PHƯƠNG PHÁP ACID - BASE ppt _ HÓA PHÂN TÍCH

Trắc nghiệm, bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành Y dược hay nhất”; https://123doc.net/users/home/user_home.php?use_id=7046916. Slide bài giảng môn hóa phân tích ppt dành cho sinh viên chuyên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn hóa phân tích bậc cao đẳng đại học ngành Y dược và các ngành khác

Mục tiêu

1 Nêu được thuyết Bronsted và kết quả.

2 Trình bày được phản ứng acid – base xảy ra trong

các dung môi có proton hoạt động.

3 Sử dụng được các công thức để tính pH của các

dung dịch có tính acid – base.

4 Trình bày được phương pháp chuẩn độ trung hòa

với các loại acid-base và biết cách chọn các chỉ thị

DÀN BÀI

1 Thuyết Bronsted và kết quả.

2 Phản ứng acid – base xảy ra trong các dung môi có H+ hoạt động.

3 Sự trung hòa acid-base.

4 Khảo sát các đường biểu diễn định lượng acid-base.

5 Dung dịch đệm.

6 Ứng dụng của phương pháp acid-base.

7 Định lượng acid-base trong môi trường khan.

- Theo Arrhenius:

Acid là những chất chứa H và khi hòa tan vào nước cho H+

Base là những chất chứa OH và khi hòa tan vào nước cho OH

-Vd: HCl, H2SO4, NaOH, Ca(OH)2

- Theo Lewis:

Acid là chất có khả năng nhận đôi điện tử tự do.

Base là chất có khả năng cho đôi điện tử tự do.

Vd: CH3COOH, C6H5SO3H, CH3NH2, C6H5NH2

KHÁI NIỆM ACID-BASE

CH3COOH/NH3; NH4 +/CH3COO-: cặp acid base

NH3 trong H2O & CH3COOH trong H2O

Thuyết Bronsted

– Acid là chất có khả năng cho proton

– Base là chất có khả năng nhận proton

HA + B HB + +A

HA H + A - (1)

B + H + HB + ( 2)

Kết quả

–Không xem acid-base là những khái niệm riêng lẻ mà

là 1 cặp acid-base→ H+ không bao giờ hiện hữu ở

trạng thái tự do mà phải có 1 cặp cho và 1 cặp nhận.

–Mở rộng khái niệm: acid và base có thể là phân tử mà

cũng có thể là ion.

đó giải thích được ảnh hưởng của dung môi trên

cường độ các acid-base.

2 Phản ứng acid-base xảy ra trong dung

môi có proton hoạt động.

Dung môi có proton hoạt động

Dung môi có proton hoạt động là dung môi có tính acid hay base tác động lên chất tan acid hay base dung môi đóng vai trò là 1 acid hay 1 base.

SH:ký hiệu dung môi có proton hoạt động

SH + SH S - + SH 2 +

Hằng số ion hóa của dung môi:

Ki =[S - ][SH 2 + ]=Kx[SH] 2

Lực của acid-base trong dung môi có proton hoạt động:

a Trường hợp 1 acid:

HA + SH A- + SH2 +

] [

] ][

[ ]

[

] ][

Acid

SH

Base HA

SH

A Ka

b Trường hợp 1 base:

B + SH S- + BH+

Kb x Ka = Ki

] [

] ][

[ ]

[

] ][

[

Base

BH

Acid B

BH

S Kb

S  ][  ] 

] [

] [

]



] [

] [

K

SH

a b

Dự đoán phản ứng

Xét pKa của 2 cặp acid-base:

Cặp acid acetic/acetat : pKa1=4,74

[

] ][

[

3 3

4 3

NH COOH

CH

NH COO

CH K

] [

] ][

H COO

] ][

] [

] [





5 , 4 4

] ][

[

] ][

K NH

COOH CH

NH COO

CH K

?????

Ka 1

Ka 2

Phản ứng càng dịch chuyển về phía phải thì càng lớn và

càng nhỏ nghĩa là pKa 2 -pKa 1 càng lớn

Ka 1

Ka 2

5 , 4 3

3

4

] ][

[

] ][

K NH

COOH CH

NH COO

CH

Khái niệm về pH của Henderson-Hasselbalch

(Sorensen-Hasselbach)

pH= -lg[H + ] : thế hydrogen của dung môi hay pH

] [

]

[ lg

acid

base pKa

]

[ ]

[

]

[ ] [

SH K

SH base

acid

a a







Hòa HA hoặc B trong dung môi có proton hoạt động:

Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến acid-base:

a Phát hiện tính acid, base và phát hiện lực acid, base của chất tan:

• Dung môi có khả năng nhận proton càng cao thì acid càng mạnh

• Dung môi có khả năng cho proton càng cao thì base càng mạnh

b Tính tương đối của khái niệm acid-base:

• Dung môi có khả năng nhận proton mạnh nhất thì chất tan sẽ là acid

• Dung môi có khả năng cho proton tốt nhất thì chất tan sẽ là base

] [

]

[ lg

acid

base pKa

a pH của 1 acid yếu: pH = 1/2 pKa - 1/2lgc

b pH của muối của acid mạnh và base yếu: pH = 1/2 pKa - 1/2lgc

c pH của 1 base yếu: pH = 7+ 1/2 pKa +1/2lgc

d pH của muối của acid yếu và base mạnh: pH = 7+1/2 pKa +1/2lgc

a pH của 1 acid yếu: pH = 1/2 pKa - 1/2lgc

Cho 1 acid yếu Ha, nồng độ ban đầu là c trong dung môi nước:

OH

-] [

] ][

 [ H  ]2  Kac

b pH của muối của acid mạnh và base yếu: pH = 1/2 pKa - 1/2lgc

c pH của 1 base yếu: pH = 7+ 1/2 pKa +1/2lgc

b + H2O  OH- + bH+

] ][

[ ]

c

H K

2

]

[ ] [

10 ]

[

] [

K

Một dung dịch nước của base b (nồng độ đầu = c)

d pH của muối của acid yếu và base mạnh: pH = 7+1/2 pKa +1/2lgc

e pH của muối của acid yếu và base yếu: pH = 1/2 pKa +1/2KbH+

b + Ha  bHa  bH+ + a

-a- + H2O  OH- + Ha

bH+ + H2O  H3O+ + b

] [

] ][

] ][

[

] ][

[ ]

b a

H K



K

Kết quả thực nghiệm khảo sát liên quan giữa pH và pKa:

Có sự chuyển dịch tương hổ giữa acid và base:

 1 acid mạnh đuổi 1 acid yếu từ muối của nó và 1 base mạnh đuổi 1 base yếu từ muối của nó.

 Khi thêm 1 acid mạnh HA, acid này bị phân ly hoàn toàn sẽ làm tăng [H+] nhưng vẫn giữ nguyên Ka

Muối BH + a - bị phân ly thành B & Ha → NaHCO 3 : Na + & HCO 3

-Ha bị phân ly thành H + & a - → HCO 3 - : H & CO 3

2-HA + a - (Muối)  Ha + A - với → HCl + CO 3 2 - → HCO 3 - + Cl

Những chất lưỡng tính/dung môi phân ly

Chất lưỡng tính (ampholyte=amphotère) là chất cùng

lúc có thể coi như 1 acid hay 1 base:

• Các anion có H+ (dẫn chất của polyacid)

• Các hydroxyd kim loại (Zn, Al)

• Các phân tử hữu cơ mang cùng lúc nhóm cho H+ :

-COOH, -SO3H, phenol và những nhóm nhận H+ như

amin.

Tính chất :

HBA :tượng trưng cho chất lưỡng tính

a Tính acid của chất lưỡng tính:

] [

] ][

] ][

[

2 2

2 2

3 1

COOH CH

NH

COO CH

NH O

-b Tính base của chất lưỡng tính:

HAB + SH  S- + HABH+

] [

] ][

[2

c Liên quan giữa 2 tính chất:

] [

]

[ lg

pKa pKa

Ví dụ: Glycerin NH2CH2COOH (tính acid) có thể phản ứng với nước theo:

NH2CH2COOH + H3O+  NH3+CH2COOH + H2O

] [

] ][

[

2 3

2 2

3 2

COOH CH

NH

COOH CH

NH O

H





pH đẳng điện (pH i )

Là pH mà ở đó dung dịch chứa [HABH + ] = [BA - ]

Khi đó : pH = 1/2pka 1 + 1/2pKa 2

Amphonion : là những chất có 2 nhóm chức kiểu acid amin

pH của dung dịch lưỡng tính:

pH phụ thuộc vào nồng độ của mỗi một trong hai ion acid hay base.

Trong phạm vi hẹp của các acid amin, pH = 1/2pka 1 + 1/2pKa 2 =pH i

IV Sự trung hòa acid –base

1 Định nghĩa :

Là 1 thao tác cơ bản trong phân tích định lượng để xác định

nồng độ của acid hay base.Khi X ml dung dịch acid được trung hòa bởi Y ml dung dịch base và khi đã biết nồng độ chính xác của 1 trong 2 dung dịch thì dễ dàng suy ra nồng độ của chất còn lại.Điểm tương đương được đánh giá bằng cách quan sát nồng

độ của acid hay base khi tiến gần đến sự trung hòa (dùng chỉ thị màu hay máy đo pH).

2. Chỉ thị mang màu :

Là chất cho vào dung dịch dễ dàng nhận biết được điểm kết

thúc của phản ứng khi thấy sự đổi màu.

Theo Kolthoff (1926) : Chỉ thị mang màu là những acid yếu hay

base yếu mà dạng ion của nó có cấu trúc và màu sắc khác biệt

với dạng không ion hóa.

Thuận lợi : khi thêm một lượng nhỏ của chất chỉ thị này vào

trong dung dịch định lượng thì màu của chỉ thị biến đổi tức thì

giữa 2 giá trị pH nào đó.

a Cơ chế đổi màu của chỉ thị :

• Chỉ thị mang màu chủ yếu là những hệ thống cho hay nhận

proton

• Chỉ thị mang màu không thay đổi ở 1 pH nhất định mà sự thay

đổi này phải xảy ra giữa 2 pH để xác định vùng chuyển màu hay

khoảng đổi màu.

a Một số chỉ thị quan trọng nhất là :

• Phtalein

• Sulfophtalein

• Các azoic như helianthin

• Dẫn chất anthraquinon (alizarin sulfonat Natri), nitro phenol

b Chọn chỉ thị màu trong pp acid-base:

– Định lượng : khoảng pH chuyển màu của chỉ thị càng nhỏ thì sự

chuyển màu càng rõ, khoảng này thường 1 đơn vị pH.

– Ngược lại trong trường hợp đo màu theo pH : nếu sự chuyển màu

càng trải ra 1 vùng rộng lớn thì càng dễ thực hiện phép đo

– Chỉ thị có thể sử dụng trong những vùng pH quá cao hay quá thấp

c Chỉ thị hỗn hợp :

• Chỉ thị Tashiri

• Chỉ thị hỗn hợp 2 phtalein

d Nồng độ chỉ thị được sử dụng :

 Trường hợp chỉ thị có 1 nhóm mang màu :

Nồng độ của chỉ thị ở dạng không màu càng lớn thì khi thay đổi pH, sự chuyển màu của chỉ thị càng dễ thấy.

Có thể cho 1 lượng tương đối lớn chất chỉ thị

 Trường hợp chỉ thị có nhiều nhóm mang màu :

Nồng độ của chỉ thị càng lớn thì khi thay đổi pH, sự chuyển màu của chỉ thị càng khó thấy.

1 Trung hòa 1 acid mạnh HA bằng 1 base mạnh B:

Biến đổi pH trong quá trình chuẩn độ:

• Lúc bắt đầu : dd có HA có nồng độ c, pH = lg1/c

• Trong lúc chuẩn độ : hh HA và BHA, pH tính theo HA

chưa bị trung hòa

• Tại điểm tương đương : muối BHA, pH = 7

Vd : Trung hòa 100ml dd acid HCl 1N bằng NaOH 1N

Base

thêm

vào

Acid còn lại

Tính acid của dung dịch [H + ] pH [H + ] pH Không kể sự pha

loãng

Có kể sự pha loãng

14 0

16 0

18 0

20 0

22 0

Điểm tương đương

Trung hòa 100ml dd acid HCl 1N bằng NaOH 1N

Ảnh hưởng của nồng độ và bản chất acid mạnh :

–Nồng độ càng loãng sẽ thấy khoảng biến đổi pH đột

ngột thu ngắn lại.

–Ở cùng nồng độ đường cong chuẩn độ của các acid

mạnh khác nhau lại giống nhau vì những chất này phân

ly hoàn toàn.

Hình 4.2 : Trung hòa 100ml dd acid HCl 0,1N bằng NaOH 0,1N

2 Trung hòa 1 base mạnh B bằng 1 acid mạnh HA:

Biến đổi pH trong quá trình chuẩn độ:

•Lúc bắt đầu : dd có B có nồng độ c, pH =10+ lgc

•Trong lúc chuẩn độ : hh B và BHA, pH tính theo B chưa bị

trung hòa

•Tại điểm tương đương : muối BHA, pH = 7

Đường cong chuẩn độ đối xứng với trường hợp trung hòa acid mạnh bằng base mạnh và biến đổi pH cũng được quan sát gần điểm tương đương.

3 Trung hòa 1 acid yếu Ha bằng 1 base mạnh B:

Biến đổi pH trong quá trình chuẩn độ:

•Lúc bắt đầu : dd có Ha có nồng độ c, pH = 1/2pKa-1/2lgc

•Trong lúc chuẩn độ : hh Ha chưa bị trung hòa và BHa, pH

tính theo :

•Tại điểm tương đương : hỗn hợp thu được là 1 dung dịch

muối BHa coi như là 1 dd base a - có :

pH = 7+1/2 pKa +1/2lgc

] [ ] [

]

[ log

B c

B pKa

pH







Vd : Trung hòa 100ml dd acid CH 3 COOH 0,1N bằng NaOH 0,1N

Base thêm vào

Hình 4.4 : Trung hòa 100ml dd acid CH COOH 0,1N bằng NaOH 0,1N

Điểm tương đương Điểm bán trung hòa

pH=pKa

Nhận xét :

• Khi trung hòa 1 acid yếu bằng 1 base mạnh thì sự thay đổi pH

cận điểm tương đương sẽ thay đổi ít hơn trong trường hợp trung hòa 1 acid mạnh bằng 1 base mạnh.

• Đường cong chuẩn độ giống như trường hợp trước Điểm tương

đương có giá trị khác 7, và có thêm 1 điểm bán trung hòa (điểm uốn thứ 2).

•Ảnh hưởng của nồng độ acid :

–pH ở giai đoạn bán trung hòa độc lập với [Ha]

–pH ở giai đoạn đầu và tại điểm tương đương phụ thuộc vào [Ha]

Đường cong chuẩn độ của 1 acid yếu với các độ pha

loãng khác nhau đều đi qua điểm uốn : pH=pKa

 Ảnh hưởng của loại acid yếu :

Các giá trị pH phụ thuộc pKa của acid, acid càng

yếu pKa càng lớn, đường cong chuẩn độ trong

thang pH càng cao, pH ở điểm tương đương càng

cao và bước nhảy pH cận điểm tương đương trải

trên 1 vùng nhỏ

Hình 4.5 : Đường cong chuẩn độ trung hòa (acid yếu bởi base mạnh)

4 Trung hòa 1 base yếu b bằng 1 acid mạnh HA:

Tại điểm tương đương : hỗn hợp thu được là 1 dung

dịch muối bHA coi như là 1 dd acid yếu bH+ có :

Đường cong đối xứng và bước nhảy pH ở cận điểm tương đương tương tự

5 Trung hòa 1 acid mạnh HA bằng 1 base yếu :

• Biến đổi pH trong quá trình chuẩn độ:

• Lúc bắt đầu : dd có HA có nồng độ c, pH = lg1/c

• Trong lúc chuẩn độ : hh HA và bHA, pH tính theo HA chưa bị

trung hòa

• Tại điểm tương đương : bước nhảy pH trải 1 vùng nhỏ hơn

trường hợp trung hòa 1 acid mạnh bằng 1 base mạnh.

6 Trung hòa 1 acid yếu bằng 1 base yếu :

Biến đổi pH trong quá trình chuẩn độ:

• Trong lúc chuẩn độ : pH biến đổi khác với trường hợp trung

hòa 1 acid yếu với 1 base mạnh.

Giá trị này độc lập với nồng độ và gần bằng 7 khi lực acid và base giống nhau.

Bước nhảy pH chỉ trải trên 1 vùng rất nhỏ,biến đổi pH ở cận

điểm tương đương kém thô hơn so với trong trường hợp trung hòa bằng base mạnh.

Hình 4.7 : Đường cong chuẩn độ trung hòa (acid yếu bởi base yếu)

7 Trung hòa 1 acid đa chức (polyprotic acid) :

• Trung hòa các acid đa chức mạnh tương tự acid mạnh đơn

chức.

• Các acid đa chức có lực khác nhau : có thể phân biệt điểm

tương đương khác nhau với đk là lực của các chức acid trong 1 polyacid phải đủ khác, thường pKa 2 –pKa 1 ≥ 4

• Biến đổi pH trong quá trình chuẩn độ:

– Trong lúc chuẩn độ : pH biến đổi khác với trường hợp trung

hòa 1 acid yếu với 1 base mạnh.

Hình 4.10 : Đường cong chuẩn độ trung hòa (acid đa

8 Kết quả thực nghiệm trong phân tích chuẩn độ :

• Điểm tương đương là điểm uốn của đồ thị.

• Các đường chuẩn độ có thể khác nhau về dạng lúc gần

điểm tương đương tức là thay đổi về pH.

• Thuận lợi của đường cong chuẩn độ trung hòa :

• Đánh giá lực của acid-base

• Xác định pKa

V Dung dịch đệm :

• Dung dịch đệm là dung dịch kháng lại dự thay đổi pH

khi thêm acid mạnh hay base mạnh vào dung dịch hoặc

là dung dịch mà khi pha loãng thì pH thay đổi rất ít.

• Thành phần :

– Hoặc là 1 acid yếu và muối của nó với 1 base mạnh.

– Hoặc là 1 base yếu và muối của nó với 1 acid mạnh.

Đôi khi trong thực tế cũng đệm acid mạnh bằng 1 base yếu

•Cơ chế của hiệu ứng đệm:

Xét Ha và BHa : trong dung dịch có các ion : BH+, a-, H+

Nếu thêm acid mạnh : acid tạo H+, phần lớn tác dụng a- tạo Ha

là 1 acid yếu nên pH ít thay đổi

Nếu thêm base mạnh : base gắn H+, tạo BH+, BH+kết hợp

a-tạo muối BH+a- BH+ & a- nên pH ít thay đổi

Hình 4.11 : Minh họa định nghĩa dung dịch đệm

•Dự đoán và đánh giá khả năng đệm :

Khả năng đệm : khoảng pH mà trong đó dung dịch còn

năng lực đệm, khoảng này gần như nằm ngang và thể hiện

bằng 1 độ dốc rất nhỏ trên đường cong chuẩn độ.

Khả năng đệm càng lớn khi số lượng lớn dd đệm cho vào

dd khảo sát Ở 1 nồng độ xác định của dd đệm thì khả năng đệm lớn nhất khi acid và base liên hợp của đệm có nồng độ tương đương Đó chính là điểm uốn của đồ thị.

Để dd đệm còn hiệu quả người ta nhận thấy [Ha] hay [bH + ] ≥ 10%[base] và ngược lại.

pH=pKa±1

Dung lượng đệm của acid-base của 1 dung dịch cần duy trì

pH : là số lượng acid mạnh hay base mạnh thêm vào 1 lít

dung dịch (mM) để làm thay đổi 1 đơn vị pH

Khả năng đệm có thể ở pH rất thấp hay rất cao.

Hình : Đường cong chuẩn độ trung hòa biểu diển khả năng đệm

•Tính pH của dung dịch đệm :

Acid yếu và muối của nó :

Base yếu và muối của nó :

pH chỉ pH phụ thuộc tỷ số nồng độ acid yếu hay base yếu và muối của nó chứ không phụ thuộc độ pha loãng hỗn hợp.

Ha

C

Ca pKa

pH   lg

Ha

C

Ca pKb

pH  14   lg

•Ứng dụng :

Thiết lập và duy trì hoạt độ ion hydrogen để chuẩn hóa máy pH Làm ổn định pH trong thành phần pha chế của các qui trình định lượng đo quang phổ UV-Vis.

Làm ổn định pH trong thành phần của 1 số pha động khi triển

VI.Ứng dụng của pp acid-base:

1 Định lượng acid :

• Định lượng acid mạnh :

• Định lượng acid yếu : acid lactic, a.tartric, a.citric, sự chuyển

màu xảy ra trong môi trường kiềm, nếu nồng độ acid quá thấp, vùng chuyển màu kéo dài hơn nên phải thay dung môi.

• Định lượng acid rất yếu trong nước : acid boric, acid béo nặng:

- Kích thích tính acid bằng :

Hòa tan trong 1 dung môi trơ nhận proton (pyridin, etylen di

amin, butyl amin, dimethyl formamid, tetrahydrofuran và dd để chuẩn độ là natri methylat hay hyroxyd tetrabutyl-ammonium.

–Hòa tan acid rất yếu trong dung môi tốt hơn nước như

cồn tinh khiết.

–Tạo phức để có thể làm tăng tính acid : Acid boric có

pKa=9,2, phức polyol-boric có pKa=4

–Định lượng muối của acid mạnh và base yếu :

–Nếu base rất yếu :acid liên hợp có lực thật sự và có thể

định lượng trực tiếp.

–Nếu base mạnh hơn : acid liên hợp có lực rất yếu và có

thể định lượng bằng pp chuẩn độ ngược (sau khi phóng

thích base và chiết dung môi hữu cơ).

2 Định lượng base :

• Định lượng basemạnh

• Định lượng base yếu : phải định lượng bằng acid mạnh, pH

ở điểm tương đương nhỏ hơn 7, chọn chỉ thị tùy thuộc vào pKa của base liên hợp.

• Định lượng base rất yếu trong nước : amid, alkaloid,

amphetamin.

– pH của dd chuẩn độ thường dưới 10

– Định lượng trực tiếp :pKa đủ cao, base có thể tan trong

nước

– Định lượng thừa trừ :alkaloid

– Định lượng trong môi trường cồn, nước :base khá mạnh

– Định lượng trong dung môi sinh proton