuẩn độ pT’ do đó GV nên ra dưới dạng sau:

“ Cho biết khoảng chuyển màu của chỉ thị Metyl da cam là 3,1(đỏ) - 4,4 (vàng),

pH = 4,0 dung dịch có màu hồng da cam Hãy cho biết sự đổi màu và giá trị pH tại thời điểm chỉ thị đổi màu rõ nhất khi chuẩn độ dung dịch HCl bằng NaOH và ngược lại”

Ở đây GV nên cho HS biết thực chất phản ứng chuẩn độ là phản ứng trung hòa,

do đó có thể thay khái niệm “chuẩn độ dung dịch HCl bằng NaOH” bằng khái niệm

“trung hòa dung dịch HCl bằng NaOH “ để HS đỡ bỡ ngỡ

1/ Khi chưa chuẩn độ, tức là chưa thêm NaOH vào dung dịch HCl có chứa Metyl da cam thì dung dịch có màu đỏ Khi thêm dần NaOH vào dung dịch HCl, pH tăng dần và màu của hỗn hợp sẽ chuyển từ màu đỏ sang hồng da cam (nhưng chưa rõ), rồi từ hồng da cam sang vàng Đây là thời điểm sự chuyển màu rõ nhất.Vậy pT =

Ở đây GV có thể hướng dẫn cho HS xét tương tác hỗn hợp xảy ra trong hệ

H+ + OH → H2O

hoặc có thể so sánh số mol để thấy dư OH- mà không cần tính cụ thể Từ số mol

OH- dư → pH > 7 > 4,4 sẽ khẳng định được màu của hệ Nhưng trước khi so sánh số mol, các em phải tính được COH- từ pH = 11,4

Với pH = 11,4 HS có thể suy ra ngay COH

= [OH-] = 10-2,6 Cũng với dạng bài này Gv có thể thay đổi chỉ thị, thay đổi nồng độ, thể tích các chất Hoặc nêu yêu cầu cao hơn với các HS tham gia đội tuyển, có thể thay đổi giá trị

-pH NaOH nằm trong khu vực 7 < pH <7,5 để các em phải tính CNaOH có kể đến sự phân

li của nước

Ví dụ I.5 [10]

Một chất chỉ thị axit-bazơ có pKa = 7,1 Khoảng pH chuyển màu của chất chỉ thị

là 5,6 - 7,6 Hãy cho biết tỉ lệ nồng độ hai dạng có màu của chất chỉ thị phải thiết lập

][ 

Lấy logarit hai vế của phương trình trên ta có lgKa = lg[H+] + lg

HIn

In

] [

] [ 

pKa = pH + lg

HIn

In

] [

] [ 

- Để nhìn rõ màu dạng axit pH = 5,6 lg

HIn

In

][

][ 

= 7,1-5,6 = 1,5 →

HIn

In

][

][ 

= 101,5

] [ 

= 100,5Việc thiết lập và biến đổi biểu thức định luật tác dụng khối lượng cho một cân bằng trong dung dịch đối với HS chuyên thì không có vấn đề gì khó khăn chỉ có điều

HS phải hiểu rõ được ý nghĩa của khoảng pH chuyển màu Và các em cần hiểu khoảng chuyển màu của chất chỉ thị là pH = pKa ± 1 chỉ mang tính qui ước Nghĩa là

thông thường để nhìn rõ màu của dạng bazơ thì

HIn

In

] [

] [ 

][

 > 10 nhưng thực tế có nhiều chất chỉ thị, sự đổi màu xảy ra khi tỉ lệ nồng độ các dạng có màu có thể đạt tới hoặc phải quá 10!

] [

 = 8 và

HIn

In

] [

] [ 

= 12 Cho biết pKHIn= 4,8 Tính khoảng pH chuyển màu của chất chỉ thị

] [ 

- Màu đỏ (màu dạng axit) rõ nhất khi

In

HIn

] [

] [

][ 

= 12→ pH = 4,8 + lg12 = 5,9 Vậy khoảng pH chuyển màu của chất chỉ thị đó là 3,9- 5,9

Ví dụ I.7 [25-tr21]

Cho các hóa chất mất nhãn (có nồng độ 0,1M ) sau:

NaHCO3 (H2CO3 có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33)

Muối axit dạng NaHA là một hợp chất lưỡng tính trong dung dịch có các cân bằng

2

33 , 10 35 , 6

HCO

làm xanh dung dịch quỳ tím

2

22 , 7 77 , 1

pH → dung dịch HC2O4- làm đỏ dung dịch metyl da cam

Từ đó các em sẽ nhận biết được các lọ hóa chất mất nhãn trên

Từ công thức tính pH gần đúng của dung dịch muối axit, nếu chỉ cần để nhận biết 3 lọ hóa chất mất nhãn trên thì bài ra không cần cho nồng độ của các dung dịch!

Áp dụng ĐKP cho các cân bằng xảy ra trong dung dịch muối axit HA- các em rút

ra được công thức tính [H+]

[H+]=

] [ 1

] [ 1 1

HA K K

] [ 1 1

a

a (I.6)

* Nếu chỉ thỏa mãn điều kiện Ka1<< C → [H+] =

][

][

1 1

HA K K

a

a

w (I.7) Như vậy, nếu bài ra cho cụ thể nồng độ của muối axit thì có thể đánh giá chính xác hơn giá trị pH của các dung dịch HSO3- và HC2O4- bởi vì do C = 0,1 ≈ Ka1 (tức là chỉ thỏa mãn điều kiện Kw <<Ka2C) → phải tính chính xác  

4 2

O HC HSO va pH

10.5,1200

5.03,0.10

 và nồng độ cân bằng của chỉ thị dạng bazơ tại điểm kết thúc chuẩn độ ([In-] = 5.10-7 M) do đó sử dụng phương trình (I.2)

pKa= pH + lg

HIn

In

][

][ 

Để tính giá trị pH tại đó màu của chỉ thị thay đổi rõ nhất

Theo định luật bảo toàn nồng độ tính được [HIn] = 1,5.10-6 - 5.10-7

Thay vào (I.2) → pH=9,3

Sử dụng phương trình bảo toàn điện tích:

[H+] –[OH-] +[Na+] - [Cl-] -[In-] = 0

100

100.10100

V

tính được V = 404,08 ml

Thông qua bài này càng củng cố thêm cho HS bản chất của quá trình chuẩn độ chính là làm chuyển dịch cân bằng của chất chỉ thị đến một pH nhất định mà ở đó ta quan sát sự thay đổi màu rõ nhất

Chương II: CHUẨN ĐỘ CÁC AXIT MẠNH VÀ BAZƠ MẠNH

BÀI TẬP VẬN DỤNG VÀ NÂNG CAO

II.1 - Dạng1: Tính pH của dung dịch tại các thời điểm dừng chuẩn độ

Đối với HS các trườngchuyên khái niệm pH và cách tính pH trong các dung dịch axit, bazơ đã được học trong chương trình hóa lớp 11, nên không có khó khăn gì khi làm dạng bài tập này Tuy nhiên ở đây có đưa thêm khái niệm chuẩn độ nên GV cần hướng dẫn các em phân tích đề bài , phân tích các quá trình xảy ra trong quá trình chuẩn độ để đưa về bài toán quen thuộc với các em

Dạng toán đơn giản nhất đối với học sinh là tính pH của dung dịch axit mạnh hoặc bazơ mạnh biết trước nồng độ và nồng độ của axit , bazơ mạnh đều lớn hơn rất nhiều so với 10—7 để bỏ qua cân bằng phân li của nước Tương ứng với các bài toán

về chuẩn độ, GV có thể ra bài tập tính pH của dung dịch, tại các thời điểm dừng chuẩn độ cách xa điểm tương đương

Ví dụ II.1[10]

Chuẩn độ 25,00 ml dung dịch HCl 0,060 M bằng dung dịch NaOH 0,15 M Tính

pH của hỗn hợp sau khi đã thêm

đó với khái niệm chuẩn độ, GV hướng dẫn HS xác định được điểm kết thúc chuẩn độ: trước, sau hay tại điểm TĐ Muốn vậy trước hết cần tính VTĐ dựa vào phản ứng chuẩn độ, ví dụ ở bài này:

VTĐ =

15,0

06,0.25

=10,00 ml 1/ Khi thêm VNaOH = 9,98 ml <VTĐ = 10,00 ml→ dừng trước điểm tương đương, dư axit:

H+ + OH- → H2O

C

98,925

06.0.25



98,925

15,0.98,9



C’

98,34

15,0.98,906,0

25 

_

98 , 34

15 , 0 98 , 9 06 , 0



du H

C =0,039 (M) >> 10-7

06,0.2503.,10.15,0

Trong trường hợp dừng chuẩn độ sát điểm tương đương tức là nồng độ axit (bazơ) dư không lớn hơn nhiều so với 10-7 thì cần phải chú ý tới sự phân li của H2O, lúc này đòi hỏi HS phải có khả năng tư duy cao hơn Để giải được dạng bài tập này

HS phải kể đến cân bằng phân li của H2O do đó hoặc dùng phương trình trung hòa điện để giải hoặc tính theo cân bằng phân li của H2O nhưng đã có sẵn một lượng ion

H+ hoặc OH- trong dung dịch

Ví dụ II.2

Tính pH của dung dịch thu được khi chuẩn độ 3,00 ml dung dịch NaOH 5,012.10-5 M bằng 3,00 ml dung dịch HCl 5,0.10-5 M

Phân tích:

Tương tự như Ví dụ II.1 HS tính lại nồng độ của H+ và OH- sau đó so sánh nồng

độ giữa hai ion này thấy rằng sau phản ứng trung hòa OH- dư với nồng độ bằng 1,07.10-7M Nhưng do nồng độ OH- rất bé phải kể đến cân bằng phân li của nước

H2O H+ + OH- Kw =10-14 1,07.10-7

Đây là bài toán chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh Trong trường hợp này bài

ra không nói gì đến sự đổi màu của chỉ thị, do đó có thể ngầm hiểu rằng lượng NaOH tiêu thụ chính là thể tích NaOH phản ứng vừa đủ với 20,00 ml HCl Hay nói cách khác có thể coi phép chuẩn độ này dừng đúng điểm tương đương do đó ta có thể tính ngay được CHCl theo tỉ lệ hợp thức

Tuy nhiên để học sinh dể hiểu, giáo viên có thể thay khái niệm “chuẩn độ” bằng khái niệm “trung hòa” vì thực chất của phản ứng chuẩn độ axit – bazơ chính là phản ứng trung hòa: “trung hòa 20,00 ml dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH thì tiêu thụ hết 17,00 ml dung dịch NaOH 0,12 M Tính CHCl.”

Như vậy bài toán trở nên rất quen thuộc với học sinh và các em có thể tính dễ dàng theo phản ứng trung hòa

Ví dụ II.4

Dung dịch A gồm 100,00 ml dung dịch NaOH chưa biết nồng độ và 2 giọt dung dịch phenolphtalein Thêm từ từ dung dịch HCl 5,00.10-3M vào dung dịch A cho tới khi mất màu của phenolphtalein thì phải dùng vừa hết 48,00 ml dung dịch HCl Tính nồng độ dung dịch NaOH [10]

Phân tích:

Thực chất đây là bài toán chuẩn độ bazơ mạnh bằng axit mạnh: “chuẩn độ 100,00 ml dung dịch NaOH đến mất màu chỉ thị phenolphtalein thì tiêu thụ hết 48,00

ml dung dịch HCl 5,00.10-3M Tính chính xác nồng độ dung dịch NaOH”

So với ví dụ II.2.1 thì bài toán này phức tạp hơn ở chỗ :VHCl = 48,00 ml không phải là VTĐ Do dừng chuẩn độ khi mất màu phenolphtalein, tức là phép chuẩn độ kết thúc ở pH = pT = 8,00 > pHTĐ = 7,00 (dừng trước điểm TĐ) tức là lượng axit cho vào chưa trung hòa hết 100,00ml NaOH Nếu có kiến thức về hóa học phân tích nói chung hay kiến thức về chuẩn độ axit - bazơ nói riêng thì chúng ta có thể tính chính xác CNaOH một cách dễ dàng thông qua sai số của phép chuẩn độ hoặc theo phương trình ĐKP hay phương trình bảo toàn điện tích:

Cách 1: hiệu chỉnh bằng sai số chuẩn độ

V

V C

48 10





với Cgđ,NaOH là nồng độ gần đúng của NaOH

Áp dụng phương trình sai số (II.6) của phép chuẩn độ bazơ mạnh bằng axit mạnh:

q = (h - Kw/h)

o

o CC

C

C 

3 3

3 3

10 105 , 6 10

4 , 2 10 5

10 4 , 2 10

Ccx,NaOH = Co= 3M

3

10.4015,2100

029,48.10

 (Ccx,NaOH : nồng độ chính xác của NaOH)

Cách 2: tại thời điểm chuyển màu của chỉ thị phenolphtalein pH = 8,00

Từ phương trình bảo toàn điện tích hay phương trình bảo toàn proton (ĐKP) với mức không là thành phần ban đầu (TPBĐ):

[H+] = [OH-] –[Na+] +[Cl-] , ta có:

10-8 = 10-6 -

48 100

48 10 5 48 100

→ Co 2,4015.103M

Tuy nhiên đối với học sinh phổ thông, chưa có khái niệm về phương trình sai số chuẩn độ axit - bazơ vì vậy GV cần vận dụng kiến thức về chuẩn độ axit - bazơ một cách hợp lí để hướng dẫn các em giải bài toán này mà không cần phải sử dụng đến phương trình sai số (quá nặng đối với các em), và cũng không nên dùng phương trình bảo toàn điện tích (thiên về ý nghĩa vật lí hơn là tư duy hóa học)

Trước hết giáo viên cần hướng dẫn cho các em xác định được giá trị pH tại thời điểm chỉ thị đổi màu (dựa vào khoảng chuyển màu của chỉ thị và dựa vào thứ tự chuẩn độ để HS biết được đối với bài toán này giá trị pH tại điểm kết thúc chuẩn độ bằng 8 Với pH = 8,00 > 7,00, do đó còn dư NaOH theo phản ứng:

H+ + OH- → H2O

C

148

48.10

100C o  3

= 10-6 → Co 2,4015.103M Như vậy với cách giải này các em hiểu được bản chất của các quá trình xảy ra trong dung dịch, nắm được hiện tượng hóa học, giúp phát triển tư duy hóa học

Cũng cần lưu ý rằng: với [OH-] = 10-6 10 7(ta không thể nói 10-6 >>10-7) khó

có thể thuyết phục để các em chấp nhận COHdư = [OH-], nhưng nếu so sánh [OH-] =

10-6 >> [H+] = 10-8, có nghĩa là sự phân li của H2O có thể bỏ qua, do đó sự chấp nhận

COHdư = [OH-] là hợp lí

Như vậy từ giá trị pH chuyển màu của chỉ thị (hay từ giá trị pH xác định được khi thực hiện phản ứng trung hòa) cho phép đánh giá được nồng độ của chất tham gia phản ứng Trên cơ sở này giáo viên có thể nâng mức độ phức tạp của bài toán nếu sử dụng hai chỉ thị sẽ cho phép xác định nồng độ của cả chất phân tích và chất chuẩn

Ví dụ II.5

Chuẩn độ 50,00 ml dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH đến đổi màu phenolphtalein (pT=9,00) thì phải dùng 25,00 ml NaOH Nếu chuẩn độ đến xuất hiện màu vàng của metyl da cam (pT=4,4) thì phải dùng 24,50 ml NaOH Tính nồng độ HCl và NaOH.[10]

Phân tích:

Với nội dung của bài toán chuẩn độ này giáo viên có thể đặt vấn đề như sau để

HS đỡ bỡ ngỡ với khái niệm “chuẩn độ ”: “Trung hòa 50,00ml dung dịch HCl đến pH

= 9,00 thì phải dùng hết 25,00 ml NaOH Nếu trung hòa đến pH = 4,4 thì thể tích NaOH tiêu thụ là 24,50 ml Tính nồng độ dung dịch HCl và NaOH.”

Như vậy nếu sử dụng phương trình bảo toàn điện tích các em chỉ cần thiết lập hệ

2 phương trình 2 ẩn số là CHCl và CNaOH ở hai giá trị pH khác nhau, từ đó sẽ tính được nồng độ các chất tham gia phản ứng Nhưng với cách giải như vậy chỉ thiên về công

cụ tính toán, nặng về ý nghĩa vật lí mà không chú ý đến tư duy hóa học Chính vì vậy giáo viên nên hướng dẫn cho các em phân tích bản chất các quá trình xảy ra trong dung dịch mặc dù cuối cùng vẫn phải giải hai phương trình hai ẩn số:

- Khi trung hòa đến pH = 9,00 > 7,00 → môi trường bazơ → dư NaOH

H+ + OH- → H2O

C

25 50

50



o C

5025

.25



C

C’ _

75

50

25C  C0

TPGH: OH- dư với nồng độ là:

75

50

50



o C

50 5 , 24

5 , 24



C

C’

5 , 74

5 , 24

50C 0 C

_

TPGH: H+ dư với nồng độ là:

5,74

.5,24

.5,24

kì, do đó giáo viên cần khai thác thêm trường hợp nâng cao này