06/05/2013 NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT HĨA PHÂN TÍCH 1.PHÂN BỐ CHƯƠNG TRÌNH 2.TÀI LIỆU THAM KHẢO 3.KẾ HOẠCH THI VÀ PHÂN BỐ ĐIỂM 4.ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG Năm học: 2012 – 2013 Giáo viên: Nguyễn Quốc Thắng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.PHÂN BỐ CHƯƠNG TRÌNH Nội dung Số tiết Chương 1: Đại cương Hố phân tích Chương 2: Các khái niệm dung dịch chất điện ly Chương 3: Cân phản ứng acid - baz 10 Chương 4: Cân phản ứng tạo phức Chương 5: Cân phản ứng tạo hợp chất tan Chương 6: Cân phản ứng oxi hoá – khử Chương 7: Các phản ứng ion dung dịch nước Trần Tứ Hiếu, Hoá học phân tích, NXB ĐH QG HN, 2002 Nguyễn Thạc Cát, Từ Vọng Nghi, Đào Hữu Vinh, Cơ sở lý thuyết hố phân tích, NXB Giáo dục, 1996 Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi, Cơ sở hố học phân tích, NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002 Từ Vọng Nghi, Hoá học phân tích, Phần 1, NXB ĐHQGHN Nguyễn Thanh Khuyến, Nguyễn Thị Xuân Mai, Cân ion Hoá phân tích, tủ sách ĐH KHTN TP HCM 06/05/2013 Chương 1: Đại cương Hố phân tích KẾ HOẠCH THI VÀ PHÂN BỐ ĐIỂM Phân biệt hai khái niệm ĐIỂM Hố học phân tích Phân tích hố học mơn khoa học có nhịêm vụ nghiên cứu phương pháp phân tích, phương tiện phân tích, quy trình phân tích để xác định thành phần hố học (và chừng mực đó, để xác định cấu trúc hoá học) chất ĐIỂM THƯỜNG KỲ (20%) ĐIỂM GIỮA KỲ (20%) ĐIỂM CUỐI KỲ (60%) Phân tích hố học dịch vụ thử nghiệm, tiến hành theo quy trình phân tích thích hợp cho loại mẫu thử, loại thành phần, để cung cấp thông tin cụ thể thành phần hoá học (cấu trúc hoá học) mẫu thử →“Hố học phân tích“ sở lý thuyết “Phân tích hố học” 1.1 Giới thiệu Hố phân tích 1.1 Giới thiệu Hố phân tích Phương pháp phân tích Phân loại hố phân tích Phương pháp phân tích Theo hàm lượng chất khảo sát Theo trạng thái chất khảo sát Theo lượng chất khảo sát Phân tích hố học Phân tích khối lượn g Phân tích thể tích Phân tích vật lý Tỉ trọng, khối lượng riêng, chiết suất Sắc ký Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Phân tích hố lý Phổ tia X, phát xạ, hấp thu Trắc quang Huỳnh quang 06/05/2013 1.1 Giới thiệu Hố phân tích Theo hàm lượng chất khảo sát Phân tích đa lượng >0.01% Phân tích vi lượng 50ml Phân tích bán vi 06/05/2013 2.3 Quan hệ Ka Kb cặp acid – baz liên hợp 2.5.1 pH hệ acid mạnh baz mạnh Dung dịch acid mạnh HY CHY Mô tả cân bằng: H2O  H+ + OH- (1) HY  H+ + Y- (2) Acid + H2O  Baz liên hợp + H3O+ Ka →Acid mạnh Ka lớn Baz + H2O  Acid liên hợp + OH- 2.5 pH hệ acid - baz Kb → Baz mạnh Kb lớn ĐL BTP: [H+] = [OH-] + [Y-] - Nếu [Y-] >> 10-7  [H+] = [Y-] = CHY  pH = -lg CHY Ka lớn Kb nhỏ 2.5 pH hệ acid - baz Nếu CBOH >> 10-7  [OH-] = CBOH  pOH = -lg BOH [OH−] Ví dụ: Tính pH dung dịch HCl có nồng độ 1,0.10-3M 1,0.10-6M 1,0.10-4M Mô tả cân bằng: H2O  H+ + OH- Kw (1) H A  H+ + AKa (2) + ] = [OH-] + [A-] ⟹ [A-] = [𝐻 + ] − [OH-] ĐL BTP: [𝐻 ĐL BT NĐĐ: Ca = [HA] + [A-] ⟹ [HA] = Ca - [A-] = Ca - [𝐻+ ] + [OH-] ĐLTDKL K a = + CBOH Ví dụ: Tính pH dung dịch KOH KOH 1,0.10-6M + CHY 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu Dung dịch đơn acid yếu HA Ca ĐL BTP: [H+] = [OH-] – CBOH  [OH-] = [H+] + CBOH 10−14 10−14 𝐻+ 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.1 pH hệ acid mạnh baz mạnh Dung dịch baz mạnh BOH CBOH Mô tả cân bằng: H2O  H+ + OH- (1) BOH  B+ + OH- (2) Nếu CBOH ≈ 10-7  [OH-] = - Nếu [Y-] ≈10-7  [H+] = H+ A− 𝐻𝐴 ⟹ [𝐻+ ] = 𝐾 𝑎 𝐻+ = 𝐾 𝑎 + 𝐶 𝑎 − 𝐻 + 𝑂𝐻 𝐻+ − 𝑂𝐻− 𝐻𝐴 𝐴− − (1) 10 06/05/2013 2.5 pH hệ acid - baz 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu 𝐶 𝑎 − 𝐻+ + 𝑂𝐻− (1) 𝐻+ − 𝑂𝐻− - Nếu acid không yếu nồng độ tương đối lớn, nên [H+] >> [OH-] Ví dụ: Tính pH dung dịch CH3COOH 0.1M, pKa = 4.75 Giả sử acid không yếu nồng độ tương đối lớn, nên [H+] >> [OH-] (1) Giả sử Ca >> [H+] (2) 𝐻+ = 𝐾 𝑎 + Nếu Ca >> [H+] ⟹ [H+] = Ka 𝐶𝑎 𝐻+ ⟹ [H+]2 = Ka Ca ⟹ 𝐻+ = [H+] = 𝐾𝑎 𝐶𝑎 + Nếu Ca ≈ [H+] ⟹ Giải phương trình: [H+] = Ka 𝐶 𝑎− 𝐻+ 𝐻+ - Nếu acid yếu nồng độ tương đối nhỏ, nên [H+] ≈[OH-], phải giải phương trình (1) thoả mãn (1) (2) ⟹ pH = 2.88 2.5 pH hệ acid - baz 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu Ví dụ: Tính pH dung dịch acid salyxilic 10-3M, pKa = Giả sử acid không yếu nồng độ tương đối lớn, nên [H+] >> [OH-] (1) Giả sử Ca >> [H+] (2) [H+] = 𝐾 𝑎 𝐶 𝑎 = 10−3 𝑥10−3 = 10-3 thoả mãn (1) không thoả mãn (2) Nên phải giải lại phương trình [H+] = 10−4.75 𝑥0.1 = 10-2.88 𝐾 𝑎 𝐶 𝑎 = 𝐶 − 𝐻+ Ka 𝑎 + 𝐻 [H+]2 + Ka.[H+] – Ca.Ka= ⟹ [H+] = 6.18 x 10-4 ⟹ pH = 3.2 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu Dung dịch đơn baz yếu NaA Cb Mô tả cân bằng: NaA → Na+ + AH2O  H+ + OH- Kw (1) A- + H2O  HA + OH- Kb (2) ĐL BTP: [𝐻+ ] = [OH-] - [HA] ⟹ [HA] = [OH-] − [𝐻+ ] ĐL BT NĐĐ: Cb = [HA] + [A-] ⟹ [A-] = Cb - [HA] = Cb - [OH-] + [𝐻+ ] ĐLTDKL K b = ⟹ 𝐻𝐴 OH− 𝐴− ⟹ [𝑂𝐻− ] = 𝐾 𝑏 𝑂𝐻− = 𝐾 𝑏 𝐴− 𝐻𝐴 𝐶 𝑏 − 𝑂𝐻− + 𝐻+ 𝑂𝐻− − 𝐻+ (2) 11 06/05/2013 2.5 pH hệ acid - baz 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu 𝑂𝐻− = 𝐾 𝑏 𝐶 𝑏 − 𝑂𝐻− + 𝐻+ 𝑂𝐻− − 𝐻+ (2) - Nếu baz không yếu nồng độ tương đối lớn, nên [OH-] >> [H+] + Nếu Cb >> [OH-] ⟹ [OH-] = Kb 𝐶𝑏 𝑂𝐻 − ⟹ 𝑂𝐻 − = ⟹ [OH-]2 = Kb Cb [OH-] = 𝐾𝑏 𝐶𝑏 + Nếu Cb ≈ [OH-] ⟹ Giải phương trình: [OH-] = Kb 𝐶 𝑏 − 𝑂𝐻 − 𝑂𝐻 − - Nếu baz yếu nồng độ tương đối nhỏ, nên [OH-] ≈[H+], phải giải phương trình (2) 2.5 pH hệ acid - baz 𝐾 𝑏 𝐶 𝑏 = 10−4.75 𝑥0.1 = 10-2.88 thoả mãn (1) (2) ⟹ pOH = 2.88 ⟹ pH = 11.12 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.2 pH hệ đơn acid yếu đơn baz yếu Ví dụ: Tính pH dung dịch CH3COONa 10-3M, pKa = 4.75 ⟹ pKb = 9.25 Giả sử baz không yếu nồng độ tương đối lớn, nên [OH-] >> [H+] (1) -] (2) Giả sử Cb >> [OH [OH-] = 𝐾 𝑏 𝐶 𝑏 = 10−3 𝑥10−4.75 = 10-3.88 thoả mãn (1) không thoả mãn (2) Nên phải giải lại phương trình [OH-] = Kb Ví dụ: Tính pH dung dịch NH3 0.1M, pKb = 4.75 Giả sử baz không yếu nồng độ tương đối lớn, nên [OH-] >> [H+] (1) Giả sử Cb >> [OH-] (2) 𝐶 𝑏 − 𝑂𝐻 − 𝑂𝐻 − [OH-]2 + Kb.[OH-] – Cb.Kb = ⟹ [OH-] = 7.5x 10-7 ⟹ pOH = 6.12 ⟹ pH = 7.88 2.5.3 Dung dịch đệm - pH dung dịch đệm Dung dịch đệm dung dịch điều chỉnh cho pH hệ khơng thay đổi q trình hố học có giải phóng hay thu nhận proton Dung dịch đệm gồm hỗn hợp acid yếu baz liên hợp với Đệm acid: CH3COOH / CH3COONa dung dịch muối acid đa acid Đệm baz: NH3 / NH4Cl 12 06/05/2013 2.5 pH hệ acid - baz 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.3 Dung dịch đệm - pH dung dịch đệm Dung dịch đệm gồm HA Ca baz liên hợp NaA Cb Mô tả cân bằng: NaA  Na+ + ACb Cb H+ A− 𝐻𝐴 Tính pH dung dịch đệm gồm CH3COOH 0.1M CH3COONa 0.1M; cho pKa = 4.75 H2O  H+ + OH- Kw (1) HA  H+ + A- Ka (2) Mức không: HA H2O ĐLBTP: [H+] = [OH-] + [A-] – Cb ⟹ [A-] = Cb + [H+] - [OH-] ĐL BT NĐĐ: Ca + Cb = [HA] + [A-] ⟹ [HA] = Ca + Cb - [A-] = Ca - [𝐻+ ] + [OH-] ĐLTDKL K a = 2.5.3 Dung dịch đệm - pH dung dịch đệm ⟹ [𝐻+ ] = 𝐾 𝑎 𝐻𝐴 𝐴− 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.3 Dung dịch đệm - pH dung dịch đệm Cơ chế giữ pH dung dịch đệm: Vì đệm acid nên [H+] >> [OH-] (1) Giả sử Ca, Cb >> [H+] (2) ⟹ 𝐻+ = 𝐾 𝑎 (1) (2) ⟹ pH = 4.75 𝐶𝑎 𝐶𝑏 = 10−4,75 0.1 0.1 = 10-4.75 thoả mãn 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.4 pH dung dịch đa acid, đa baz Dung dịch đa acid: Mô tả cân bằng: H2O  H+ + OH- Kw (1) Các cấu tử dung dịch: H3 A Đệm năng: H3A  H+ + H2A- K1 (2) H2A-  H+ + HA2- K2 (3) HA2-  H+ + A3K3 (4) OHH3 A H+ H2 A- HA2- 13 06/05/2013 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.4 pH dung dịch đa acid, đa baz Dung dịch đa acid: 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.4 pH dung dịch đa acid, đa baz Dung dịch đa acid: Nếu K1 >> K2; K3;…; Kw Xem đơn acid yếu có nồng độ Ca, số phân ly acid K1 VD: tính pH dung dịch H3PO4 0.01 M, có K1 = 7.6x10-3; K2 = 6.2x10-8; K3 = 4.2x10-13 Vì K1 >> K2; K3; Kw nên xem aicd yếu nấc 𝐶 𝑎 − 𝐻+ + 𝑂𝐻− 𝐻+ − 𝑂𝐻− [H+] = 7.6x10−3 x 0.01 = 8.7x10-3 không nhỏ nhiều so với Ca Giải pt: [H+]2 + Ka [H+] – KaCa = ⟹[H+] = 5.7x10-3 ⟹ pH = 2.24 𝐻+ = 𝐾 𝑎 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.4 pH dung dịch đa acid, đa baz Dung dịch đa baz: Mô tả cân bằng: H2O  H+ + OHKw (1) An- + H2O  OH- + HA1-n Kb1 (2) HA1-n + H2O  OH- + H2A2-n Kb2 (3) H2A2-n + H2O  OH- + H3A3-n Kb3 (4) ………………………………… Hn-1A- + H2O  OH- + HnA Kbn (n) Nếu Kb1>>Kb2;Kb3;…; Kw Xem đơn baz tính theo 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.5 pH dung dịch chất lưỡng tính - Hidroxit số kim loại (Al, Cr, Zn, Sn, Pb, ) - Amino acid - Muối acid Muối acid yếu baz yếu Muối acid có dạng NaHA nồng độ CL; số acid Ka1; Ka2 Tính acid, baz: theo Ka1; Ka2 Muối acid yếu baz yếu NH4HCO3 Tính pH: [H+] = (Ka1Ka2)1/2 14 06/05/2013 2.5 pH hệ acid - baz 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.6 pH dung dịch chứa hỗn hợp acid hỗn hợp baz 2.5.6 pH dung dịch chứa hỗn hợp acid hỗn hợp baz Hỗn hợp acid yếu HA1 C1 có Ka1 acid yếu HA2 C2 Ka2 C pl Hỗn hợp acid mạnh HY C1 acid yếu HA C2 HY → H+ + YC1 C1 HA ⇌ H+ + A- Ka C2 C1 x x x [] C2 – x Ka = Nếu Ka1.C1 >> Ka2.C2 >>Kw Chọn cb acid HA1 làm cb C1 + x x C1 + x x C2 − x 𝐻+ = 𝐶1 + K a C2 C1 𝐻+ = 𝐾 𝑎1 𝐶1 − 𝐻+ + 𝑂𝐻− 𝐻+ − 𝑂𝐻− Nếu Ka1.C1 Ka2.C2 >>Kw 𝐻+ = 𝐾 𝑎1 𝐶1 + 𝐾 𝑎2 𝐶2 2.5 pH hệ acid - baz 2.5 pH hệ acid - baz 2.5.6 pH dung dịch chứa hỗn hợp acid hỗn hợp baz 2.5.6 pH dung dịch chứa hỗn hợp acid hỗn hợp baz Hỗn hợp baz mạnh AOH C1 baz yếu NaA C2 AOH → A+ + OHNaA → Na+ + AC1 C1 C2 C2 A- + H2O ⇌ HA + OH- Kb C C2 C1 pl x x x [] C2 – x Kb = C1 + x x C2 − x x C1 + x Hỗn hợp baz yếu NaA1 C1 có Kb1 baz yếu NaA2 C2 Kb2 Nếu Kb1.C1 >> Kb2.C2 >>Kw Chọn cb baz NaA1 làm cb 𝑂𝐻 − = 𝐾 𝑏1 Nếu Kb1.C1 Kb2.C2 >>Kw 𝐶1 − 𝑂𝐻 − + 𝐻+ 𝑂𝐻 − − 𝐻+ 15 ... dụng: Phân tích mơi trường, phân tích khống liệu, phân tích hợp kim, kim loại, phân tích dược phẩm, phân tích thực phẩm, Phân tích thơ >50ml Phân tích bán vi