1 GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC Vị trí, ý nghĩa, vai trò môn học Môn học Hoá học phân tích là một trong những kiến thức cơ bản ban đầu trong các môn học liên quan đến việc phân tích các sản phẩm dầu khí. Môn học này sẽ cung cấp cho các học viên các kiến thức cơ bản của Ngành phân tích hóa học, từ đó học viên sẽ tự hình thành các kỹ năng sử dụng các dụng cụ trong phòng thí nghiệm phân tích để có thể phân tích đƣợc các chỉ tiêu trong sản phẩm của dầu khí ở phần cơ sở, cũng nhƣ vận dụng sáng tạo các kiến thức đƣợc học để hiểu và tìm tòi khắc phục trong các thí nghiệm tƣơng tự của thực tế. Ngoài ra, môn học cũng rèn luyện cho học viên những ý thức và thói quen qua các bài thực hành, luyện tập trong từng giai đọan Mục tiêu của môn học Học xong môn học này, học viên cần phải: 1. Nắm vững các khái niệm cơ bản về hóa phân tích. 2. Phân tích định tính. 3. Phân tích định lƣợng. 4. Hiểu biết các định luật hóa học. 5. Thực hiện phân tích các loại chất khác nhau. Mục tiêu thực hiện của môn học Khi hoàn thành môn học này, học viên có khả năng: 1. Mô tả các khái niệm cơ bản về phân tích định 2 tính và định lƣợng. 2. Phân tích các ion theo: + Phân tích định tính. + Phân tích định lƣợng. 3. Phân tích các loại chất khác nhau. Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN hóa phân tích của trƣờng. Nội dung chính của môn học Bài 1: Khái niệm cơ bản.(hệ thống phân tích định tính) Bài 2: Phân tích định tính Cation nhóm 1 Bài 3: Phân tích định tính Cation nhóm 2 Bài 4: Phân tích định tính Cation nhóm 3 Bài 5: Phân tích khối lƣợng. (phân tích định lƣợng khối lƣợng) Bài 6: Phân tích thể tích Bài 7: Phân tích định lƣợng acid – baz Bài 8: Phân tích định lƣợng oxy hoá khử Bài 9: Phân tích định lƣợng tạo phức Bài 10: Phân tích định lƣợng tạo tủa 3 CÁC HÌNH THỨC HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔN HỌC - Học trên lớp về: + Các cân bằng trong dung dịch + Phân tích định tính các cation các nhóm 1,2,3 + Phân tích định lƣợng theo phƣơng pháp khối lƣợng + Phân tích định lƣợng theo các phƣơng pháp thể tích + Các phƣơng pháp tính sai số của phép chuẩn độ - Tự nghiên cứu tài liệu liên quan đến Phân tích cơ sở. - Theo dõi việc hƣớng dẫn giải các bài tập - Làm các bài tập về các cân bằng trong các hệ dung dịch, các bài tập về xác định hàm lƣợng các mẫu chất - Tính toán các bài toán sai số trong các báo cáo về hàm lƣợng đã đƣợc tính toán - Thảo luận và xây dựng các công thức tính toán, các hệ thống phân tích định tính - Tham gia các bài kiểm tra đánh giá chất lƣợng học tập. - Tham gia các bài thực hành tại phòng thí nghiệm 4 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔN HỌC Về kiến thức - Vận dụng đƣợc các kiến thức đã đƣợc học để xác định đƣợc các phƣơng pháp phân tích cho phù hợp với một số mẫu thực. - Xây dựng đƣợc đƣờng định phân và đồ thị của chúng - Xác định đƣợc các chỉ thị tƣơng ứng cho phép chuẩn độ - Vận dụng đƣợc các lý thuyết về cân bằng trong dung dịch để xác định đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến dung dịch - Vận dụng tốt các công thức phân tích để tính toán đƣợc hàm lƣợng các chất phân tích Về kỹ năng - Thành thạo các thao tác sử dụng các thiết bị, dụng cụ phân tích trong phòng thí nghiệm - Tính toán đƣợc sai số trong quá trình phân tích - Tính toán thuần thục các bài toán về xác định hàm lƣợng các dung dịch phân tích. - Hệ thống hoá đƣợc các cách định tính các ion trong dung dịch - Thực hiện tốt các bài thí nghiệm của môn học - Xác định đƣợc hàm lƣợng các mẫu chất ban đầu Về thái độ - Nghiêm túc trong thực tập khi thực hiện các bài 5 thí nghiệm phân tích trong phòng thí nghiệm - Luôn chủ động trong việc xác định áp dụng các phƣơng pháp phân tích - Động viên, nhắc nhở các đồng nghiệp thực hiện đúng thao tác kỹ thuật đã đƣợc học. 6 BÀI 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mã bài: HPT 1 Giới thiệu Để tiến hành phân tích đƣợc các mẫu dung dịch nƣớc, cần phải nắm vững một cách có hệ thống các kiến thức về dung dịch, các khái niệm liên quan trong hoá phân tích Mục tiêu thực hiện Học xong bài này học viên sẽ có khả năng: 1. Mô tả sự điện ly trong dung dịch. 2. Mô tả tích số ion của nƣớc - pH của dung dịch. 3. Mô tả pH trong các hệ acid - baz. 4. Nắm vững các khái niệm về độ hoà tan, tích số tan. 5. Nắm vững các khái niệm cơ bản về phức chất. 6. Mô tả phản ứng thủy phân. Nội dung chính 1. Sự điện ly trong dung dịch. 2. Tích số ion của nƣớc - pH của dung dịch. 3. pH trong các hệ acid - baz. . Khái niệm về độ hoà tan, tích số tan. 5. Khái niệm cơ bản về phức chất. 6. Phản ứng thủy phân 1. 1. Sự điện ly trong dung dịch 1.1.1. Khái niệm điện ly Dung dịch là một hệ đồng thể gồm 2 hay nhiều chất mà thành phần của nó có thể thay đổi trong giới hạn rộng. Gồm 3 loại dung dịch: dung dịch khí, dung dịch lỏng, dung 7 dịch rắn. - Dung dịch khí là hỗn hợp của hai hay nhiều chất khí (nhƣ không khí). Trong điều kiện bình thƣờng do tƣơng tác giữa các phân tử khí quá nhỏ nên dung dịch khí gần nhƣ là hỗn hợp cơ học. Nhƣng khi điều kiện thay đổi với áp suất cao, sự hoà tan của các chất khí giống nhƣ sự hoà tan của các chất lỏng, vì lúc này chúng có lực tƣơng tác đáng kể. - Dung dịch lỏng là dung dịch đƣợc tạo thành từ những chất có khả năng hoà tan trong dung môi lỏng. - Dung dịch rắn là những tinh thể đƣợc tạo thành do sự hoà tan của các chất khí, lỏng, rắn trong dung môi chất rắn. Xét trong hệ dung dịch lỏng, khi cho chất tan vào trong dung môi lỏng, luôn xảy ra 2 quá trình: quá trình chuyển pha phá vỡ cấu trúc chất tan thành các ion, phân tử hay nguyên tử, rồi khuyếch tán vào trong dung môi (đây là quá trình vật lý, thu nhiệt) + quá trình sonvat hoá tƣơng tác hình thành giữa các phần tử đã chuyển pha với các phần tử dung môi (đây là quá trình hoá học, phát nhiệt ) " Sự điện ly là quá trình phân ly các chất tan thành những ion mang điện tích trái dấu, các chất trong trạng thái nóng chảy hay trong dung dịch, có khả năng phân ly thành những ion mang điện tích trái dấu, làm cho hệ có khả năng dẫn đƣợc điện, gọi là chất điện ly " 8 Dƣơí tác dụng của dòng điện, các ion dƣơng sẽ di chuyển về phía điện cực âm (catod) nên gọi là cation, còn các ion âm sẽ di chuyển về điện cực dƣơng (anod) nên gọi là anion. Các ion đó có tính chất khác hoàn toàn so với các nguyên tử cùng loại nguyên tố (chẳng hạn, ion H + có tính chua, gây chua, làm quỳ tím hóa đỏ, nhƣng nguyên tử H thì không có tính chất này) Phân loại: chất điện ly gồm hai loại: - Chất điện ly mạnh: là chất điện ly có khả năng phân ly hoàn toàn, đƣợc biểu thị bằng dấu ( ) - Chất điện ly yếu: là chất điện ly không có khả năng phân ly hoàn toàn, đƣợc biểu thị bằng dấu ( ) Ví dụ: dung dịch HCl, NaCl là những dung dịch chất điện ly mạnh đƣợc biểu thị trong dung dịch nƣớc là: HCl H + + Cl - NaCl Na + + Cl - Còn những dung dịch FeCl 2 , Cu(OH) 2 là những dung dịch chất điện ly yếu đến rất yếu, đƣợc biểu thị trong dung dịch nƣớc là: FeCl 2 Fe 2+ + Cl - Cu(OH) 2 Cu 2+ + 2 OH - v.v Một điều cần lƣu ý là: những ion đƣợc minh họa bằng các phƣơng trình điện ly trong các quá trình điện ly, là những ion sonvat chứ không phải là những ion tự do (cách viết trình bày ở trên là cách biểu thị sự sonvat hoá đã đƣợc viết giản lƣợc rồi) 9 1.1.2. Hằng số phân ly dung dịch 1.1.2.1. Khái niệm Trong dung dịch điện ly luôn có một cân bằng động đƣợc xác lập cho quá trình địên ly chất tan, chẳng hạn cho chất tan A m B n tan trong nƣớc, thì quá trình hoà tan luôn bao gồm hai quá trình phân ly chất tan A m B n thành các ion sonvat và quá trình kết hợp các ion này thành phân tử A m B n . Sau một thời gian, các vận tốc của 2 quá trình này bằng nhau thì dung dịch sẽ đạt tới quá trình cân bằng A m B n m A +n + n B -m Khi đó hằng số cân bằng K CB = ][ ].[][ nm nmmn BA BA còn đƣợc gọi là hằng số điện ly hay hằng số phân ly A m B n . Đây là một đại lƣợng đặc trƣng cho chất điện ly hoà tan trong một dung môi nhất định. Ví dụ: đối với acid phân ly một nấc nhƣ CH 3 COOH là: CH 3 COOH CH 3 COO - + H + Thì hằng số phân ly (hay còn gọi là hằng số acid): K CB = ][ ]].[[ 3 3 COOHCH OOCHH = 1,82. 10 - 5 . Đối với acid phân ly hai nấc nhƣ H 2 CO 3 : mỗi nấc phân ly có một hằng số tƣơng ứng H 2 CO 3 H + + HCO 3 - K CB = ][ ]].[[ 32 3 COH HCOH = 0 - 6,35 . HCO 3 - H + + CO 3 2- 10 K CB = ][ ]].[[ 3 2 3 HCO COH = 10 - 10,33 . Khái niệm về độ mạnh của một acid hay một baz cũng có thể đƣợc xác định dựa trên hằng số phân ly của chất đó: K CB của phƣơng trình điện ly acid càng lớn thì tính acid càng mạnh (hay ngƣợc lại đối với baz). Lúc đó, K CB còn đƣợc gọi là hằng số acid K a (hay đối với baz là hằng số baz K b ) Hằng số điện ly của một chất điện ly rất phụ thuộc vào bản chất của dung môi hoà tan nó. Việc thêm một dung môi khác có độ thẩm điện môi nhỏ hơn nƣớc (chẳng hạn Dioxan có = 2,2 so với nƣớc là 80,4) vào dung dịch chất điện ly sẽ làm giảm hằng số K này (khi cho Dioxan vào dung dịch acid acetic thì pK a = 4,75 tăng lên pK a = 10,52, tức hằng số điện ly đã bị giảm đi gần 1 triệu lần), kết qủa chất tan sẽ khó tan hơn. (Để tiện việc tính toán, thƣờng sử dụng pK a = - lg K a và pK b = - lg K b , với pK a + pK b = 14) 1.1.2.2. Hằng số bền và không bền Các quá trình điện ly trong dung dịch chất điện ly đƣợc xác định định lƣợng theo hằng số điện ly K CB , còn gọi là hằng số phân ly hay hằng số không bền (K Pl ) Chẳng hạn CH 3 COOH CH 3 COO - + H + có K CB = K Pl = 1,82.10 – 5 . Còn các quá trình kết hợp ion trong dung dịch chất điện ly đƣợc xác định định lƣợng theo hằng số kết hợp, còn gọi là hằng số bền . Chẳng hạn: [...]... chức mà hai nấc phân ly gần nhau - có giá trị cách nhau rất xa: gấp 104 lần thì có thể coi sự phân ly nấc đứng trƣớc là đóng vai trò quyết định hơn nấc phân ly đứng sau và có thể tính nồng độ ion hydro dựa vào cân bằng phân ly ở nấc đứng trƣớc này Với acid đa chức mà các nấc gần nhau hoặc không cách nhau nhiều lắm thì phải tính chính - xác dựa trên các quá trình, các phƣơng trình toán học, phải thiết... hằng số phân ly KPl Thiết lập mối quan hệ giữa và K trong dung dịch M (AmBn ) C : Quá trình phân ly: AmBn m A+n + Nồng độ ban đầu: C 0 Nồng độ cân bằng: C - x m x Với - = x C x = C .Thì: K(A) = n B-m 0 n x (m.x) n ( n.x) m C x Phƣơng pháp giải đúng: từ biểu thức trên, chuyển thành phƣơng trình đại số, rồi giải tìm - hay K Phƣơng pháp giải gần đúng: Nếu khi chuyển biểu thức sang phƣơng trình toán học bậc... quá trình phân ly của dung dịch acid đƣợc đặt là h) Ví dụ: Tính hằng số phân ly của CH3COOH 0,1M có = 1,35% 14 Quá trình phân ly: CH3COOH CH3COO- Nồng độ ban đầu: 0,1 0 Nồng độ cân bằng: 0,1 - x m x Với = x 0,1 x = 0,1 K(A) = K(A) = + H+ 0 n x = 0,00135 x2 0,1 x (0,00135 ) 2 = 1,85.10-5 0,1 0,00135 Ví dụ: Thiết lập mối quan hệ giữa thế điện cực E và K trong dung dịch oxy hoá khử (ox1 + kh2) Quá trình. .. các acid vô cơ, thì sự phân ly của các đa acid xảy ra mạnh nhất ở nấc thứ nhất, và sau đó giảm dần ở các nấc sau, nghĩa là các hằng số phân ly thƣờng sắp xếp giảm dần theo thứ tự K1 > K2 > Điều này dễ hiểu vì một phân tử không mang điện mất proton dễ dàng hơn một anion, và anion có một điện tích lại mất proton dễ dàng hơn một anion có 2 điện tích v.v Theo Pauling: Các hằng số phân ly của thứ tự các... tan bỏ vào không phân ly hoàn toàn (đó là những chất điện ly yếu đến rất yếu, nhƣ các chất khí, chất kết tủa không tanv.v ) - = 1 lƣợng chất điện ly bỏ vào tan hoàn tòan (đó là những chất điện ly mạnh) - 0< . niệm cơ bản về phân tích định 2 tính và định lƣợng. 2. Phân tích các ion theo: + Phân tích định tính. + Phân tích định lƣợng. 3. Phân tích các loại. Phân tích thể tích Bài 7: Phân tích định lƣợng acid – baz Bài 8: Phân tích định lƣợng oxy hoá khử Bài 9: Phân tích định lƣợng tạo phức Bài 10: Phân tích