Phương pháp phân tích thể tích

Sự chuẩn độ hay Sự định phân bằng phương pháp thể tích dung dịch chuẩn độ V 1 N 1 = V 2 N 2  So với pp phân tích vật lý và hĩa lý thì PP PTTT cĩ độ chính xác khơng cao, nhưng vẫn

TS PHAN THANH DŨNG ĐẠI HỌC Y DƢỢC TP HCM

Trình bày được nguyên tắc của PP phân tích thể tích

Phân biệt được điểm tương đương và điểm kết thúc

Phân loại được các phương pháp phân tích thể tích

Tính được kết quả sau khi chuẩn độ thể tích

PP chuẩn độ thể tích là PP PT ĐL trong đó chủ yếu là sự đo chính xác thể tích của dung dịch có nồng độ xác định cần thiết

để phản ứng hòa toàn với chất phân tích

(Louis – Joseph GAY – LUSSAC) 1778 – 1850

Sự chuẩn độ

hay Sự định phân bằng phương pháp thể tích

(dung dịch chuẩn độ)

V 1 N 1 = V 2 N 2

 So với pp phân tích vật lý

và hĩa lý thì PP PTTT cĩ

độ chính xác khơng cao, nhưng vẫn đạt mức yêu cầu cần thiết, mặc khác PP-PTTT đơn giản và nhanh hơn nên được sử dụng rộng rãi

Điểm tương đương là thời điểm mà tại điểm đó lượng chất chuẩn thêm vào tương đương hoá học với lượng chất phân tích có trong mẫu

Điểm tương đương là một điểm lý thuyết, không thể xác định chính xác bằng thực nghiệm

Ví dụ:

NaCl + AgNO 3  AgCl + NaNO 3

1 mol 1 mol

 Là thời điểm mà ở đó chất chỉ thị biến đổi tính chất vật

lý hay sự đổi màu của chất chỉ thị giúp chúng ta kết thúc chuẩn đợ

 Lý tưởng: điểm kết thúc chuẩn độ trùng với điểm

tương đương

 Thực tế: điểm kết thúc chuẩn độ thường sai lệch với

điểm tương đương

 Sự sai lệch gây ra sai số của phép định lượng

 chọn chỉ thị sao cho sai số nhỏ nhất (trong phạm vi

cho phép)

Ví dụ:

Chuẩn độ DD HCl bằng dd chuẩn NaOH dùng chỉ thị phenolphthalein, ĐTĐ ứng với pH = 7, nhưng phenolphthalein lại chuyển màu ở pH 8 - 10,  ĐKT chuẩn độ sau ĐTĐ

Trong trường hợp phát hiện ĐTĐ bằng các thơng số hĩa lý, dựa vào các thơng số như điện thế, cường độ dịng điện, độ dẫn điện đã cĩ bước thay đổi đột ngột  ĐTĐ được xác định rất chính xác vì khơng phụ thuộc vào sự chuyển màu của chỉ thị

 Các HC có độ tinh khiết rất cao được dùng làm chất gốc (chất đối chiếu)

Điều kiện:

 Độ tinh khiết cao >99,95%

 Ổn định trong không khí

 Khối lượng phân tử cao

 Không hút ẩm

2.3 CHẤT CHUẨN HOÁ HỌC BẬC MỘT (SƠ CẤP)

Thí dụ:

- Kali hydro naphtalat C 8 H 5 O 4 K (M= 204,22 g), muối luôn luôn ở dạng khan, chỉ chứa < 0,003% nước

- Kali hydro carbonat (KHCO 3 ) (M= 100,11 g)

- Acid benzoic C 6 H 5 COOH (M= 122,15 g)

 Hợp chất có độ tinh khiết thấp hơn chất chuẩn sơ cấp

<99,95%, được xác định bằng phân tích hoá học

DD chuẩn: là DD có nồng độ biết trước được dùng để chuẩn độ trong các PP-PTTT

Phương pháp xác định nồng độ của một dung dịch chuẩn

PP-PTTT chính xác khi nồng độ của DD chuẩn chính xác Có

2 PP cơ bản để xác định nồng độ của DD chuẩn

PP trực tiếp: cân chính xác chất chuẩn hoá học bậc 1 (sơ cấp) được hoà tan/dung môi thích hợp và pha loãng trong BĐM đến thể tích chính xác

PP so với mẫu chuẩn: dung dịch dùng làm chuẩn được so bằng cách chuẩn độ với:

 một khối lượng chất chuẩn hoá học sơ cấp

 một khối lượng chất chuẩn hoá học thứ cấp

 một thể tích của một dung dịch chuẩn khác

 Phần lớn DD dùng làm chuẩn được xác định nồng độ bằng

PP này do các thuốc thử không đạt được tiêu chuẩn của chất chuẩn hoá học sơ cấp

- C M , C N

Nồng độ mol cho biết số mol của thuốc thử/ 1 lít dung dịch

Nồng độ đương lượng biểu thị số đương lượng gam của thuốc thử/ 1lít dung dịch

CÁC CÁCH BIỂU THỊ NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH CHUẨN

Biểu thị số phân tử gam (số mol) của chất tan có trong 1 lít (1000 ml) dung dịch

Ký hiệu: C M (mol/l; M)

Công thức

m: khối lượng của chất tan (g)

M: khối lượng mol (khối lượng phân tử) chất tan

V: thể tích dung dịch cần pha (ml)

m C

M

m n

VD 1: Tính nồng độ mol của dung dịch NaOH nếu lấy 4 g NaOH nguyên chất hòa tan trong 1 lít (M = 40 g)

Khối lượng NaOH: m = 4 g

Phân tử gam của NaOH: M = 40 g

Thể tích của dung dịch: V = 1000 ml Nồng độ dung dịch NaOH:

1000



V M

m

1000 40

4  





VD 2: Tính nồng độ mol của dung dịch H 2 SO 4 , biết rằng để pha một dung dịch có thể tích là 500 ml, lượng H 2 SO 4 đậm đặc cần dùng 49 g Khối lượng mol của H 2 SO 4 (M = 98)

m

CM

) (

1

1000 500

Biểu thị số đương lượng gam của chất tan có trong 1 lít (1000 ml) dung dịch

Ký hiệu: C N (đương lượng/l; N)

Công thức

m: khối lượng của chất tan (g)

E: đương lượng gam chất tan (g)

V: thể tích dung dịch cần pha (ml)

V E

m C

Đương lượng của một hợp chất được tính tuỳ thuộc vào bản chất của phản ứng hoá học

- Đối với một acid: n là số proton H + tham gia phản ứng của 1 phân tử acid

- Đối với một base: n là số ion OH - tham gia phản ứng của 1 phân tử base

- Đối với muối: n là tổng hóa trị của các cation trong phân tử muối

- Đối với chất oxy hóa khử: n là số electron (e) nhận hoặc cho khi tham gia phản ứng

Ví dụ:

Xác định nồng độ đương lượng của dung dịch NaOH (M = 40) khi hoà tan 4 g NaOH thành 500 ml dung dịch

NaOH có 1 OH - nên đương lượng gam của NaOH

Nồng độ đương lượng của NaOH:

) (

E

m

CN 1000 0 , 2

500 40

4 1000

a Pha chế từ chất chuẩn

Tính lượng hóa chất cần lấy để pha

Áp dụng công thức:

m ct : khối lượng chất tan cần lấy

C N : nồng độ dung dịch cần pha (N)

V dd : thể tích dung dịch cần pha (ml)

E : đương lượng gam chất tan (g)

1000

V.E

Cm

1000

xV

.E

m

dd ct

Pha dung dịch

Cân CX lượng HC đã tính toán bằng cân PT, chuyển hết vào BĐM, hòa tan bằng nước cất hoặc dung môi thích hợp rồi điều chỉnh vừa đủ thể tích muốn pha, lắc đều sẽ được DD chuẩn độ

có nồng độ chính xác cần pha

b Pha từ ống chuẩn

Ống chuẩn: ống thủy tinh/nhựa có chứa một lượng CX hóa chất tinh khiết được hàn kín Trên nhãn có in tên, công thức hóa chất, nồng độ dung dịch chuẩn độ và có chỉ dẫn để pha cho một thể tích xác định nào đó

VIỆN KIỂM NGHIỆM – BỘ Y TẾ

Ống chuẩn Natri hydroxid

NaOH 0,1 N

Pha vừa đủ 1000 ml

Số SX: Hạn dùng:

Tính toán như cách pha từ chất gốc DD sau khi pha có nồng độ gần đúng so với yêu cầu,  xác định lại nồng độ dung dịch bằng một dung dịch chuẩn khác đã biết nồng độ  nồng độ chính xác của dung dịch đã pha

PHA CHẾ DUNG DỊCH CHUẨN

c Pha chế từ chất không phải chất gốc (Pha gián tiếp)

Tính lượng hóa chất cần lấy để pha

Áp dụng công thức:

m ct : khối lượng chất tan cần lấy

C N : nồng độ dung dịch cần pha (N)

V dd : thể tích dung dịch cần pha (ml)

E : đương lượng gam chất tan (g)

1000

V E C m

1000

x V

E

m

dd ct

Hiệu chỉnh nồng độ dung dịch

- N T = N LT (K=1)

- N T > N LT (K>1)

Thể tích nước cần thêm được tính theo công thức:

V DM = ( - 1,000).Vhc

V DM là thể tích dung môi (nước) cần thêm (ml)

V hc là thể tích dung dịch pha cần hiệu chỉnh (ml)

Nếu N T < N LT (K<1)

m =

- m là khối lượng hóa chất cần thêm (g)

- V hc là thể tích dung dịch pha cần hiệu chỉnh (ml)

LT

T N

N

hc

LT LT

T

V

E N

) 000

Khái niệm chất chỉ thị: Chất chỉ thị là những chất có khả năng biến đổi màu sắc, tạo (hoặc biến mất) kết tủa hoặc phát huỳnh quang hoặc gây ra một dấu hiệu nào đó ở lân cận điểm tương đương nhằm xác định điểm kết thúc phân tích thể tích

Phát hiện điểm tương đương:

1 Dựa vào sự thay đổi màu của chỉ thị:

Các chỉ thị thường dùng trong phương pháp phân tích thể tích:

Chỉ thị nội: chỉ thị cho vào dung dịch khi tiến hành định lượng + Chỉ thị màu : metyl da cam, đỏ metyl…

+ Chỉ thị tạo tủa: kali cromat

+ Chỉ thị tạo huỳnh quang: fluorescein

Chỉ thị ngoại: chỉ thị để ngoài, dùng dụng cụ như đũa thủy tinh lấy dung dịch rồi cho tác dụng với thuốc thử như trường hợp dùng giấy tẩm hồ tinh bột

Chỉ thị có thể là:

Một chất: đỏ metyl, metyl da cam, phenolphtalein…

Hai chất: thuốc thử Tashiri (đỏ metyl và xanh metylen)

Nhiều chất: thuốc thử vạn năng

2 Dựa vào sự thay đổi đột ngột của các thông số lý hóa xảy ra tại điểm tương đương:

Đo sự đổi màu của dung dịch bằng phương pháp quang phổ, phương pháp điện hoá như đo điện thế, đo cường độ dòng điện hay đo dộ dẫn điện

Các phản ứng chuẩn độ dùng trong phân tích thể tích thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Phản ứng phải xảy ra hoàn toàn (nồng độ chất cần xác định còn lại < 10 -6 M) và theo đúng hệ số hợp thức của phương trình phản ứng

 Phản ứng phải có tính chọn lọc cao: chỉ xảy ra giữa thuốc thử và chất cần xác định, không có phản ứng phụ

 Phản ứng xảy ra phải đủ nhanh, nếu chậm việc xác định điểm tương đương sẽ kém chính xác

 Phải chọn được chất chỉ thị xác định được chính xác điểm tương đương

1 Phương pháp acid – base: Dùng để định lượng các acid, base và mợt số muối trong mơi trường là nước hay mơi trường khan

PP này dựa trên sự trao đổi proton H +

HCl + NaOH  NaCl + H 2 O

2 Phương pháp oxy hóa–khử: Dựa trên phản ứng oxy hoá – khư tương ứng với sự trao đổi điện tử giữa hai hợp chất: mợt chất cho mợt hoặc nhiều điện tử, chất thứ hai nhận điện tử

2FeCl 3 + SnCl 2  2FeCl 2 + SnCl 4

3 Phương pháp kết tủa: Căn cứ trên các phản ứng giữa chất cần đinh lượng với thuốc thử tạo ra hợp chất ít tan

Ag + + Cl -  AgCl

4 Phương pháp tạo phức: Dựa vào phản ứng tạo thành phức chất Phương pháp complexon được sử dụng phở biến dùng định lượng các ion kim loại như đinh lượng Ca 2+ và Mg 2+ trong nước với chất chuẩn là EDTA

Ca 2+ + HY 3-  CaY 2- + H +

Dựa vào V dung dịch với những dụng cụ chính xác: pipet, buret, bình định mức Các dụng cụ kém chính xác như ống đong chỉ dùng để lấy thể tích thuốc thử dùng điều chỉnh môi trường phản ứng

Có 2 phương pháp: PP trực tiếp và PP gián tiếp

5.1 Chuẩn độ trực tiếp

 Chuẩn độ bằng cách nhỏ trực tiếp dung dịch chuẩn độ

vào một thể tích chính xác dung dịch cần định lượng

 Ví dụ: Định lượng acid oxalic bằng dung dịch natri

hydroxyd

 H 2 C 2 O 4 + 2NaOH = Na 2 C 2 O 4 + 2H 2 O

H 2 C 2 O 4 NaOH NaOH

H 2 C 2 O 4

tác dụng với một thể tích chính xác dung dịch cần định lượng Sau đó chuẩn độ thuốc thử dư bằng một dung dịch chuẩn độ khác

 Ví dụ: định lượng Cl - , trước hết cho AgNO 3 dư để kết

tủa hoàn toàn AgCl Sau đó chuẩn độ AgNO 3 thừa bằng KSCN

AgNO 3 dư + NaCl = AgCl  + NaNO 3 AgNO 3 còn lại + KSCN = AgSCN  + KNO 3

NaCl

KSCN AgNO 3

SCN -

AgNO 3

 Ví dụ: định lượng Ba 2+ , trước hết cho EDTA dư để PƢ

hoàn toàn Ba 2+ Sau đó chuẩn độ EDTA thừa bằng DD

tác dụng với một lượng dư thuốc thử nào đó, phản ứng sinh ra một lượng chất mới tương đương hóa học với lượng chất cần xác định Dùng dung dịch chuẩn độ để định lượng chất mới sinh ra

 Ví dụ: định lượng K 2 Cr 2 O 7 bằng KI trong môi trường

acid Định lượng iod sinh ra bằng Na 2 S 2 O 3

- Bình nón, becher, bình tia …

DỤNG CỤ KHÔNG CHÍNH XÁC

- Cốc có mỏ

- Ống đong

- Pipet khắc độ

Pipet chính xác một vạch, hai vạch

Buret dùng để đong một thể tích chính xác thay đổi

Bình định mức dùng để pha một dung dịch có thể tích chính xác Trên bình có ghi dung tích và nhiệt độ (thường là 20C)

Dụng cụ chính xác bằng thủy tinh được chia thành 2 loại:

V LT < 20,020 ml Như vậy dung sai sẽ là:

Pipet chính xác loại B 20 ml có dung sai 0,04 ml   0,2%

Bình định mức 100 ml loại A có dung sai là  0,1 ml  0,1%

%10,0

%10,0

10020

020,

Hút chính xác V ml chế phẩm A (hoặc

cân chính xác a gam chế phẩm A)

pha thành V dd ml trong bình định

mức Lấy V 1 ml dung dịch này đem

chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn độ

B có nồng độ N 2 hết V 2 ml Xác định

nồng độ % của chế phẩm (hoặc hàm

lượng % của chế phẩm)?

P(g/l) = N1.EA

1 1 2 2

N V  N V

2 2 1

1

.

N V N

V



aA + bB  Chất tạo thành

mmol A = V B (ml) × M B

Cách 1: Tính theo nồng độ mol

Hút chính xác V ml chế phẩm A

(hoặc cân chính xác a gam chế

phẩm A) pha thành Vdm ml

trong bình định mức Lấy V 1 ml

dung dịch này cho tác dụng với

V 2 ml dung dịch B có nồng độ

N 2 (lượng B dư so với lượng A)

Để chuẩn độ lượng B dư phải

dùng hết V 3 ml dung dịch C có

nồng độ N 3 Xác định nồng độ

) (

C B

B

E V

N V

N V

m

trong học tập