GIÁO TRÌNH HOÁ PHÂN TÍCH

CHUONG 1 CÂN BẰNG HÓA HỌC VÀ HOẠT ĐỘ “tong Hóa học phân tích ta thường phải tỉnh nồng độ cần bằng cua it than gia và được tạo thành trong các phản ứng phân tÍch, tức là nồng do cư

CO SO Li THUYET CUA CAC PHUONG PHAP PHAN TicH HOA Hoc

Chương 2 Dại cương về phân tích khối lượng và phân tích thể tích +

2-1 Nguyên tần chung của các phương pháp phân tích khối lượng 19

43 Yêu cầu của dạng kết tủa và dạng cân 20

23 Cách tính kết quả trong phân tích khối lượng 2

3 4 Nguyên tắc của phương pháp phân tích thể tích 20

25 Phan tng ding trong phan tlch thể tích 22

26 Phân loại các phương pháp phân tÍch thể tích 22

29 Cách tính kết qua trong phan tfelrthé tch bài

Chương 3 Asdt và basd - Phân ứng trao đổi proton +

3.1 Định nghĩa

32 Phương trình bão toân proton

3-8 pH của dung dịch hệ đơn axit - bazø trong nước

3.8.1 nH của các dung dịch axit mạnh

383 pH của các dung dịnh bazơ mạnh

33.3 pH của các dung dịch đơn axit yếu

3.34 pH của các dụng dịch bazd yếu

ð.4 pH của dụng địch hốn hợp axit và bazơ liên hap Dem nang

3.5 pH cha dung dich hén hyp axit-bazo khong liên hụp

3.6 Ds thị lagarit nềng độ của dung dịch axit yếu HA

3.7 Dung dịch da axit

3.7.1 DO thi logarit ndng độ của dung dịch đa axit

3.72 pH của dụng dịch đa axit

47.3 pH của các dung dịch muối tan của các da axit

2.3 Cac axit va bazo trong dụng môi khác nước

38.1 Phân leại dung môi

| |

!

431 Đường định phân khi chuẩn độ axit mạnh bằng ha2g mạnh | 65

432 Dường định phân khi chuẩn độ bazø mạnh bằng xit mạnh 69

423 Chuẩn độ đơn axit yếu bằng bazø mạnh hoặc đơn bazd yếu bằng

434 Các thí dụ khác về chuẩn đệ đơn axit yếu hoặc don bazd yếu | T7

428 Đường định phản chuẩn độ đa axit bằng bazø mạnh 79

426 Dinh phan da bazd bằng đơn axit manh i 87

437 Dịnh phản hốn hợp axit và hến hợp bazơ 89

Khương 6 Thức chat trong dung dich

52 Hang sé bền và hàng số không bền của phức chất 97

83 Tỉnh nồng độ cân bằng của các cấu tử trong cde dung dich phức chất 99

54 Anh hướng của nFÏ và của các chất tạo phức phụ đến nông độ cân

hàng của phức THằng số không bền và hàng số bên điều kiện 101

55 Thức chất của các lan kim loal với axit etilendiamin tetraaxetic 105

Chương 6 Phương pháp chuẩn độ tạo phức

6.11 Chất chỉ thị trong phương pháp complexon 110

61% Dường định phân trong phương pháp somplexon 112

61/8 Một số chất chỉ thị quan trong dùng trong các phương pháp

63 Phương pháp thủy ngân Chuẩn độ các halogenua 122

+ Chương 7 Phan tng kết tủa

41 Diều hiên tạo thành kết tủa Quy luật tích số tan 123

38 Ảnh hưởng cúa pH và của chất tạo phúc 127

734 Ảnh hưởng của lích thước hat kết tủa 186

|

„ | | | it tl \

CÓ SỐ HÓA HỌC PHÁN TÍCH

Chương 8 Phương pháp chuẩn dộ kết tủa 4

“ 81 Nguyên tác chung cua phương pháp

5 ' 82 Phương trình đường chuñn độ các halogenua

93 Cường độ chất oxi hớa và chất khử

98 Những yếu tổ ảnh hưởng đến thể oxi hớa - khứ The oxi hoa ~ khứ tiêu chuẩn điều liện

93.1 Anh hưởng của độ axit

9.3.2 Anh hưởng của phản ứng tạo phúc

933 Anh hường của phản ứng ltết tủa

9.4 Bảng thể oxi hóa khử tiêu chuẩn

9ð Thế oxi hóa khử của dung dich chat oxi hon va chất khử liên hgp

96 Thế oxi hóa của dung dich chat oxi hda va chit khử không liên hợn

9.7 Hàng số cân bằng của phản ting oxi hơa - khử

9.8 Chất oxi hứa vã chất khử đa bac

99 Tốc độ của phản ứng oxi hởa - khử

Chương 10 Phương pháp chuẩn độ oxi hóa - khử ¬

10.1 Chất chỉ thị oxi hớa - khử

10.2 Đường dinh phan

10.3 Sai sé chỉ thị

10.4 Chuẩn độ chất đa oxi hớa - khử

10.5 Một số ứng dụng phổ biến và diến hình của phương pháp chuẩn độ oxi hứa - khử

`108.1 Các chất ki hớa hé trợ

106.2 Cae chat khử phù trợ Các loại cột khử

:10 õ 3 Một số tả dụng của các phương pháp oxi hứa - khử

Chương I1 Sai sổ trong phần tích xử lý số liệu thực nghiệm $ theo thống kê toán học

11.1: Định nghĩa các Khải niệm

11.2 Các đại lượng trùng bình

11.8 Cac đại lượng đập trưng cho độ phân Lần

11-4 Các loại phân bố

| 118 Biên giới tin cậy

116 Hiểm tra thông Ke các dữ kiện thực nghiệm

113 THỊ

145

116 Ld?

MỤC LỤC

t17 Đánh giá kết quả phân tích thao thống ké

PHAN THU HAL

CAC PHUONG PHAP CONG CỤ Chương 13 Phương pháp do dộ dấu điện

12 1 ác diểm của phương phảp do độ dẩn diện -

¡22 Độ dẫn diện tiếng và đỗ dẫn điện đương lượng

1221 Dạ dẫn điện tiếng

129 Dạ dẫn diện đương lượng

122 8» Chat dién li trong trường dong cao tần

123 Các thiết bị của phương pháp do độ dẫn diện

134 Các phương pháp phân tích đa độ dẫn điện

1241 Phương pháp de trực tiếp

1249 Phương pháp chuẩn do độ dẫn diện

1243 Dịnh phân với đồng cao tần

125 Ưng dụng của phương pháp chuẩn đo độ dẫn điện

Chuong 13 Phuong pháp phân tích do điện thé

18-1 Dac didém chung ctia phương pháp phân tÍch đo điện) thế

1351 Trường hợp định phân theo phương pháp txit-bazd

135.2 Trường hợp định phân bằng phản ứng oxi hóa - khử

1353 Trường hợp định phân bằng phản ứng tạo kết tủa

135.4 Trường hợp định phân bằng phân ứng tạo compleyon

136 Ứng dụng của phương pháp đo điện thế

Chương 14 Phương pháp phân tÍch von - ampe

14 1 Cơ sở của phương pháp

14.1.1 Đặc điểm chung

14.12 Quá trình xảy ra trên điện cực giọt thủy ngân

14.18 Dian thể nửa sóng và phương trình gống cực phổ

CÓ SỐ HÓA HỌC PHAN TÍCH

14.15 Phương trình Inkoviteh

143 Bơ đồ thiết bị phân tích cực phổ

14 3 Các phương pháp von - ampe trực tiếp

14.3.1 Diện thể nữa sớng và phân tÍch cực phổ dịnh tính

143.2 Phương pháp cực phổ dòng một chiều

143.3 Phương pháp do vị phản

143.4 Cực phổ dòng xoay chiều

14 3.õ Cực phổ xung

1436 Phương pháp von - anmpe quết thể nhanh

14-8 7 Phương pháp von - ampe nguge

14.3.8 Phân tích hợp chất hữu co

144 Phương pháp chuẩn ampe

144.1 Đường định phân chuẩn ampe

14442 Các phản ứng dùng trong chuẩn nhìpe

14.443 Dịnh phản với hai điện cực chỉ thị

õ Ứng dụng của phương phấp von - ampe

ye Chương 15 Phuong pháp diện phân và do điện lượng

‘ 15.1 Dinh luật vẽ sự điện phân

15 2 Diện thế nhãn hủy va qua thé

1ỗ 8 Phương pháp phân tích bằng quá trình điện phản

1 ä.1 Sơ đồ thiết bị điện phân

1 8.2 Tách bằng phương pháp điện phân

$153.3 Diện phân với catot thủy ngân

H534 Phương pháp nội điện phân

15.4 Phương pháp do điện lượng

15.4.1, Phin tích đo diện lượng với việc kiếm tra điện thể

16 42 Phân tích do điện lượng khi kiểm tra dang

1ð õ Ủng dụng của phương pháp điện phần và do điện lượng

Chương 16 Mở đầu về các ; Phương pháp phân tích do quang

16.1 Đặc tính của bức xa điện từ

16.2 Pho điện từ

- 168 Be đồ dại cương của các thiết bị đo quang

| | Chuong 17 Lý thuyết chung về các phương pháp phổ hấp thụ phân ti p

17 1, Định luật Bouguer|- Lambert - Beer

17.2 Ung dung eta dink Iuat Beer

1721 Đổi với một thất nghiên cứu

1723 Đối với hỗn hợp chất nghiên cứu

17.8 Những sai lệch đỡii với định luật Beer

240 2a2

lạ MỤC LỤC

Chương 15 Cúc ứng dụng của phương pháp hấp thụ phân tử

18 1 5ø đũ thiết bị đo độ hấp thụ quang 279

Chương 19 Phương pháp phổ huỳnh quang phan it

19.1 Dại cương về phương pháp phổ huỳnh quang phan ¢ ị 293

1988 Công cụ trong phương pháp huỳnh quang phân từ | 295

194 Ung dụng của phương pháp phổ huỳnh quang phân tử 297 194.L Ứng dụng trong phân tÍch định tính 297

1942 Ung dung trong phan tích định lượng 297 Chuong 20 Phương pháp phổ phát xạ nguyên từ

2021 Nguồn gốc phổ nhát xạ nguyên tử 301

2023 Sư kích thích phát vạch quang phổ 304

3094 Các dác trưng của các vạch quang phổ 304

208 ác thiết bị chính trong phân tÍch quang phổ 306

2031 Dae điểm chung của các thiết bị quang phổ 306

205 Phương phán quang phổ phát xạ định lượng 317

9052 Phan tích quang phổ bán định lượng 318

2058 Phương pháp quang phổ định lượng bằng kính ảnh 319

CO SO HOA Hoc PHAN TÍCH

20 5.5 Phương pháp hóa quang phổ

20.6 Ung dụng của phương pháp quang phổ phát xạ

Chương 31 Phố hấp thụ nguyên tử

21.1 Đặc điểm của phương pháp

21.4 Diều kiện tạo thành phổ hấp thụ nguyên tử

21.2.1 Quá trình nguyên tử hớa

2123 Sự hấn thụ bức xạ cộng hưởng

318 Các thiết bị của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

313.1 Nguồn phút bức xạ cộng hưởng

218.2 Thiết bị nguyên tt hoa

313.8 Máy phát tỉa dơn sắc

21.3.4 Thiét bj ghi phổ

31 4 Phương pháp phản tích phổ hấp thụ nguyên tử

21.5 Ung dụng của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

@ Chương 22 Phương pháp chiết

22 1 Dac diém của quá trình chiết

22 1.1 Đặc điểm chưng củn phương pháp

22.1.2, Phan loai quả trình chiết

22.2 Các đặc trưng định lượng của quả kiỉnh chiết

22.2.1 Dinh ludt phan bé Nernst

32.3.2 Hệ số phân bổ

22.28 Đạ chiết R

22.24 Hệ số tách và hệ số làm giau

22.8 Chiết hợp chất nội phức

22.31 Đặc điểm chung của quá trình chiết hợp chất nội phức

22.32 Giới thiệu một số quá trình chiết hợp chất nội phức

22.4 Chiết các tập hợp ion

22.6 Tốc đệ quá trình chiết

22.6 Ứng dụng của quá trình chiết

9 Chương 23 Phương pháp sác kỉ

23.1 Cac van đề chung của phương pháp sắc li

23.1.1 Dac diém chung của phương pháp sắc kí

28.1.2 Cơ sở của phương pháp sắc kí

23 1.3 Phan loai các phương pháp sắc kÍ

23.14 Các cách tiến hành phân tích sắc ld

23-2| PÍc sắc kÍ và các Hạc trưng của quá trình rửa giải

28.8 Gơ sở 1Í thuyết củn phương pháp sắc kí

347

347

348 348

2382 Cae dic trưng cơ bản của sắc ld lớp mỏng ! 868

%364 Sác kí lắp mỏng trong phân tÍch định tính 364

3385 Sắc kí lớp mỏng trong phân tích định lượng | 365

3386 Ưng dụng của phương pháp sắc l lớp mỏng ị 385

3399 Các dạc điểm kỹ thuật sắc kí giấy 366

23.116 Ung dụng của phương pháp sắc kí khí 325

23 12 Các ứng dụng chung của phương pháp sắc kí 875 Thi liêu tham khảo

PHAN THU NHAT

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

PHAN TICH HOA HOC

CHUONG 1

CÂN BẰNG HÓA HỌC VÀ HOẠT ĐỘ

“tong Hóa học phân tích ta thường phải tỉnh nồng độ cần bằng cua it than gia và được tạo thành trong các phản ứng phân tÍch, tức là nồng do cưa các chất đó lthí nhàn ứng đạt tới trạng thái cân bằng Để tỈỉnh các nồng độ cần bằng, người tì thường

sử dụng biểu thức của hàng số căn bằng được thiết lập bằng cách đũng dịnh luật tác dụng khối lượng Giả sử xét cân bằng hóa học:

nà + nB +.=—m pŨ + gD + (A), trong dé A, B, C, D 1a nhitng cấu tử tham gia cân bằng (a) mã chúng không Lịch diện

Ap dụng định luật tác dụng khối lượng, ta có:

[f"ipn

{AJ]"B]"

trong dé [A], {B], [C), [D} la néng dé can bing cia cdc chal A, B,C, D và # là hàng

số dân bằng là đại lượng chỉ phụ thuộc vào nhiệt dộ Nếu A, B,Ú,D là những ion, thì

ta phải tính đến tương tác tĩnh diện của chúng, nên trong biểu thức (1.1) tà phải thay néng độ bằng hoạt độ

qioạt độ œ của một chất được xác định bằng hệ thức:

trong đó, Œ là nồng độ của ‘ion; f 14 hé sd hoat do

Đại lượng ƒ phụ thuộc vào lực ion # cba dung dich Lue ion w bidu thi tuang tic tĩnh điện giữa các ion trong dung dịch

16 CAN BANG HOA HOC VA HOAT DO

Khi 0,02 <p < 0,2 thl f duge toh bằng hệ thức

ZR logf = -—0,5 ————

Thi de 2: Tinh hoat độ của các ion trong dung dich KCI 0,1 M

Lực ion » eta dung dich

y= 0,5(12 0,1 + 120/1) = 01

vụ = 0,39 Hiệ số hoạt độ của ede ion:

log f gt = le fq~ = (0,5.12.0,32)K1 + 0,82) = 0,121

f = 0,757 oat độ của các lon:

gự+ = ac7—-= 0/7BT1011 mol, Khi >0,2 thì hệ số hoạt độ ƒ được tính bằng công thức:

CÓ SỐ HÓA HỌC PHÁN TÍCH oo

trong đó j là hệ số thay đổi cũng với lon

Nếu A, B, C,Ð trong hệ thức (1.1) là những ion, tức là những phán tự tích diện thi biếu thức hằng số căn bằng cơ đạng snú:

Ky = i1 "1 rig tl ek aa

[AJ*BM" /A/n

trong đó, /C được gọi lì hằng số cân bằng nồng đọ, dại bảng này hùng những pli

thuộc vào nhiệt độ mã còn phụ thuộc ví

Các hàng sở cân bằng của các hệ kÌ

gõ ion của nước, tích số tan của cất

phức chal ghi trong ede thi liệu thường là các biếng so leat ho Tùng; phe de tind toán dược đơn giản, khi tỉnh nồng đệ cỉ

độ thường dược coi bằng hàng số cần bằng nông đố, lu là tà hu que su Lưng

diện của các lon trong dung dich và coi hệ gổ hoat dé bang NÓI qua Đình loan, như vậy, sẽ thiểu chính xác Nhưng vì ta thường đũng cầu dung

thể nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được `

t khó bán, huớp sử lu ca không lh búa (Ho

rion trong dung dich bị tiệt hang

we iad

lung, Hòa với di eo

Prong các chương sau, dế đơn giàn hứa việc tính tuần hệ sử hunL da thường dượt

coi bằng 1

Giá sử chúng ta phải xét cân bằng (a) mã các chất A, H, G1 Hong dĩ cón Đán gia vào các phân ứng phụ khác (như phan dng trae ddi proton, phiin ng Lao phước chat, phản ứng tạo kết tủa) thì nồng dé cua ching tham gin vao can bang Gu gd phan dc nghĩa là các phản ứng phụ đã ảnh hưởng đến can bằng uo duo fh: btu thi anl huang: của các phản ứng phụ đến cân bằng (a), người ta thugng ding ail dang: ban

hằng số điều kiện Gọi [A], [B),(Ø],(D] là tổng nông dò cần bang của

A,B,C, D trong dung dịch thi {A] (B], (C] (D} chi bang mot phan cu

{[A], [EB), [C), [D'], tức là:

{A] = (Ala, i [BỊ = [BÍ] sự, trong dé a,, ay 1a cdc hé số nhỏ hơn 1 là những đại lượng biểu thị ảnh hướng của 6 phản ứng phụ tới nồng độ của A, B, C, D Lự do

“Thay các nồng độ cân bằng {AJ, [B], biên vào hệ Lhức biểu diễn hàng số cán băng nồng độ của cân bằng (a), ta có:

_ (ew (CP ak DIS ah (CPD}az ay, We uf ath ay

e [AI [Be > "mm m ap[P' Ụn ah {A]"IBJ"a ah an ah

I CAN BANG HOA HOC VA HOAT DO

những nhụ thuốc vào nhiệt độ, vào lực ion của dung dịch mà còn phụ thuộc vào cá nông

độ của các chất khác tức là phụ thuộc vào điều kiện của dung dich trong đó cân bằng chính (a) được thiết lập Các thí dụ cụ thể sẽ được trình bày trong các chương sau Trong các phương pháp hóa học nói riêng cũng như trong tất cả các phương pháp của phân tích nói chưng, người ta thường nghiên cứu sử dụng các loại cân bằng chính

sau diy:

- Cân bằng axit - bazơ (hoặc cân bằng trao đổi proton),

- Cân bằng tạo phức

- Cân bằng kết tủa

- Cân bằng oxi hớa khử (hoặc cân bằng trao đối eleetron)

Trước khi đi vào xét cd sử ! thuyết của các loại cân bằng trên và Ung dung của chúng tong các phương pháp hóa học cũng như hóa lí của chủng, chúng ta hãy đề cập đến nguyên tác của các phương pháp hóa học: phương pháp phân tích khối lượng và

19

CHƯƠNG 2

DAI CUONG VE PHAN TICH KHOI LUONG VA

PHAN TICH THE TICH

2.1 Nguyén tic chung của cúc phương phúp phân tích khối lượng

Phần tích khối lượng là phương pháp định lượng hda hoc taong dó người Ia do chính

ác định hoặc những hụp phần của nữ đã

xác bằng cách cân khối lượng của chất cần

dược tách ta ở trang thai tỉnh khiết hớa học hoc là đười dạng hợp chất cứ thánh phần biết trước

"Phí dụ, để định lượng vàng trong hơp kim, người ta lấy một mẫu dại diện cho hop kim dd, dem hoa tan mẫu nãy tong một lượng thích hợp nước cường thủy CHƠI + HNO¿) dể chuyển hoàn toàn mẫu thanh dung dich Dem ¢

những thuốc thử thích hợp, rồi khứ chọn lọc và định lượng vàng (11) thành vàng kn loại Au Đem lọc, rửa kết tủa Áu đố rồi sấy và nung đến khối lượng khong đổi Cuối cùng cân lượng Âu đó trên cân phân tích để xác định khối lượng của nổ “ừ khối lượng nay xdc định hàm lượng vâng tiếng, mẫu hợp kim

Để xác định magie người ta tiến hành như sau: Hòa tan mẫu phân tích Long dung môi thích hợp để chuyển toàn bộ lượng magie vào dụng dịch dudi dang ion Myet Ché hoa dung dich bang cde thuốc thử thích hợp để kết tủa hoàn toàn ya chon lee ion Myg?* duéi dang hgp chat khd tan MgNH,PO, Lọc, vữa kết tủa rồi sấy và nung nổ ở nhiệt độ thích hợp để chuyển hoàn toàn thành hợp chất MgaP;O; Cuối cùng cân để xác định khối lượng của nó Dựa vào công thức của kết tủa và khối lượng vừa cân dược sẽ tính được hàm lượng của Mg trong mẫu phân tích Trong thí dụ này hop chit MgNH,PO,

& hớa dụng dịch dd bang

20 DAL CUONG VE PHAN TICH KHOL LUONG

được kết túa dẻ Hích dịnh lượng magie nên dược gọi là dang kết tủa côu MgaP¡O; là

hợp chất được táo thành sau khi nung dạng kết tủa và được cân để xác định hãra lượng

của mưgie nên dược gọi là dạng cân Phương pháp phân tích khối lượng magie như

trên được gọi lÀ phương phảp kết tủa Phương pháp kết tủa là phương pháp dược sử

dụng phớ biển nhất trong phần tích khối lượng

Để xúc dịnh CÓ; trong quảng cacbonat, người ta phân hủy lượng cân mẫu trong

một dụng cụ tiếng bàng aXÍt:

GIÓ, + 2HF + Ca?! + CÔ; + HO Toán bộ lượng khí CO, giải phong ra dược hấp thụ hết vào hổn hợp CaO + NaOH

dựng trong mốt bình tiếng Lương GO; đơ được xác dịnh theo độ tủng khối lượng của

bình dựng bản hyp hip thu Phường pháp xác định hàm lượng CO, như trên gọi là

2.2 You cầu của dạng kết túa và đạng cân

Để phường pháp phân tích khối lượng đạt được dộ chính xác cao, dang két tủa phải

thôn mĩn những yếu cầu sau:

phái thực tế không tan Muốn vấy, khi tiến hành kết tủa người ta

ên thích hợp như pH tối ưu, nồng độ thuốc thử, nhiệt dộ thích hợp dể kết tủa hình thành thực tế không tan hoặc, như người ta nói, chất phân tích

-ưdu làm kếE tủa một cách định lượng, thí dụ kết tủa tới 99,99%

- IŒL bạn Lhụ dược cần phải tính khiết, không hấp kết và nội hấp các tạp

ất CHÍ có như vày thì dang cần mới có thành phần xúc định ứng dùng với công thức

Các yêu cầu trên cin dang két từa sẽ được bàn lỉ và sâu hơn trong chương VIÍ (mục

kết tùa hoàn toãn và độ tỉnh khiết của kết tua)

phần tích khối Tượnjla chất rấn thu được cuối cùng phải có công thức xác định để cá thể từ khỏi lượng của nở tính ra được chính xúc hàm

lưỡng nguyên Lũ hoặc lon cân dịnh phân Đổi với những kết tủa loại BaSOi cơ công thức

xác định, bên vững ở nhiệt đỗ cao, nên sau khi rừa sạch và sấy khô thì từ khối lượng

A nd có thé ỨÍnh được lưỡng ion Ba?* hoặc 9O2— cơ trong dung địch phân tích Như

%, trong trường hợp này đạng kết tủa và đạng cân là một hợp chất Nhưng „ không

it hết tủa, chẳng hạn Fe(OH), vi AL(OH)3, thường không có công thức xác định, nên

khong thd chon là đang cân mã phải nung chúng ở nhiệt độ cao tới khi có khối lượng

không đổi dỡ chuyển chúng thành ƑeaOa hoặc Al:O; là những dang cin Dang cin phải

mg tuức xác định, có thành phần không đổi từ khi sấy hoặc nung xong

dd x ân phân tích "Thí dụ, đang cân không được hút ẩm, không hấp thụ

khí CÓ; có trang không khi, không bị phân hủy bởi ánh sáng v v Để thỏa mãn yêu

hành phân tích theo những kĨ thuật nhất định -

- Dễ cơ dược kết quả phí ch càng chính xác, khối lượng moi của dạng cân cảng

lên hơn khối lượng ủa nguyên tổ hoặc ion cần phân tích thì càng tốt PhÍ dụ, cớ

thể xúc định Cu! dưới dạng cân là BaOrO, hoặc CtạO+; Giả sử, sai số tuyệt đối khi cân

cầu nãy cần phải !

đu 2 ể » Rye 0,238

CO SO HOA HOC PHAN TÍCH ™ foe fo 9g

— BaC:O, và cy Ó¿ đều là một tug, nhưng khí cân ở dang Ci,0; thi sai sổ là 104, 1/182

= 7 mự Ct, còn khí cân d dang Ba, ©, thi sai sé Ja 52 x 1 253,3 = 0,2 mg Cr oho

hon trường hợp trước 6,7/0,2 =3,5 lần

3.3 Cách tính kết qua trong phan then khối lượng Ô / 5 3 0 ự

8 Hệ số chuyến

“hằng thường dạng căn không phải là dạng cần xác định hàm lượng Vĩ vậy, từ khi

lượng của dang can phai tinh khối lượng cua đạng Cân xác định ham lượng Do du, de

tiện cho việc tÍnh kết quả phần tÍch, người ta đứa ra khái niệm hệ gố chuyển Dd la đại

lượng mà ta cần phải nhân khối lượng của dang can vai nd dé được khối lượng của dạng

cần xác định Thông thường hệ số chuyển là tỈ số

khối lượng của một, hai hoặc nhiều nguyên tử hoặc phản tử hoặc lon của dạng cần xúe định và khối lượng phần tử

của dụng căn Trong trường hợp xác định Sï thì hệ số chuyên từ Sid, (dang can), thành

Bi, dạng cần xác tinh ham lượng là:

Si

Thí dụ khác: Nếu dang can lA MpaP;O; và dạng cần xác định hàm lugng ta Mg ,MgO

hay MgO, thi ha sa chuyến lần lượt là;

2Mg +

TNg =——— = 0/9185 8 Mg,P,O,

3MgO

go E—— = 06,3622 Meo Mg;P;O;

+ Cách tink het quả phân tích

Thông thường người ta tỉnh kết qua theo phan tram khối lượng củn chất cin dink

phản trong mẫu

KX Giả sử lượng cân mẫu là P(g), khoi lugng dụng căn là # {g, K la hệ số chuyến

Ham lượng tính thao !% khối lượng x

x% =

22)

Trong trường hợp phân tích khí và hơi

thl cach tinh kha don giản Thi du dé xae định độ ẩm của mau ta lay Ð É) mẫu Sau khi sấy khô thì cần lại p '(g) Vậy độ ấm của

CUONG VE PHAN TÍCH KHÔI LƯỢNG -

hàm lượng các chất dựa trên Sự do thể tích dụng địch thuốc thử đã biết nôn độ chính

xác (được gọi là dung dịch chuẩn) được thêm từ buret vào dụng dịch của chat

dink phan, vita tac dung đủ với tất cả

lượng chất

m từ từ dunB địch chuẩn bằng puret via

dung dịch chất định phân gọi là sự chuẩn độ điểm đã thêm lượng

thuốc thử vừa đủ tác dụng với toàn bộ định phân gọi là Fim tượng đương DI

điểm tại đó t4 tết thúc chuẩn do, gol là điểm cuối, Phong thường điểm, cuối

tông trùng với điểm tương dương, nghi

a thể

= aan Sĩ KiönE bàng thể tích cha no tất dụng

vừa

với chất định nhân Ẩthể tích dun

với điểm tương dương), vì vậy sự

mát như sự đổi mẫu, sự xuất hiện kết tủa fam duc dung dịch xây 14 ở ¡ất gần điểm

dd Những chất đó dược gọi là chất chỉ

thị

25 Phan tng ding tong phan

tich thé tich

Những nhân ứng bda hoe ding trong phan

tich thể tích phải théa xuần các yê9.râu

- Chat

phản ứng *

„ Phản ứng phải xây LA rất nhanh Đối với

các phan Ung chậm, cần làm tang tốc độ eta chang bing cách dun nóng hoặc dùng

chất xúc tác thích hợp

| Phan ting phải chọn lọc, nghĩa là thuốc

thử chi tac dung với chất định phân teh

int: phan phải tác dụng hoàn toàn với

thuốc thừ theo một phương trinh + định, nghỉu là theo một hệ số tỈ lượng

phân tích thể tích theo hai cách sau

đây:

Phan lowi theo ban chất của phân ứng

chuẩn dộ:

3XPhương pháp axil-baze (hode phương pháp

trung hòa): Phương pháp này dựa trên phân wing pitta cae anit vi baad (phản

ứng trung hòa (Ht + OH HO) để

định lượng

trực tiếp hoặc gián tiếp các nxÌt, bazgd

và muối + Phương phéP hết tha: Phudng pháp

này chủ yếu dùng để định lượng các

thuốc thứ có tên chung là complexon

de phuong phap oxi hóa - khử: Phương

pháp này dựa trên phan ứng oxi hóa -khử

và

thường dược dùng dể định lượng tIỰC

tiếp các nguyên tổ chuyển tiếp và một

số chất

hữu cứ, ngoài ra ta còn có thể xác định

gián tiếp một số lon vỗ CƠ

CÓ SỐ HÓA HOC PHAN TicH "

Phân loại theo phương: pháp xác định diểm cuối

sác phương phủp hóa học đựa tiến sự đời máu của chát chỉ thị tại điểm vuổi

` Các phương nhảp hỏa tí dựa trên sự biên đới đột ngột cua một tỉnh chất vật lỉ

nào đó tại điểm cuối như cường độ mâu, điện thứ, độ dẫn diện vv

37 Các phương pháp chuẩn do

Tuy theo trình tự tiến hành chuấn độ, người ta chia thành các chuẩn độ sau;

& Chuda dé tute điệp: Thâm từ từ dụng dịch chuẩn từ burẹt vin dung dich dint phản dựng trong binh nda Thuée thy R tác dụng trực tiếp với chất định phản X:

R+X + Q+Y (a) Dun vie néng dé dung dich chusia, thé teh etia ag đã kiểu tổn và phương Hình phan ung (a), ta tính được lượng chất X đã phần ứng

& Chuẩn độ ngược: Thêm một thế tích chính xác và du dung dịch chuẩn vào chất dịnh phân Sau dỡ chuẩn dộ lượng thuốc thử R côn dư lại bằng một thuốc thử khảe 2 thích hợp Đựa vào thể tích va nông đó của các dung dich chuẩn R và TỪ và nhương trình các phản ứng, ta tính được lượng chat X hos nồng 6 cua nd Phuong pháp chuẩn

độ ngượt này thường dược sư dụng để định lượng các chất tham gía các phản tỉng xảy

va cham hoặc không có chất chỉ thị thích hợp để

K Chuẩn độ giản tiếp: Cách chuẩn độ này dùng dể định lượng chất X không tiên

hành chuẩn dộ trực tiếp bằng thuốc thừ nào dd Chuyển X vào một hợp chất thích hap chứa Ít nhất một nguyên tế cú thể xác định trực tiếp được bằng một thuốc thử thích hop

WyChuẩn dộ phản đoạn: Trong một số trường hợp có thể chuẩn độ lần lượi eäc chất X,Y, 2 trong cùng một dung dịch bằng một hoặc hai dung dịch chuẩn,

3.8 Nồng độ

Nong độ là đại lượng dùng để chỉ hàm lượng của một cấu từ (phân tử, ion} trong dụng dịch

Sau đây là các cách biểu điển nồng độ trong hớa phân tích

Nong d6 thé tich: Nong độ thể tính ctla mét chat ling 1a tl s6 thé tích của chất làng

đó và thể tính oda dung môi lớn (thường là nước) "Thí dụ dung dịch HƠI 1: 4 là dụng

địch gồm 1 thể tích HƠI đặc (có khối lượng riêng d = 1,1B5g/mÙ và 4 thế tích nước Nông dộ phần trăm khởi tượng: Nồng độ phần trăm khổi lượng của một chất trong dụng dịcH là số gam chất đó tan trong 100 g dung dịch Thí dụ dung dich NaOH 25%

là dung dịch chứa 25g NaOH trong 100g, tức là dụng địch gồm 25 g NaOH và 75 g nước

Thí dụ 1 Cần hòa tan bao nhiêu gam NaCI vào 100 g nước để được dung dich ndng

3 Al CUONG VE PHAN TÍCH

KHOI LUONG

ce ÏïỶm.mm CC co

dg 10%

Đặt ø là số gam NaCl @ can haa tan, ta cd:

ae 100 = 10; BUY roa =tiill

&

a + 100 Thi du 2 Có bao nhiêu gam H,50, nguyén

chat trong t mi dung dich axit sunfuric dac 98% od khối lượng tiếng d = 1,84 giml?

Dat a lA số gam H,SO, a can tinh, ta có:

_ ——_ 100 = 98; suy T8 a = 1,803 ¢

1,84

Nöng độ moi; Nông độ mel của một chất

là số mol chất dé tan trong 1¡ dung dịch Loui nang do Ay dude kí hiệu bằng chữ M

hoặc mol/L hoặc mol.F1 đặt sau chữ số chỉ

sé mal Thi du: dung dich NaOH 0,1M tức

la dung dich chứa 0,1 mol NaOH hoặc 0,1

x

40 = 400 NaOH tuong LÝ dung dịch

Nếu œ lñ số gam chat tan trong V tlt dung

dich va Aí \à khối lượng moi của chất tan dd chi nang do mol Cy, dude tinh theo

cong thie:

CwalM V Mếu V biểu thị theo mil, thi:

¢

126 250

Nông do dương lượng: Trước kia trong hóa

học người ta thường dùng khải niệm đường lượng và dương lượng gan nen trong

hớa học phân tích, đặc biệt trong phân tịch thể tích người ta thường dùng loại nồng độ nay

Vì dựa theo định luật về dương lượng: trong một phan tng chuẩn độ, các chit phan

tng gối nhau theo cùng mot sé mol duong lugng bode chng mot sé milimol duong lượng,

thì việc tính toán kết quả phân tích rất thuận lợi và dé dang Nhưng ngày nay trên

thể giới người ta không dùng đến khải niệm đương lưƯỢnB và mọi đương lượng nữa nên

các nước Ít dùng khải niệm nồng độ đương lương

„ Nũng độ dương tượng của một chất la sé

mol dương tượng (Ð) của chất đó trong một lít dung địch hoặc số milimol (mÐ}) của

chat dd trong 4 mi dung dịch và thường dược kí hiệu bằng chữ N dat sau chit số chỉ số

nồng độ “nhí dụ, dung dich NaOH 0,1N

la dung dich chứa 0,1 mọi dương Tượng

NaOH trong Ì lít dung dich của nó Nếu #

là

số gam chất tan trong Vĩ dung dịch (hoặc

ø là số mg chất tan trong Ÿ mÌ dung dich

}

và D 1A khối lượng mol đương lượng (Ð),

đại lượng này trước kía duge gol là dương lượng gam, thÌ có thể tính nồng độ đương lượng

theo công thức:

no py

COSA HOA HOC PHAN TICH 25

milimol đương lượng nếu Ð tỉnh theo mililit

TChấi lượng mới đương lượng Ð của một số chất là số gam chải đó về mật hứa học

tương đương vũi một nguyên từ hoặc một mọi lõn F' hoặc OH~ hoặc 1/2 môi oxi (0) Đương lượng moi của một chất không phải là một hàng số như lthối lượng moi, mã thay đổi tùy theo phản ứng nd tham gin

Thi du, trong phản ứng trùng hòa các dun asit, don baz, chang han:

HC] + NaOl - Sal + H,O Duong hang mol D cua HC) hoae NaQil bang khối lượng mùi của các chất đó

THPO, + NIOH + Ni ,HPO, + HO thì dương lượng moi của HàPO, bằng khối lượng moi của aö, = Af

Nếu chuẩn độ theo nặc thứ húủ:

H,PO, + #NAOH ~ NalH,PO, + 3H;O thị đương lượng mọi của EÍPO, bằng 1/2 khối lượng moi của nở vì phần axit đã được chuẩn độ tương đương với hai noi H; D = 0,5M `

“Trong các phản ứng oxi húa khử đương lượng mọi của một chất exi hóa hoặc một chất khứ bằng Ihối lượng moi của nổ chia cho số electron ñ mà một phân từ hoặc một jon chat dé tìao đổi, "Phí dụ, khi tà chuẩn độ dung dich Fe** bang dung dịch chuẩn KMnO, theo phan ứng:

MnO; + 5Fe** + 8H! + Mn?! + BƑe't + 4H,O thì đương lượng moi của Fe*t (hoặc của Fe hoặc cla FeSO,) baug khoi lượng mọi của

nd D = Ä/ và dương lượng mới của MnOT (hoặc của KMnO,) bang 1/8 khối lượng mol của nó Ð = 1/5M, vì tieng phản ứng đỏ:

Fe?* ~ le = Fe3*

va MnO; + Se + 8H* = Mn?* + 4H,0

Dể tìm khối lượng moi dương lượng của một chất trong phản ứng oxi hơa lhử tà không cần phải viết cA phản ứng nó tham gia mà chỉ cân viết nữa phản ứng của nó Thí dụ:

MnOT + 8H! + 5e ~ Mn"! + 4H,O D = Miã

G0” + 0e + IIH† = 2C3t + TH,O D = MIG

“Thí dụ: Cần lấy bao nhiêu gam tỉnh thể ngậm nude H,C,0, HạO (M = 126) để pha chế 250ml dung dịch chuẩn HCO, 0,05N dùng dể xác dịnh nồng độ dụng dịch KMnO, Vị;

C,O{~ — 9e = 3CO;

nên đương lương mo| của axit oxalic D = 0,54 = 63 g

0,05D = 63 x 0,05 Luang tinh thé ckn cin để pha 250 ml dung dich 0,05M 1a:

Dô chuẩn theo chất dink phan

Đã chuẩn theo chất cần định phân là số gam chất can định phân (ion, phân tử hoặc nguyên tử) phản ứng dũng với 1 mÌ đụng dịch chuẩn và dược kí hiệu 1a Try trong dở

R la thuốc thử, X là chất cần dịnh phân Cách biểu điễn nồng độ loại nãy rất thuận tiện cho việc LÍnh toán kết quả phân tích, đặc biệt khi phân tích hàng loạt mẫu tại các phòng thí nghiệm nghiên cứu và sản xuất

"Phí dụ: Tính đô chuẩn của dung dịch chuẩn KMnO, 0,02M theo sắt, khi chuẩn độ Fe*' theo phản ứng:

MnOT + 5Fe2t + BH! = Mn?t + 5¥e3+ + 4H,0

"theo phương trình phản ứng chuẩn dé trén, ta cd: 1 mol MnO† phản ứng với 5 mol

feet Trong L mÌ dụng dịch chuẩn TKMnO,0,03M có chứa 0,02/1000 = 2 105 mol

MnOy và do đỡ 1 mì MnOr dó phản dng vdi 5 x 2 x 10°3 = 10-4 mol Fe?* hoac

107 « 56 = 5,6 x 109 g Fe De dd:

Tgwao¿ na gurc 0/0056 8 Fe.ml

Nông độ (hoặc hàn lượng) phần triệu uề phan a

Dối với các đúng dịch rất loãng hoặc sắc hâm lượng rất nhỏ người ta thường ding các khái niệm này

Thần kriệu (thường được kí hiệu là ppm: tiếng Anh la parts per million) li số micro gam có trong một gam hoặc 1 micro gam chất tan trong 1 gam dung dịch Một cách tổng quát Ta cớ: :

Khối lượng chất tan (g)

Chn “ TT hối lượng dung dịch (g) Ty Cô “L0 gpm a

“Ehní du: Dung địch Au'? nồng độ Ì ppm, tức là dụng dịch cổ chứa l¿ø Âu trong lg

ñc 1 mg Au trong { kg dung dịch Đối với các dung dịch nước rất loãng thì cd thé coi

ñn dũng khối lượng tiêng của nước bàng Ig/ml hoặc 1 g/l "Do du, 1 ppm = 1 yghnl

hoae IA Lo mg

CÓ SỐ HÓA HỌC PHÁN TÍCH ”?

Đổi với các dụng dịch loãng hơn, người ta đừng phán tl ki hiệu ppb (parts per billion)

Khoi lugng chat tan (y}

Khối lượng dung dịch (g)

249 Cách tính kết quả trong phân tích thể tích

Việt tÍnh kết quả phụ thuộc vào cách biểu diến nồng đô vũ cách phản tích Nguyên tác chung là dựa vào định nghĩa nồng độ, phương trình phan ứng chuân độ hoặc định luật về dương lượng mà tỉnh kết quả phân tích

Trường hợp chuẩn dộ trực tiến

Cách tinh theo nong dd mol Dựa vào thể tích, nồng độ dụng dịch chuẩn và phương: tinh phan ứng chuẩn độ để tính dược lượng chải cản phan (eh thea sd tailimoE huac

số mol

Thí dụ 1 TÍnh nồng độ mọi của một dụng địch NaO11 biết tụng khi chudn dé 20 ial dụng dịch để thị phải dùng vita hét 22,75 inl dang địch HƠI 0,1089 Mi

Phản ứng chuẩn độ: NaOH + IIỚI > NaCi + Hạo

Số milimol NaOH bang sé milimol HUI

Char * 20 = 0,1080 x 22,75 Suy va: Noi = (0/1060 x 22,75) : 20 = 0,1206 Mì

Thi du 2: Whi chudn dé 0,2275 g Na,CO ¿ tính khiết d¿n CÓ; phải dùng vừa hét

23, đỗ mì dụng dịch HƠI Tính nồng độ moÌ của đụng dich TIC] du

Phản ứng chuẩn độ: Na,CO; + 2HOI + 2NaC) + CO, + HO

86 mol Na,CO, bang 0,5 sé mol HCl

88 mal HC] = (0,2275 : 108) x2

Nông độ dung dich HC] = Cy,q, = (0,2275 : 106) x 2: 0,02245 = 0,1920 M Cách tink theo ning dé duong hegng Khi tinh theo ndng do đương lượng thì cần dựa vào định luật về đương lượng là: Số mili dương lượng moi của đụng dịch chuẩn bằng

sé mili đương lượng mol chất cần xác định đã phản ứng với nhau Dể tính dược khối lượng các chất đã phản ứng phải biết khởi lượng moi dương lượng của các chất dd Thi du 3; Tinh bong độ đương lượng của dung dịch Na, 25¬Óx, biết tạng khí thêm lượng du dung dich KI tinh khiét vao 20 ml dung dich K,C1,0, 0,05N chứa axit sunftnie làm môi trường thì chuẩn độ lượng l; thoát sứ bàng 19,80 mị dụng dịch Nay5,O; dủ Mili dương lượng mới Na,8,0, = 19,80 x Nya Sao = sổ mỉÌlimol dương lượng K,C1,0, = 20 x 0,05 Do dd Nha 0 Z (20 x 0,08) : f9, 80 = 0,0506 N

Cach tinh theo dé chudn chat tịnh phản

Thí dụ 4: TÍnh hàm lượng phan tram sát trong quặng, biết tầng sau khi hòa tan 6,517 g quảng, khử hoàn toàn Fe(T) thành Fe(l), rồi chuẩn độ Fe(ID bằng dung dich chudn KMnO, ed dd chudn theo Fe 14 5,620 mg/ml thi ding vita het §7,20 mi dung dich chuẩn để

Theo định nghĩa thì 1 ml dung dịch chuẩn KMnO, oxi hóa dược 5,620 mg Fe?t, Vậy lượng Fe cd trong quang 1A 5,620 x 87,20 mg

Phần trăm của Fe là [(5,620 x 37,90) : 517] x 100 = 62,18

1S DAL CUONG VE PHAN TICH KHOI LUONG

Trường hợp chuẩn độ ngược

Thí dụ š: Để định lượng Út trong thép, người ta phân hủy 1,075 g mẫu thép thành dụng dịch rồi oxi hóa hoãn toàn CrÕ? thành CrO‡—, Sau dó thêm vào 25 ml dung dich chudn FeSO, 0,0410 M và lượng dụng dịch axit sunfurie loãng dủ lâm mội trường Lượng Fe(IU dư được chuẩn độ bằng 3,70 mi dung dịch KMnO, 0,040014 Hãy tinh ham lượng theo % khdi lugng efia Cr trong thép

Để tiện lợi ta tính theo nồng độ dương lượng :

Nong đồ dương lượng của dụng dịch chuẩn FeSO, bang néng độ mọi của nó bằng 0,0410N Nong đõ dương lượng của dung dich KMnO, bang 0,0400 x 5 = 0,2N

$6 mili duang lugng mol CrO}~ tac dung với Fe?* là:

25 x 0,0410 — 3,7 x 0,2 52 100

Truong hạp chuẩn độ gián tiến

Thí dụ 6 Dẽ định lượng chỉ (Pb) trong quặng người ta phân hủy 1,1050 g mẫu quặng thành đụng dịch Pừ dụng dịch đó thực hiện quy trình làm kết tủa định lượng chỉ trong mẫu thành PhÉtQ, Sau đó hòa tan PbCrO, bang dung dich hén hgp HCI + NaCl du Tham vao dung địch một lương di ĩ và cuối cũng chuẩn độ lugng 1, thodt ra bằng 24,20 mi dung dịch chuẩn Na;8;O¿ 0,0962N Tính hàm lượng chi trong quang theo % khối lương

Các phản ứng chính của quá trình định lượng:

ŒO7— + Pht —— PhữrO,‡ (a) 2PbCrO, + 2H + Cl APLCR + Cr, OF + H,O (b)

I, + 28,03 —— 9 +80 ()

ø Tính theo nồng dd mol

"Thao các phương trỉnh phản dng (a), (b) va (c), 1 mol Pb?+ phan ứng với 3 mol 8,037 86 mol Pb?t trong mẫu la: (24,2 x 0/0962) / (100 x 3) Vay ham lượng % khối lượng chì trong quặng là:

24,2 x 0,0962 x 207,2 x 100

——-———=!455%

1000 x 3 x 1,105 + Tỉnh theo nồng độ dương lượng

“Trang trường hợp này không cần phải viết các phương trình phản ứng để thực hiện tính kết quả vÌ theo định luật về dương lượng, các chất phản ứng với nhau theo những đương lượng moi bằng nhau, tức là số đương lượng mol cia 5;O§~ bằng số dương lượng mọi của Pb?* VÌ một ion Ph?* tạo nên một phân tử PbỚrO¿ mà Ci0F bị khử thành GIÖ? với sự nhận 3 elsetron, nên đương lượng mìo| của PbCrO, bằng 1/3 khối

việ

co sd HOA HOC PHAN TictH ay

lvong mol ciia nd, vi vay công thức tink trùng với công thức dâu tink theo nong do mol

e- Chất gốc và dung dịch của nở phải bền

d- Khối lượng moi phân tử của chất cảng lớa càng tốt dễ giun si số khí du che dụng dịch chuẩn

thi dy Cae chất sau đây là các chất gốc: RJÔIO¿, H2 Ö,

nguyên chat Cu, Ag, Aw vy Nhiều hóa chất, chang han

ngàm nước khí nhận về phòng thí nghiệm dưới địng wie by dave bị

tiên nhân đề chất lượng cño như Lỉnh khiết phần tích huậc tĩnh khiổl hếa học nhưng sau mat thai gian bị thay đổi thành phần do hỏi ẩm đều khôn; phán là chất gức Điều chế cáo dung dịch chuẩn

Nều cổ chất gốc ThÌ cân một lượng %

0,3 mg, hòa tần định lượng lượng cần trong Bình định mức có dụng tích

homie Thi du, de đữ

lầm loại kết tính

thích hợp rồi pha loãng bằng nước tới

Na,CO, 0,1M, ean can 106,0000 x 0,1 = 10,0000 g chdl do hoa tau thanh bf duag dich dùng nước cất hai lần mới cất và bình định mức dung tích 1

Nếu không có chất gốc thì trước hết điều chế dung dịch có nòng độ gần dũng, su

đó dùng chất gốc hoặc dung dịch chuẩn thích hợp để xác dịnh lại nông độ Thi du, dùng dung dich chudn H,C,0, biét chính xác nồng độ (dung dich duve diéu ché ti chat you

là H;C;O, 2H;O› để xác dịnh lại nồng độ của dung địch NAOl{ mới phá có nông dộ gần đúng

Tht du Can lấy bao nhiêu mÌ dung địch axit sunfuric đặc 88% cd d = 1,84 giml dé pha mdt lit dung dich H,SO, 5% cd d = 1 giml

Đạt thể tích dung dịch axit đặc cần lấy là Wị ta có:

VỊ, x 1,84 x98 = 1000x1%5

Suy ra, Vị = 27,73 mi

Định nghĩa axit và bazơ của Brönsted

Gở nhiều định nghĩa về axit và bazơ Trước đây người ta thường sử dụng rộng rãi định nghĩa của An trhenids Theo định nghĩa đó axit là chất khi hòa tan vào nước phân

li thành ion (H*) và anion còn bazơ thi phan li thanh ion hidroxyl (OH™) va cation Nhưng định nghĩa này không tổng quát vi chỉ áp dụng cho một số loại chất và khi dung môi là nước

Năm 1923 nha bác học Đan Mạch jN Brồnsted đề ra miột định nghĩa tổng quát

Axit là chất có khả năng cho proton và bazơ là chất có khả nãng nhận proton Mỗi axit sau khi cho một proton trở thành một bazo gọi là bazo liên hợp với axit

đó Một cặp axit - bazd liên hợp được biểu điễn bằng hệ thức sau: |

Proton không có khả năng tồn tại ở trạng thái tự do, vì vậy một chất chỉ thể hiện

16 tính axit hoặc bazơ trong dung môi có khả năng nhận hoặc cho proton

Nước là dung môi vừa có khả năng cho vừa có khả năng nhận proton, nên các bazơ

và axit có thể thể hiện tính chất của chúng trong nước

Bazo + H,0 == Axit + OH™

32 AXIT VA BAZO - PHAN UNG TRAO D6I PROTON

CH,COO7 + H,O = CH,COOH + OH™

"Theo quan niệm cổ diển thì NHý, HPO; không phải là các axit; ÔN”, GH;C00~ không phải là các bazd mà là các cation và anion cúa các muối thủy phân Nhưng theo dịnh nghịa của Brénsted thi các ion để là những axit và những bazg và phản ứng thủy phân chính là phản ứng của axit (NH†, B;PO7) hoặc bazo (CN, CH,COO™) véi nude

‘Pay theo ban chat cua dung môi, một chất có thể thể hiện tính axit hoặc bazơ

Thi due: Trong aide CH,COOH la axit vi nd cho nuée proton tạo thành bazơ liên hợp

Kio dược gọi là tích số ion của nước Nó là một hằng số, chÍ phụ thuộc vào nhiệt

độ, không phụ thuộc vào nồng độ của các jon Ht va OH™ trong dung dịch nước, © 26°C

CÓ SỎ HÓA HỌC PHÂN TÍCH 3

tích số ion của nước #tye = 101! Người ta còn thường dùng Pho = “lek g = 14

ø Cường độ của axit uà bqza Hằng số axit K, va hang sé bazo K,:

Mot axit Ichi duge hoa tan vao nude sé nhutng proton cho nuée theo phản ứng:

trong do, A là axit, B 1A bazo lien hep vél A Cong thie HOT chi proton bj hidiat hoa

và được gọi là hidroni hoặc oxoni

Axit căng mạnh tức lã nhưỡng proton cho nước cảng nhiều, tức lä hằng số cân bằng:

ew LIES}

[A]1,O]

của cân bằng (a) đố sảng lớn

Nồng độ của nước, HạO xấp xÌ bằng 1000/18 = 55,5 M là tương đổi lớn so với năng

độ cân bằng của các ion và phản từ khác trong dụng dịch, nên cố thế coi không đổi và

Đối với các axit mạnh phân li hoàn toàn trong nước (thí dụ: HƠI, HINO,, HCIO, ) thi H, coi nhu bang +e

Một bnzơ khi được hòa tan trong nước sẽ nhận proton của nước theo phản ứng:

Có những axit mà phân từ chứa 2 hoặc hơn 2 p:oton có thể tách ra được trong nước Những axit dd đước gọi là da axit Trong nước phần từ của các đa axit phan li lần lượt theo nhiều nấc và mỗi nấc cho nước một proton Ứng với mỗi nặc cổ một hàng

wo : AXIT VA BAZO - PHAN UNG TRAO DO] PROTON

Tương tự như trên có những đa bazø là những bazơ mà phân tử khi cho vào nước tần lượt nhận mét, hai, ba proton theo các nấc khác nhau Thí dụ: PO” là một đa bazd:

PO} + H,O == HPO} + 0H” pK,, = 1,64 HPO} + HQ H;PO + OH- pk, = 6,79

i H,PO; + H,0 =H;PO, + OH™ pÑu; = 11.88

ø Quan hệ giữa hằng sd oxit va hằng số bazg của nuột cập axit - bazo lién hgp: NH} va NH, Nhan cic hing sd K, va K, véi nhau, BYEH,O*][ALOH~ ta ed:

K,x Ky = {BYELOTUIAIOF) = puhoyport} = Ay,o, (89 (ANB) |

hoặc pk, + pK, = Phyo = 10° 6 25°C

Như vậy, tích giữa hằng số axit và hàng số bazd của mật cặp liên hợp bằng tích số ion của nước Vì tích sổ ion của nước là hằng số nên hàng Số axit càng lớn (axit càng mạnh) thì hằng số của bazơ liên hợp cảng nhỏ (bazø càng yếu) và ngược lại Biết được một trong hai đại lượng ta tìm được đại lượng kỉa Thi du: biết pÑ, của CH,COOH bằng 4,76 thi tinh duge pK, eta CH,COO~ bing 14 - 4,76 = 9,24

Gid su A là axit và B là bazơ liên hợp với Á, như + và CH,COO™ hoac

39, Phương trình bảo toàn proton

Phương trinh bao toan proton của mot dung dich axit - baza là phương trình biểu diễn sự trao đổi proton của các axit baz cd trong dung dich dd qua cde nồng độ cân bằng của các cấu tử trong dung dich: sé mal proton céc axit cho luén bing sé mel proton các bazơ nhận

8au đây là một số thí dụ:

Thi dy 1: Phuong trinh bao to&n proton của nước nguyên chất,

Trong các nguyên chất chỉ cổ một cân bằng trao đổi proton:

H,0 + H,0 == H,0* + OH~

8ố mol proton nước nhận là [HạO?] bằng số mol proton nước cho [OR”] vì 1 phân

tử nước khi cho đi 1 proton thị biến thành ion OH™ nên phương trình bảo tein proton Va:

{H,0*] = [OH™]

Tht du 2: Xét dung dich HC] ndng độ Ở molfiit

Trong dụng dịch có 2 axit là HƠI và nước và 1 bazơ là nước "Trong dung dich dd xây ra các quá trình sau:

HCl + H,0 == H,O* + CC ()

CO 86 HGAHOC PHAN TICH 45

Trong dung dich có axit mạnh HƠI, nxit yếu CH;COOH và bazø yếu HạO, axit yếu

HO nên xảy ra các quả trình sau:

HCl +HạO =e: HOt + cir (a) CH,COOH + H,0 == CH,COO~ + H,Ot — (h) H,O+H,0 == Hạ0! + OH- ()

Sé mol proton nude nhan bang sé mol proton 3 axit cho nên:

{H,0*] = [OH™] + [CI-] + [CH,COO-}

[OH] + Œ, + [GH,COO-]

Thi du 4: Xét dung dich NH,

Do 1a dung dich cda 2 baze (H,O, NH,) va mét axit (H,0):

NH, + H,O == NH} + OH™ @) H;O.+ HạO —> HO! +OHT” @)

Số mol proton các bazơ nhận bằng sé mol proton axit cho:

[HạO'] + [NH‡] =[OH”]

Thi du 5: Xét dung dich hôn hợp CH;COO~ và ÔN”

Trong dung dich cd 3 bazo va mot axit, nén xdy ra ede cin bing:

CH,COO” + H,O == CH,COOH + OH™ (a) ÔN” + HO = HCN + OH (b) H,0 + H,0 == H;O! +OH— ( Tổng số mol proton mà các bazdg nhận bằng số mol pioton nước cho nền phương tiình bảo toàn proton là:

[CH,COOH) + [HCN] + [H,0*] = (OH7]

Thí dụ ñø: Xét dung dich H,PO,

Dung địch gồm 2 axit: da axit (H,PO,), don axit va don bazo (H,0) nén trong dung địch có các cân bằng sau:

H,PO,+H,0 == HO +H,POT — G9 HPO; +H,O === H,O'+ HPO) HPO} +H,0 === HạO! + PO (©)

HO +H,0 == H,O* + OH- (a)

Phuong tiJnh baa tain proton của dung dịch này:

[HạO*] = [OH~] + [H,PO7] + 2[HPO7~] + 3[PO}]

i

36 AXIT,VA BAZO - PHAN UNG TRAQ DOI PROTON Thi du 7: Nét dụng dịch đa bazg CƠ” (Na,CO5)

Các cân bằng trong dụng dịch này:

C0 + H;O = HC0 + OHM (a) HCO; + H,0 == H,CO, + OH" (b) H,O +H, =H, +0H7 ©

Phương trình bảo toàn proton của dung dịch: i

[E,O'] + (HG07] + [H;0O¡] = {OH-]

thi du & Xét dung dich NH ,CH,COO

Tiong dung dich niy cd cdc cin bằng sau:

Nut + H,0 == H,0' + NE, (a) : CH,COO~ + H,O = CH,COOH + 0H” GÌ H,O + H,0 == H,O* + OH” | (0)

Phương trình bảo toàn pieton của dung dich la:

tH,0* + [GH,COOH] = (OH™] + [NBs]

3.3 pH của dụng dịch hệ dơn axit - baz0 trong nước

Để tính năng dộ cân bằng của ion HạO!, để tính pH của dung dịch các hệ axit - bazơ trong nước nói chúng, ta cân biết các quá trình trao đổi proton xây ra trong dụng địch rồi dựa vào phương trình bảo toàn proton, phương trình biểu điễn các hằng số axit, hằng sổ bazø và phương trình bảo toàn khối lượng của các cấu tử trong dung dịch để thiết lập phương trình cho nồng độ cân bằng của ion H,O*

TAL pH ctu ede dung dich axit maul

Các axit mạnh thường gập đều lã đơn axit như HCl, HNO3, HBr, HI, HSCN, HƠIO, chỉ trừ axit sunfuric 14 da axit (H,S0, cd K, = + và lạ = 102)

Gia stt cd dung dịch axit mạnh HA nong dé C, Trong dung dịch này có hai quá trình:

[EY] = [Ac] + [OH™] (@

Phương trình đó cũng chính là phương trình trung hàn điện (trong dung dịch bất

tì tổng điện tích đương luôn luôn bằng tổng điện tích âm)

kyo

+

Thay [AT] = CA và {OH”] = zt vào (c), ta có:

ữ

CÓ SỎ HÓA HỌC PHÁN TÍCH 1

#u;o

Ht} = Cy + yên" (8-8)

Phương trình (3-8) trên là phương trình tổng quát để tính nồng độ cân bằng ion

HF của dụng dịch bất Id đơn axit mạnh nào Nhưng trong thực tế cơ thé đơn giản hứa phương trình đó trong những điều kiện sau:

Nếu CA tương đổi lớn hơn 107M (thường như vậy) thì có thể bè qua {[OH~) cạnh

C, trong phương trình (c) va do do:

Tht du: Néu C, = 105 và ở nhiệt độ 26°Ú ta bỏ qua [OH~] cạnh Cụ, thì [H*] = C,

10714

= 10% Như vậy pH = 6 và [OHT] = Thế =10 và việc hỗ qua [OHT] là hợp H vì khi

bỏ qua [OH”] cạnh C, thì sai sé chỉ bằng:

10°8 x 100 10% = 1%

Néu Cy > 10° ma ding cOng thức (3-6) thì sai số còn nhỏ hơn nữa Nhưng nếu Cy xấp xÌ 107 thì phải tính [H*] bằng cách giải phương trình (3-5") vì trong trường hợp này không thể bỏ qua [OH”] cạnh Cụ, tức là phải kể đến sự phân li của nước

Thi du: Néu 6 25°C va C, = 107M thì sau khi giải phương trình

3.312 pH của các dung Wich bazo manh

Giả sử cơ dung dịch haze manh (thf dy KOH, NaOH) néng dộ Cụ

NaOH » Nat + OH™ (a) H,O + HạO === H,0* + OH™ (b)

Phuong tiinh bdo toan proton cla dung dich nay:

40 Thay [OH] =—* vào (3-7), ta có:

{H1

Phương trình (3-8) là phương trình tổng quát để tỉnh nồng độ cân bằng của lon H* trong bat kl dung dich den bazo mạnh nào Cũng như đổi với dụng dịch axit mạnh, trong

38 AXIT VA BAZO - PHAN UNG TRAO DOI PROTON

nhiều trường hợp ta không cần phải giải phương trình bậc 3 đó dé tinh pH của dung dich bazg manh Néu Cy = 105, ta có thể bỏ qua [Ht] canh C, va cd:

- Nếu giá trị Ơn xếp xÌ 107 thì giải phương trình (3-8) để tính {H*]

- Nếu Cụ = 107M thì giải phương trình:

A pH củu cúc dung địch dan axit yêu

Giả sử có dung dịch axit yếu HA nồng độ Cụ i

Trong dung dịch này có hai cân bằng sau:

Dé tinh pH cia dung dich, ta cd thể đi từ phương trình bảo toàn proton: |

Phương trình bảo toàn khối lượng với TA:

và phương trình của hằng số axÍt của axit HA: :

Từ (4) và (e) = [HAT] = CA — [HAT] = Ơc ¬ ] + [0H] @

"Thay (©') và (g) vào (), ta được:

Cc, ~ (Bt) + [OHT

[H*] ~ [OH”]

CÓ SỐ HÓA HỌC PHAN TICH 39

Phương trình (3-10) là phương trỉnh tổng quát để tính [H*] của dung địch axit yếu bat Id nao, nhưng lại là phương trình bậc 3 theo [H*], nên không giải được một cách dé dang Trong thực tế phương trình dd có thể dược đơn giản hóa thành phương trình bậc

3 trong những trường hợp có thể bỏ qua những nồng độ nhỏ bên cạnh những nồng độ

a) Nếu (OH~] << [H*], bức là coi nước phân l¡ không đắng kể [điêu nãy rất thường

gập vÌ ngay trong nước nguyên chết nước đã phân lì rất kém(fE'] = 107M) nên trong

dung dịch HA, sự có mật của ion (H"] của cân bằng (a) da lam cho cain bang (b) chuyển

sang phía tiải, tức là làm giảm sự phân l¡ của nước] thị phương trình (3-10) sẽ được

đơn giản hóa thành:

[] = K, = ————— Te 1 7 ( 3 3-11) ) b) Nếu [Ht] << Cy, tức coi HA phan li khong đảng kế thì phương trình trên chỉ còn lại là:

Thi dụ 3: Tỉnh nông độ|ion TỪ và pH của dung dịch axit salixilie 103M Biết axit

Đối với dụng dịch này, ta chỉ bê qua dược sự phân lì của nước chứ không bỏ qua được sự phân lì của axit và px, củn nó tương đối lớn Nên để tính pH ta áp dụng phương trình (3-11):

wi AXIT VA BAZO - PHAN UNG TRAO DOI PROTON

Sau khi giải phương trình này, ta được: {Ht} = 6,2 10; pH = 3,21

Chúng ta hãy tính biểu thức nồng độ cân bang cia HA va A™ trong dung dich axit

điện li của dung dịch đó

Thí dụ: Tính độ điện Ì¡ của các dung địch axit axetie có các nồng độ tương ứng là 0,1M và 0,001M

Với dung dịch nồng độ 0,1M; áp dụng công thức (3-12) tính được [H*] = 10287 Với dụng dịch nồng độ 102M áp dụng phương trình (3-11) ta tính được [H*] = 1037!

Ap dụng phương trình (3-15) ta tính được độ điện l1 ø của dung dịch nồng độ 0,1M là 0,013 hoặc 1,3%; của dung dịch 10-3M là 0,126 hoặc 12,65

3.3.4 pH của dung dịch batữ yếu

Nếu hòa tan một B5Z0 yếu B vào nước thì trong dung dịch có hai cân bằng;

B + H,0 == BHt + OH™ (a) H,0 <== HY + OH- (2)

SHA

Cũng như trường hợp dung địch axit yếu HA, đổi với dung d

sO bazg K,, nong do Cụ, ta tó thể thiết lập biểu thức tính nồng độ cân bằnglcủa các cấu tử từ các phương trình sau:

- Phương trÌnh bảo toàn proton: ˆ

Nếu bazơ phân lị khong dang kể, tức là ta bỏ qua được [OH~J] cạnh Cy thi phương

trình trên được đơn giản hóa thành:

TH dụ 1: TÍnh pH của dung dich NH 0,1M biết NH, co PK, = 4,6 st dụng các công

thức trên, ta tính được pOH = 4,26 và pH = 9,94

Tht du 2: Tinh pH eta dung dich CN~ 0,01M, biét HCN co pX,, = 9,21 CN~ 1A baze

liên hợp của HƠN:

CN7 + H,0 == HCN + OH- (a}

Nên fcN = 1011!/ Nhung = 1073979

Ấp dụng phương trình (3-18), ta tinh duge pOH = 3,4 va pH = 10,6

3.4 pH của dung dịch hỗn hợp axit và bazơ liên hợp Đệm năng

pH của dung địch axit và bazơ liên hợp HÀ + A~ (Phí dụ: CH;COQH + CH,COO-

AXIT VÀ BAZO - PHAN UNG TRAQ DO! PROTON

hoac NH} + NHạ) thay đổi không dáng kể khi thêm

vào một ít axit mạnh hoậc bazd mạnh, vì nếu tân nong do ion Ht, thi Av sẽ kết hợp với H*

tạo thành HÀ, ngược lại nếu giảm nồng do Ht, thi HA sé phan li thêm để sinh

thêm H* Kết quả là sau khi cân bằng thiết lập thì nông độ của ion Ht trong dung dich sẽ thay

déi khong dang kể

Vì vậy, dụng dịch hến bạn axit yếu và bazg liên hợp với

nó dược gọi là dưng địch

Chúng ta hãy thiết lập công thức tính pH của dụng địch hôn hợp

axit HA nông độ

cy, va muối NaA nông đệ Cy

Tiong dung dich này có hai cân bằng:

- Phương trình bảo toàn khối lượng của HA va AW:

[BÀI + [AT] = ƠA + Cn @

- Phương trình trung hòa điện:

[1+ [Na*] =[OH”]+ (AT) Hoặc (ay + Cy ={OH~]+ [A7] (a)

Tt (e) suy ra: [A7]= Cy + {H*] - {OH (0

pu (a) và (Ð, suy rai [HA] = Ca ~ fat + [OB] &)

Thay (f) va {g) vào {c), ta suy Tả:

Biểu (hức (8-50) có thể thiết lập từ hệ thúc (6) và hai căn bằng (a) (b) với lập luận sau:

Nông độ cân bằng của axit HA, [HAI bằng nồng độ ban đầu của nó trừ

đi nồng độ

Ht do HA phan li ra Nong độ H* đó bằng nồng độ cân bằng

[H*] trừ đi nồng độ Tt do nước phân li ra, tức là trù đi [OH~]

(HA = ca — (07 ~ [OR-T = Ca ~ ET + OF]

Nồng độ căn bằng của Av, [A~] bằng nồng độ ban đầu của nd Cy cong

với nồng độ

Ac do HA phan li ra:

(3-20)

[A] = Cy - (HY) - (08) Thay các biếu thức trên của [HA] và {A] vào biểu thức (c),

ta suy ra nEAY biểu thức

Đối với các dung dịch độm thường có H* và OH- không đáng kể

s0 voi C, va Cg nên phương trình (3 20) được đơn giản hóa:

‘

Thé de 2: Tink pH cia dung dich hỗn hợp CH;COOH 0,1M + CH:COONa 0,1M

Ap dung công thức trên, ta cơ:

01 PH= 4,75 +iog — = 4,75

Ho = 4,78 ~ log = 4,75 - 0,087 = 4,66

Như vậy, khi thêm 10°? mol vAo ] lít dung dich đệm cố thành phần như trên thì

PH của nở chỉ giảm di 0,087 đơn vị pH Nhung néu them 10-2 HC! vao 1 it nude cất

thÌ pH sẽ giảm từ 7 xuống 2 tức là Š đơn vị pH

DS be thi khả năng của dung dịch đệm chống lại sự thay đối pH khi thêm axit

mạnh hoặc bazg mạnh vào, người Ea ding khái niệm đện năng

Tiệm năng dược định nghĩa bằng số mọi của một bazo mạnh (hoặc một axit mạnh)

cần thêm vào 1 ify dung dịch đệm để pH cta no tăng lên (hoặc giảm đi) 1 đơn vị

VÌ đệm năng thay đổi cùng với thành phần dung dich, nan cũng thay đổi củng với

pH, do do dé định nghĩa được chính xác cần phải biểu thị đệm năng

đ ở dạng vi phan:

p dpH dpH ’

trong dd db va de fan lượt lA sé mol bazg manh va axit manh cần thêm vào một lit dung

địch đệm dé pH của nơ fang lin hay giảm đi một lượng bing dpH Th hãy thiết lập công

thức tính đệm năng Ø của dung dich dém gồm axit yếu HA nồng dé CA và muối NaÀ

nồng độ Cy

(3.23)

i

44 AXIT VA BAZO - PHAN UNG

TRAO DOI PROTON

VEC, + Cy = € không thay đổi, nên khí thêm một

axit vào làm thay đổi CA và Cy thi dC, = 7 dc, Như vậy, nếu thêm áp mọi bazd

mạnh vàn 1 lít dụng dich để tang nồng độ B lên mật lượng đƠn thì nông độ của TA

sẽ giảm di mot lượng bằng -dC

pe eae -

dpH dpR dph

Vi pH = —log[H*], nên: _ db fe—= 23 —— = 728 ['l de dey (324)

dpH dịn[E*1 ati]

Vi Cy = {Nat], nén ta tinh duge Cy tu phương trình

trung hòa điện:

[Na] + [H1 = (OH™] + {A1

8= 98 (ti + E1? qn +i) 38)

Trong trường hợp Wt va OH khong đáng kể so với

C, va Cy tức là trong trường hop pH cia dung dich dém duge tính bằng công thức đơn

giàn (3/21) thì đệm nang fi dude tinh bing hệ thức (3 25) duge don giản hóa: 0x,"

Đối với tỷ số CAÍCp không đổi, 8 tỷ lệ với tổng nồng độ C

Tê thức (327) dược thiết lập với gia thiết [H*] và [OE~] không

đáng kể so với Ca,

va Cy, nên không thể áp dụng được với các dung dịch đệm quá

loãng, Thí dụ: Tính dệm năng của dụng dịch đệm cH,COOH

0,01M + NaGH;000 0,1M

Áp dụng công thức (8.27) ta tính dược: 0,01.0,01