Bài giảng Hóa phân tích tham khảo - Bài 4: Đại cương về phương pháp phân tích thể tích (phương pháp chuẩn độ)

Nội dung text: Bài giảng Hóa phân tích tham khảo - Bài 4: Đại cương về phương pháp phân tích thể tích (phương pháp chuẩn độ)

1. II. ÑÖÔØNG CHUAÅN ÑOÄ 1. Ñònh nghóa Ñöôøng chuaån ñoä laø ñöôøng bieåu dieãn söï bieán ñoåi noàng ñoä hay logarit cuûa noàng ñoä moät caáu töû naøo ñoù trong dung dòch phaân tích theo löôïng thuoác thöû theâm vaøo. 2. Caùch bieåu dieãn ñöôøng chuaån ñoä Trong soá caùc loaïi ñöôøng chuaån ñoä, ñöôøng chuaån ñoä ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát laø ñöôøng bieåu dieãn söï bieán thieân cuûa log[X], log[C], pX = - log[X] hay pC = - log [C] theo löôïng thuoác thöû (V C, ml) theâm vaøo. Ñaëc ñieåm cuûa ñöôøng chuaån ñoä loaïi naøy laø coù moät phaàn ñöôøng bieåu dieãn coù söï thay ñoåi giaù trò cuûa truïc tung raát lôùn khi theâm vaøo moät löôïng nhoû chaát chuaån, goïi laø böôùc nhaûy. Böôùc nhaûy seõ caøng daøi khi phaûn öùng chuaån ñoä coù haèng soá caân baèng caøng lôùn. Ñieåm töông ñöông cuûa quaù trình chuaån ñoä naèm trong vuøng böôùc nhaûy, gaàn truøng vôùi ñieåm uoán cuûa ñöôøng chuaån ñoä. Muoán tìm theå tích cuûa thuoác thöû C taïi ñieåm töông ñöông, gioùng töø ñieåm uoán xuoáng truïc hoaønh vaø ghi nhaän giaù trò caàn tìm. Khi söû duïng chaát chæ thò laø chæ thöïc hieän moät phaàn cuûa ñöôøng chuaån ñoä (ñieåm cuoái chính laø ñieåm chuyeån maøu cuûa chæ thò). Ñeå coù sai soá chuaån ñoä khoâng ñaùng keå, phaûi choïn chaát chæ thò coù söï thay ñoåi maøu naèm trong vuøng böôùc nhaûy . Döôùi ñaây laø ñöôøng chuaån ñoä bieåu dieãn söï thay ñoåi cuûa log C vaø log X theo löôïng thuoác thöû söû duïng . ] [C Log Log [X] Log V C, ml V C, ml Vôùi phaûn öùng chuaån ñoä acid – baz, truïc tung thöôøng coù ñôn vò laø trò soá pH. Ngoaøi ra, do giöõa noàng ñoä X hay pX cuûa caáu töû vôùi theá E cuûa dung dòch coù moái lieân heä nhaát ñònh, ñöôøng chuaån ñoä cuõng coù theå laø ñöôøng bieåu dieãn söï bieán thieân cuûa E theo löôïng thuoác thöû theâm vaøo. Caùc ñöôøng chuaån ñoä cuûa heä oxy hoùa khöû thöôøng ñöôïc bieåu dieãn theo caùch naøy. 27
2. 2.3 Chaát chæ thò haáp phuï Thöôøng laø loaïi phaåm nhuoäm höõu cô coù tính acid hay baz yeáu coù khaû naêng haáp phuï leân beà maët tuûa laøm cho tuûa nhuoäm moät maøu ñaëc tröng. Hieän töôïng naøy xaûy ra khi noàng ñoä ion naøo ñoù cuûa tuûa ñaït ñeán moät giaù trò nhaát ñònh. 2.4 Chaát chæ thò ñöôïc taïo thaønh trong quaù trình chuaån ñoä Trong quaù trình chuaån ñoä, ñieåm cuoái coøn coù theå ñöôïc xaùc ñònh nhôø vaøo caùc daáu hieäu xuaát hieän do baûn thaân cuûa taùc chaát hoaëc saûn phaåm, ví duï: – – - Chuaån ñoä caùc chaát khöû (khoâng maøu) baèng MnO 4 , khi dö MnO 4 dung dòch caàn chuaån ñoä seõ coù maøu hoàng nhaït. – – - Chuaån ñoä caùc chaát khöû (khoâng maøu) baèng BrO 3 , khi dö BrO 3 dung dòch caàn chuaån ñoä seõ coù maøu vaøng naâu. - Chuaån ñoä caùc chaát khöû (khoâng maøu) baèng Ce 4+ , khi dö Ce 4+ dung dòch caàn chuaån ñoä seõ coù maøu vaøng. Ngoaøi ra, coøn coù chaát chæ thò phoùng xaï, chaát chæ thò phaùt quang , chaát chæ thò huyønh quang , 3. Ñieàu kieän choïn löïa chaát chæ thò Chæ thò ñöôïc choïn löïa phaûi hoäi ñuû caùc ñieàu kieän sau ñaây: - Beàn vaø nhaïy trong moâi tröôøng söû duïng. - Phuø hôïp vôùi baûn chaát cuûa caùc caáu töû tham gia phaûn öùng chuaån ñoä. - Giuùp xaùc ñònh ñieåm cuoái vôùi ñoä chính xaùc cao : - Hai daïng IndZ vaø Ind phaûi coù tính chaát khaùc nhau roõ reät - Phaûn öùng chuyeån töø daïng Ind sang daïng IndZ hoaëc ngöôïc laïi phaûi ñaït ñöôïc nhanh ñeå söï chuyeån maøu cuûa dung dòch xaûy ra nhanh. - Söï chuyeån maøu cuûa chæ thò caøng gaàn vôùi ñieåm töông ñöông thì sai soá cuûa quaù trình xaùc ñònh seõ caøng nhoû. 4. Cô cheá chæ thò 4.1 Chæ thò thuaän nghòch Laø caùc chæ thò coù söï bieán ñoåi thuaän nghòch giöõa 2 daïng Ind vaø IndZ : βi Ind + Z IndZ ki Thaät ra vôùi caùc chæ thò thuaän nghòch, trong dung dòch luùc naøo cuõng ñeàu toàn taïi song song caû 2 daïng Ind, IndZ. Khi noùi tính chaát cuûa dung dòch ñöôïc quyeát ñònh bôûi Ind, neân hieåu raèng ñoù laø do tæ soá cuûa [Ind ]/[IndZ] laø khaù lôùn. Khi dung dòch chuyeån maøu sang daïng IndZ coù nghóa laø caân baèng ñaõ dòch chuyeån theo chieàu laøm cho tæ soá cuûa [Ind]/ [IndZ] trôû neân khaù nhoû. Noùi caùch khaùc, dung dòch seõ chuyeån töø maøu naøy sang maøu kia khi [Ind]/[IndZ] chuyeån töø moät tæ soá naøy sang moät tæ soá khaùc. Moãi chaát chæ thò thuaän nghòch seõ coù moät khoaûng chuyeån maøu töông öùng vôùi hai tæ soá [Ind]/[IndZ] nhoû vaø lôùn noùi treân. Ví duï, chaát thò acid – baz thuaän nghòch (coù haèng soá phaân li chæ thò k i) seõ coù moät khoaûng chuyeån maøu ñöôïc quyeát ñònh döaï vaøo tyû soá [Ind]/[HInd] (vaø giaù trò cuûa tæ soá naøy phuï thuoäc chuû yeáu vaøo pH cuûa moâi tröôøng). Daïng troäi cuûa chæ thò trong dung dòch 29
3. 2. Chuaån ñoä ngöôïc Cho löôïng thöøa thuoác thöû C vaøo dung dòch chöùa caáu töû X. Ñònh löôïng thöøa C baèng dung dòch chuaån C 1 ñeán ñieåm cuoái chuaån ñoä : X C + X → A + B C C + C 1 → D + E C1 Soá ñöông löôïng (SÑL) cuûa X ≈ SÑL cuûa C - SÑL cuûa C1 Duøng phöông phaùp chuaån ñoä ngöôïc khi : - Khoâng coù chaát chæ thò thích hôïp cho phaûn öùng giöõa C vaø X. - Phaûn öùng giöõa C vaø X ñoøi hoûi phaûi ñöôïc tieán haønh ôû caùc ñieàu kieän ñaëc bieät (nhieät ñoä cao, thôøi gian tieáp xuùc daøi ) 3. Chuaån ñoä theá Cho thuoác thöû AC 1 vaøo DD chöùa X, taïo phaûn öùng thay C 1 baèng X : AC 1 + X → AX + C 1 Löôïng C 1 phoùng thích ñöôïc chuaån ñoä baèng dung dòch chuaån C : C1 + C → D + E X SÑLcuûa X ≈ SÑLcuûa C1 ≈ SÑL cuûa C AC 1 C 1 C Duøng caùch chuaån ñoä naøy khi khoâng coù thuoác thöû hoaëc khoâng coù chæ thò cho X. Löu yù raèng hôïp chaát AX phaûi beàn hôn AC 1 . 4. Chuaån ñoä giaùn tieáp Caáu töû X ñöôïc chuyeån thaønh moät hôïp chaát khaùc coù coâng thöùc phaân töû xaùc ñònh vaø moät thaønh phaàn naøo ñoù cuûa hôïp chaát coù theå chuaån ñoä baèng moät thuoác thöû vaø moät chæ thò thích hôïp. Ví duï, ñeå xaùc ñònh haøm löôïng Na hay K, ngöôøi ta chuaån ñoä giaùn tieáp baèng caùch : - Chuyeån K vaøo hôïp chaát K 2NaCo(NO 2)6 - Chuyeån Na vaøo hôïp chaát NaMg(UO 2)(CH 3COO) 9 hay NaZn(UO 2)(CH 3COO) 9 Co 3+ , Mg 2+ hay Zn 2+ trong caùc hôïp chaát coù theå ñöôïc chuaån ñoä baèng EDTA ôû ñieàu kieän thích hôïp. 5. Chuaån ñoä lieân tieáp hay phaân ñoaïn Caùc caáu töû X 1, X 2, X 3, laàn löôït ñöôïc chuaån ñoä baèng moät thuoác thöû C (hay nhieàu thuoác thöû C 1 , C 2 , , C n ) vaø caùc chaát chæ thò thích hôïp trong caùc ñieàu kieän xaùc ñònh sao cho moãi laàn chuaån ñoä chæ coù moät caáu töû tham gia phaûn öùng. V. CAÙCH TÍNH KEÁT QUAÛ TRONG PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH THEÅ TÍCH 1. Nguyeân taéc chung 31
4. 2. Trong moät soá tröôøng hôïp ñaëc bieät, vieäc tính keát quaû coù theå ñöôïc tieán haønh thoâng qua ñoä chuaån : Ñoä chuaån cuûa moät chaát T X Bieåu dieãn soá gram hay miligram chaát X trong 1 mililít dung dòch: m m T (g/ml) = hay T (mg/mL) = ⋅1000 V V Ñoä chuaån theo chaát xaùc ñònh T C/X Bieåu dieãn soá gram hay miligram chaát X taùc duïng vöøa ñuû vôùi 1 mililít dung dòch chuaån noàng ñoä C C.: C 1000 ⋅ T C ⋅ ⇒ C / X TC/X = ÑX C C = 1000 ÑX Ví duï : TC/X = T HCl / NaOH = 0,00401 nghóa laø 0,00401 g NaOH seõ ñöôïc taùc duïng vöøa ñuû vôùi 1 ml dung dòch HCl 0,1 N. 33