Nghiên cứu một số bài tập về vấn đề axit- bazo đơn chức

Nghiên cứu một số bài tập về vấn đề axit- bazo đơn chức

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 2

2 Mục Tiêu Của Đề Tài 3

3 Nhiệm Vụ Của Đề Tài .3

4 Đối Tượng Nghiên Cứu 3

5 Phạm Vi Nghiên Cứu 3

PHẦN NỘI DUNG 5

Chương I Cơ Sở Lý Thuyết Của Phương Pháp Chuẩn Độ Axit – Bazo Đơn Chức 5

1 Khái Niệm Chuẩn Độ Axit – Bazo Và Các Vấn Đề Liên Quan 5

Dung dịch chuẩn 5

Chất chỉ thị 6

2 Một Số Phương Pháp Chuẩn Độ Axit – Bazo 6

2.1 Chuẩn Độ Axit Mạnh Bằng Bazo Mạnh 7

2.2 Chuẩn Độ Bazo Mạnh Bằng Axit Mạnh 8

2.3 Chuẩn Độ Axit Yếu Đơn Chức Bằng Bazo Mạnh 8

2.4 Chuẩn Độ Bazo Yếu Đơn Chức Bằng Axit Mạnh 9

Chương II Một Số Bài Tập Về Chuẩn Độ Axit – Bazo Đơn Chức 11

II.1 Chuẩn Độ Axit Mạnh Bằng Bazo Mạnh 11

II.2 Chuẩn Độ Bazo Mạnh Bằng Axit Mạnh 17

II.3 Chuẩn Độ Đơn Axit Yếu Bằng Bazo Mạnh 21

II.4 Chuẩn Độ Bazo Yếu Bằng Axit Mạnh 29

PHẦN KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý Do Chọn Đề Tài.

Trong xã hội văn minh và phát triển như hiện nay, mỗi sinh viên trong các trường đại học cần không ngừng nghiên cứu khoa học và nghiên cứu những kiến thức thông tin đã và đang được cập nhật trên hệ thống công nghệ thông tin Nghiên cứu khoa học của sinh viên góp phần không nhỏ cho sinh viên bước tiếp trên con đường chiếm lĩnh tri thức khoa học kĩ thuật của thời đại các nghiên cứu khoa học của sinh viên bao gồm các phạm vi và nhiều lĩnh vực khác nhau Trong đó khoa học tự nhiên đang được nghiên cứu dưới nhiều hình thức nhiều đề tài đã được công bố và công nhận một trong những lĩnh vực nghiên cứu của sinh viên đó là lĩnh vực hóa học và hóa học phân tích cũng không phải là một ngoại lệ hóa học phân tích là một môn học chuyên ngành rất quan trọng đối với sinh viên khoa hóa học Học phân tích đóng vai trò rất quan trọng đối với các ngành khoa học khác cũng như trong đời sống

Nó đi sâu vào nghiên cứu và phân tích các thành phần hóa học của các chất và

từ đó cũng biết một số đặc tính của chất đó Đối với tôi là sinh viên đang học tại môi trường sư phạm với kiến thức còn nhiều hạn chế nên tôi chọn đề tài này để tìm ra mối liên hệ giữa lý thuyết và thực hành cũng như rèn luyện kĩ năng cần thiết trong việc giải các bài tập về hóa học phân tích

Đề tài này giúp cho các sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức của mình đối với môn học hóa học phân tich nói chung và phần chuẩn độ axit-bazo nói riêng Nó mang tính tiền đề cho các nghiên cứu rộng rãi hơn và đi sâu hơn trong vấn đề này Đây là tài liệu quan trọng cho sinh viên và các giáo viên nghiên cứu, tiếp thu để làm cho kiến thức phong phú hơn, biết rõ hơn về phân tích các thành phần hóa học của các chất trong tự nhiên, thiên nhiên Phương pháp phân tích, chuẩn độ này cho ta biết được độ tinh khiết của một chất, độ loãng hay đặc của một dung dịch có sẵn trong phòng thí nghiệm mà ta chưa

xác định được nồng độ của nó Tính được phần trăm của chất đó có trong một dung dịch mà ta chưa xác định được.

2 Mục Tiêu Của Đề Tài.

Nắm vững lý thuyết phân tích axit-bazo đơn chức

Biết một số dạng bài tập làm tiền đề ứng dụng vào thực hành

Khai thác các phương pháp giải bài tập đối với các dạng bài tập khác nhau

Hoàn thiện kiến thức về phân tích axit- bazo

3 Nhiệm Vụ Của Đề Tài

Nghiên cứu một số bài tập về vấn đề axit – bazo đơn chức

Nghiên cứu lý thuyết tổng quan chuẩn độ, phân tích định lượng đi sâu vào phân tích axit – bazo

Nghiên cứu giải pháp tối ưu để giải bài tập, ứng dụng vào thực hành nhanh chóng, ít tốn kếm thời gian

4 Đối Tượng Nghiên Cứu

Các bài tập hóa học phân tích

Lý thuyết, các công thức phân tích cơ bản

5 Phạm Vi Nghiên Cứu

Các loại giáo trình của hóa học phân tích hiện nay

Lý thuyết và bài tập về hóa học phân tích Các nguồn thông tin ở google

6 Phương Pháp Nghiên Cứu

PHẦN NỘI DUNG Chương I Cơ Sở Lý Thuyết Của Phương Pháp Chuẩn Độ

Axit – Bazo Đơn Chức

1 Khái Niệm Chuẩn Độ Axit – Bazo Và Các Vấn Đề Liên Quan.

Phương pháp phân tích chuẩn độ dựa trên phản ứng hóa học như

C B

Ở đây, A là chất cần phân tích, B là thuốc thử có nồng độ đã biết được dùng để phản ứng với A, gọi là chất chuẩn A và B đều ở dạng dung dịch Thông thường B được đựng trong Buret và khi được nhỏ giọt từ từ vào dung dịch chứa chất phân tích Quá trình đó gọi là sự định phân hay phép chuẩn độ Thời điểm khi cho lượng chất B vào đủ để phản ứng với chất A gọi là điểm tương đương Để biết được khi nào dừng chuẩn độ người ta dùng chất chỉ thị Căn cứ vào sự đổi màu của chất chỉ thị ta kết thúc quá trình chuẩn độ điểm kết thúc chuẩn độ có thể trùng hoặc không trùng với điểm tương đương Cần chọn chất chỉ thị sao cho điểm kết thúc càng gần điểm tương đương càng tốt

Để xác định điểm tương đương trong phương pháp phân tích chuẩn độ, người

ta còn thông qua phép đo một số đại lượng hóa lý như điện thể, độ dẩn điện, mật độ dòng điện trong dung dịch trong quá trình chuẩn độ

Dung dịch chuẩn

Để có được kết quả phân tích chính xác, một trong những yêu cầu quan trọng hàng đầu là phải có được dung dịch chuẩn có nồng độ chính xác Dung dịch chuẩn đầu tiên được chuẩn bị bằng một trong hai cách sau:

1 cân chính xác hóa chất được chọn để pha chế dung dịch chuẩn, sau

đó hòa tan nó và pha thành dung dịch có thể chính xác

2 cân chính xác hóa chất được chọn sau đó pha chế thành dung dịch Dung dịch này dược dùng để chuẩn bị dung dịch đầu tiên phải là những hóa chất có độ tinh khiết cao, có công thức hóa học xác định và bền vững trong điều kiện bảo uản bình thường hóa chất này có phân tử lượng càng lớn càng tốt vì sẽ giảm sai số tương đối của phép cân

- các chất chỉ thị thuộc loại phtalein: phenol phtalein, thimol phtalein, naphtol phtalein…

- các sunfon phtalein: phenol đỏ, brom phenol xanh, crezol đỏ…

- các hợp chất bazo: metyl da cam, tropeolin OO, metyl đỏ, đỏ trung tính, congo đỏ, metyl vàng…

2 Một Số Phương Pháp Chuẩn Độ Axit – Bazo.

Các phương pháp phân tích đều dựa vào sự thận trọng và sạch sẽ khi làm việc, chuẩn bị mẫu, đúng đắn và chính xác

2.1 Chuẩn Độ Axit Mạnh Bằng Bazo Mạnh.

V C

Với p ở trên cho thấy:

Tại điểm tương đương thì p=1

Trước điểm tương đương thì p<1

Sau điểm tương đương thì p>1

Trước điểm tương đương ( C.V<C0.V0)

[ ]

0

0

0 log

log

V V

V C V C H

log 14 14

V V

V C V C pOH

pH

+

− +

=

−

=

Sai số chuẩn độ

0

CC

C C h

w h

2.2 Chuẩn Độ Bazo Mạnh Bằng Axit Mạnh.

Trước điểm tương đương ( C.V<C0.V0)

[ ]

0

0

0 log

log

V V

V C V C OH

V V

V C V C pH

pOH

+

− +

w h

2.3 Chuẩn Độ Axit Yếu Đơn Chức Bằng Bazo Mạnh.

Khi dung dịch là dung dịch axit nguyên chất thì:

0

log 2

1 2

a a

đ

C

C pK

Với Ca: là nồng độ của axit yếu

Cb: là nồng độ của bazo liên hợp của axit yếu

Ta có lúc tương đương thì trong dung dịch chỉ có ion của bazo yếu nên

pH tại điểm tương đương được tính theo công thức:

V V

V C V C pH

+

− +

=

Công thức tính sai số tương đối:

a K h

h C

C

C C h

w h q

2.4 Chuẩn Độ Bazo Yếu Đơn Chức Bằng Axit Mạnh.

Khi dung dịch là dung dịch axit nguyên chất thì pH của dung dịch được tính theo công thức:

b C b K

V C

V C V C pK

.

log 0 0 −

−

Khi lượng axit cho vào đủ để trung hòa lượng bazo yếu đó thì khi đó

pH của dung dịch sẽ < 7 và được tính theo công thức:

a C a K H

pH =−log  += − log

Với Ka là hằng số cân bằng của axit liên hợp của bazo yếu

Và Ca là nồng độ của axit liên hợp của bazo yếu đó

Khi lượng axit cho vào đã bị dư ra thì pH của dung dịch được tính theo công thức:

0

0

0

log 14

V V

V C V C pOH

+

− +

0

0

0

log

V V

V C V C pH

K C

C

C C h

w h

Ở trước điểm tương đương thì ta có q<0 và h = [OH-]

Còn sau điểm tương đương thì ta có q > 0 và h = [H+]

Chương II Một Số Bài Tập Về Chuẩn Độ Axit – Bazo Đơn

Chức.

II.1 Chuẩn Độ Axit Mạnh Bằng Bazo Mạnh

Bài 1.a Chuẩn độ 25ml dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0.05M

Tính nồng độ HCl nếu thể tích dung dịch NaOH đã dùng là 17,50ml

b Tính bước nhảy chuẩn độ nếu chấp nhận sai số của phép chuẩn độ là

±0,2%

c Nếu kết thúc việc chuẩn độ trên tại pH = 4,0 thi sai số chuẩn độ bằng

bao nhiêu? (5)

Ta có phản ứng chuẩn độ: HCl + NaOH NaCl + H2O

Vì HCl, NaOH là axit, bazo đơn chức nên CM = CN

Theo quy tắc đương lượng ta có:

* 05 0 V

.V C

035 0 05 0

14

10 4285 , 2 10

2

57 , 48

−

pOH

4 4 6 9 14

035 0 05 0

14

10 4285 , 2 10

2

57 , 48

−

pH

Vậy để phép chuẩn độ có sai số ± 0 , 2 %thì kết thúc chuẩn độ

trong khoảng pH = 4 4 ÷ 9 6 nghĩa là bước nhảy trong khoảng 4.4 đến 9.6

86 4 035 0 05 0

035 0 05 0 10

10

4

14 4

C C h

w h q

Bài 2 Vẽ đường định phân khi chuẩn độ 100ml dung dịch HCl 0.1M

bằng dung dịch NaOH 0.1M (1)

Phản ứng chuẩn độ: NaOH +HCl→NaCl+H2O

Theo định luật đương lượng ta có: ∫ NaOH=∫ HCl

HCl HCl NaOH

100 1

0

1 0

C

C V

Khi chưa thêm NaOH, trong dung dịch là HCl nguyên chất thì pH của HCl bằng:

1 ) 1 0 log(

1 0

1 0 1

=

V V

1 0 1

V V

CC OH

10 76 4 110 100

1 0

=

V V

C V

11.68

Bài 3 Chuẩn độ 100ml dung dịch HNO3 1,00.10-3M bằng dung dịch NaOH 2,00.10-3M tính pH của dung dich sau khi đã thêm (1)

a 49,98ml NaOH

b 50,03ml NaOH

Ta có phương trình chuẩn độ:

O H NaNO NaOH

HNO

ml C

V C

V

NaOH

HNO HNO

10 0 2

100 10

0 1

CV V

C V V

V C p H

7

3 3

0

0 0 0

0 0

1067

2

98.49100

98.4910

210010

1

−

−

− +

−

=+

V C CV V

V

V C p OH

7

3 3

0

0 0 0

0 0

100

4

10003.50

10010

03.5010

21

−

=+

−

=

 pOH = 6.4 suy ra pH = 7.6

Bài 4 Tính sai số khi chuẩn độ 50.00ml HCl 0.05M bằng dung dịch

NaOH 0.01M nếu chuẩn độ đến xuất hiện màu vàng của chất chỉ thị Metyl da

cam (pT = 4.4) (1)

Theo công thức tính sai số ta có:

01 0 05 0

01 0 05 0 10

C C h

w h q

Bài 5.chuẩn độ dung dịch HCl 0.1M bằng dung dịch NaOH cùng nồng

độ Tính sai số chuẩn độ nếu kết thúc chuẩn độ khi đổi màu Meetyl đỏ từ

2 1 0 1 0

1 0 1 0 10

10

6

14 6

C C h

[ ] ( )

V

CV V V H C

V V

CV V C V V

V C p H

3 3

5 0

0 0

0

0 0 0

0 0

10 4645 0 100

45 10 45 100 10

1

−

−

− +

+

×

=

× + +

= + +

−

=

II.2 Chuẩn Độ Bazo Mạnh Bằng Axit Mạnh

Bài 1 Chuẩn độ 50ml dung dịch NaOH đến màu da cam của Metyl da

cam (pT = 4.00) thì phải dùng 80ml dung dịch HCl 2.10-3M tính nồng độ

dung dịch NaOH? (1)

Ta có phương trình chuẩn độ:

O H NaCl HCl

V V

CV V C V V

V C p H

3 3

4 0

0 0

0

0 0 0

0 0

10 46 3 50

10 2 80 80 50 10

1

−

−

− +

×

= + +

−

=

Vậy nồng độ của dung dịch NaOH là 3.46.10-3M

Bài 2.Thêm 40.0ml dung dịch HCl vào 50.0ml dung dịch NaOH thì pH

của dung dịch thu được bằng 10 Nếu thêm tiếp 5ml dung dịch HCl nữa thì

pH = 3.(1)

a.Tính nồng độ của HCl và NaOH

b.Tính thể tích HCl phải cho vào dung dịch NaOH ở trên để làm mất màu Phenol phtalein (pT = 8.00)

Ta có phương trình chuẩn độ:

O H NaCl NaOH

0 0

0

0 0 0

0 0

109040

−

=

C C

OH V

V CV

V C

V V

CV V

C V V

V C p

0 0

0

0 0 0

0 0

10 95 50

45

1

− +

−

=

C C H

V V V C CV

V V

V C CV V

V

V C p H

(2)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:

0208

0 01682 0

0

3 10 90 40

0

50

3 10 95 0 50 45

.

C

C

C C

C C

50 01682

≈

với sai số

% 011 0 4 10 1 1 01682 0 0208 0

01682 0 0208 0 6 10 8 10 0

w h

q

Vậy thể tích HCl cần dùng là:

tđ HCl

V

HCl

V = 1 + = 40 43 1 − 1 1 × 10−4= 40 426

Bài 3.Tính bước nhảy pH của phép chuẩn độ dung dịch Ba(OH)2

2.10-3M bằng dung dịch HCl 5,00.10-3M nếu chấp nhận sai số chuẩn độ

là ± 0 , 2 % (1)

Ta có phương trình chuẩn độ :

( )OH HCl BaCl H O

Vì Ba(OH)2 là bazo đa chức nên CN=2CM=4.10-3

pH trước khi chuẩn độ là pOH = -log(OH-)=2,4

 pH= 11,6

trước điểm tương đương thì h= [H+] và q = -0,2%

% 2 , 0

3 10 5 3 10 4

10 5 4

3 10 5 3 10

−

−

=

h

 pOH = 8,65 => pH = 5,53

vậy bước nhảy trong phép chuẩn độ này là pH = 8,65÷5,53

Bài 4: chuẩn độ 50ml dung dịch Ba(OH)2 bằng dung dịch HCl 0,02M

để đổi màu Metyl đỏ (pT = 5) thì phải dùng hết 35ml HCl Tính chính xác nồng độ mol/lít của dung dịch Ba(OH)2? (1)

50

35 02 , 0

2 )

w h

014 0 02 , 0 10

Bài 5 chuẩn độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl 0,02M có thể

dùng metyl da cam và metyl đỏ làm chất chỉ thị được không nếu chấp nhận sai số không vượt quá 0,2%

0

CC

C C h

w h

M CC

C C h

01 , 0 02 , 0

% 2 , 0

pH tại thời điểm tương đương bằng 7

pH sau thời điểm tương đương là:

w h

M CC

C C h

01 , 0 02 , 0

% 2 , 0

vậy bước nhảy của phép chuẩn độ này là: pH = 9 , 12 ÷ 4 , 88

Suy ra với Metyl đỏ có pT = 5 nằm trong khoảng của bước nhảy nên có thể dùng để làm chất chỉ thị cho phép chuẩn độ này

với Metyl da cam có pT = 4 không nằm trong khoảng của bước nhảy nên không thể dùng để làm chất chỉ thị cho phép chuẩn độ này

II.3 Chuẩn Độ Đơn Axit Yếu Bằng Bazo Mạnh

Bài 1 tính sai số chỉ thị khi dùng chất chỉ thị có pT

M

9 75

, 4

14 1 , 886 10

1 , 0 1 , 0

1 , 0 1 , 0 10

=

 pH = -log(1,886.10-9) = 8,7

a Trường hợp pH = 9

Khi này ta kết thúc chuẩn độ sau điểm tương đương

Theo công thức tính sai số ta có:

a K h

h C

C

C C h

w h q

% 0144 , 0 75 , 4 10 9 10

9 10 1

, 0 1 , 0

1 , 0 1 , 0 5 10

h C

C

C C h

w h q

75 4 10 7 10

−

=

a K h h

Bài 2 chuẩn độ dung dịch axit foomic HCOOH 0,1M bằng NaOH

0,1M Vẽ đường định phân (3)

Ta có phương trình chuẩn độ:

O H HCOONa NaOH

Khi chưa cho dung dịch NaOH vào dung dịch HCOOH thì pH của dung dịch là:

HCOOH C

a pK

2

1 2

đ

C

C pK

9 , 0

1 , 0 log 75 ,

M

9 75

, 3

14 5 , 96 10

1 , 0 1 , 0

1 , 0 1 , 0 10

du NaOH V C OH

+ +

1 , 0 1 ,

+ +

=

 pOH = -log( 5.10-5) = 4,3

 pH = 9,7

đường định phân:

Bài 3 (4, 5)

a.Chuẩn độ 50ml axit axetic hết 24,25ml NaOH 0,025M, tính nồng độ axit axetic

b tính sai số chuẩn độ nếu kết thúc chuẩn độ tại pT = 10

c Tính pH của dung dịch nếu thêm 24,5ml NaOH

a ta có phương trình chuẩn độ là:

O H COONa CH

NaOH COOH

V COOH CH

50

25 , 24 025 ,

h C

C

C C h

w h q

% 122 , 0 75 , 4 10 10 10

10 10 12125

, 0 025 , 0

012125 ,

0 025 , 0 4 10

d khi thêm 24,5ml dung dịch NaOH thì lượng NaOH đã dư thì pH thu được là:

924 , 9 076 , 4 14 50

5 , 24

50 012125 ,

0 5 , 24 025 , 0 log 14

log 14

= +

− +

=

V V

V C V C pH

Bài 4 Chuẩn độ 25ml dung dịch axit foomic HCOOH 0,05M bằng

dung dịch NaOH 0,1M Tính pH của dung dịch trước khi chuẩn độ và sau khi

25 05 ,

=

→

HCOOH C

a pK

2

1 2

1

0 = − = 0 , 5 3 , 75 − 0 5 log( 0 , 05 ) = 2 , 53

a.10,00ml < 12,5ml suy ra trước điểm tương đương nên

35 , 4 10

1 , 0

10 1 , 0 25 05 , 0 log 75 , 3

.

−

=

V C

V C V C pK

a với 12,15ml ta có

29 , 5 15

, 12 1 , 0

15 , 12 1 , 0 25 05 , 0 log 75 , 3

.

−

=

V C

V C V C pK

1 , 0 05 , 0

1 , 0 05 , 0 10

13

25 05 , 0 13 1 , 0 log 14

log 14

= +

− +

=

V V

V C V C pH

Bài 5 Chuẩn độ 25ml dung dịch axit axetic 0,01M bằng dung dịch

NaOH 0,05M đến màu đỏ của phenol phtalein (pT = 10) tính sai số chuẩn độ,

tính thể tích NaOH đã dùng (1)

a ta có phương trình chuẩn độ là:

O H COONa CH

NaOH COOH

V COOH CH

01 , 0

a K h

h C

C

C C h

w h q

10 10 01

, 0 05 , 0

01 , 0 05 , 0 4 10

M

9 75

, 4

14 4 , 6 10

01 , 0 05 , 0

01 , 0 05 , 0 10

V V

V C V C pH

+

− +

=

14 14

0

0 0

V V

V C V

pH

06 , 5 10

05 , 0

) 01 , 0 10 ( 25 10

) 10

(

4

4

14 00

Bài 6 hòa tan 0,6106g axit benzoic và thêm nước đến 500ml Chuẩn

độ 20ml dung dịch này hết 4ml NaOH (1)

a.tính pH của dung dịch trước khi chuẩn độ và khi chuẩn độ đến điểm tương đương

b nếu chuẩn độ đến pT = 9 thì sai số chuẩn độ là bao nhiêu?

Ta có nồng độ của axit benzoic là:

M V

6106 , 0

C NaOH COOH

4

20 01 , 0 0

=

Vì NaOH là bazo đơn chức nên CN=CM=0,05M

a Ta có pH trước khi chuẩn độ

COOH H

C

C a

pK

pH

5 6

log 2

1 2

M

9 18

, 4

14 9 , 12 10

01 , 0 05 , 0

01 , 0 05 , 0 10

h C

C

C C h

9 10 01

, 0 05 , 0

01 , 0 05 , 0 5 10