Đang tải... (xem toàn văn)
TIỂU LUẬN CHỦ ĐỀ CHUẨN ĐỘ ACIDBASEExercises 1. Calculate the pH at each point listed for the titration of 100.0 mL of 0.100 M cocaine (Section 94, Kb = 2.6 x 106) with 0.200 M HNO3 . The points to calculate are Va = 0.0, 10.0, 20.0, 25.0, 30.0, 40.0, 49.0, 49.9, 50.0, 50.1, 51.0, and 60.0 mL. Draw a graph of pH versus Va 3.Dịch: Tính pH tại mỗi điểm được liệt kê để chuẩn độ 100 mL cocaine 0.100 M (mục 9.4, Kb = 2.6 × 106) với 0.200 M HNO3 . Các điểm cần tính lần lượt là Va = 0.0, 10.0, 20.0, 25.0, 30.0, 40.0, 49.0, 49.9, 50.0, 50.1, 51.0, and 60.0 mL. Vẽ đồ thị của pH so với Va .Giải:Gọi C0, C lần lượt là nồng độ của dung dịch cocaine và HNO3V0 là thể tích của dung dịch cocaineVa = 0, lúc này chưa cho dung dịch HNO3 vào, cocaine là một dung dịch bazo yếu.Ta có phương trình: Gọi B là công thức của cocaine, phương trình viết lại thành:B + H2O ⇄ BH+ + OHCân bằng0.1x x xTrong đó x (M) là nồng độ OH trong dung dịchTa có: Kb = x2(0.1x) = 2.6 × 106 x = 5.086×104 (M)OH = x = 5.086×104 (M) H+ = KwOH = 1014(5.086×104) = 1.966×1011 (M) pH = 10.71Vì Kb = 2.6 × 106 pKb = 5.59 pKa = 14 – 5.59 = 8.41Khi cho HNO3 vào ta có phương trình chuẩn độ:B + H+ → BH+Tại điểm tương đương, ta tính được thể tích tương đương Ve Ve×C = V0×C0 Ve×0.2 = 100×0.1 Ve = 50 ml TH1: Va < Ve, một phần cocaine bị trung hòa, do đó có một hỗn hợp dung dịch đệm gồm cocaine, ion cocaine. pH được tính theo công thức:pH = 14 – pOH = 14 – (pKb log((B)(〖BH〗+)))pH = pKa + log((B)(〖BH〗+)) ()B = (C_0 V_0CV_a)(V_0+V_a )BH+ = (CV_a)(V_0+V_a )Thay vào () ta được:pH = pKa + log((C_0 V_0CV_a)(CV_a )) Thay các Va đề cho (Va < Ve) ta được:
CHỦ ĐỀ CHUẨN ĐỘ ACID-BASE MỤC LỤC Nội dung Trang MỞ ĐẦU Hóa phân tích mơn khoa học phương pháp xác định định tính định lượng chất Phương pháp xác định định tính nhằm giúp xác định chất nghiên cứu cấu tạo từ thành phần Phương pháp phân tích định lượng giúp xác định hàm lượng hợp chất chứa đối tượng nghiên cứu Trong chuẩn độ kỹ thuật phân tích cho phép xác định định lượng chất hòa tan (chất cần phân tích) mẫu Trong phương pháp phân tích chuẩn độ, người ta dùng nhiều loại phản ứng hóa học phản ứng trung hịa, phản ứng oxi hóa - khử lấy tên loại phản ứng đặt tên cho phương pháp, nên ta có phương pháp chuẩn độ axit - bazơ, phương pháp chuẩn độ hóa - khử Hầu hết trình xảy dung dịch liên quan đến đặc tính acid – base chất Do việc nghiên cứu acid – base cho phép giải thích nhiều tượng phân tích xảy dung dịch Chuẩn độ axit - bazơ, hay gọi chuẩn độ trung hịa, phương pháp phân tích chuẩn độ sử dụng rộng rãi để xác định nồng độ dung dịch axit dung dịch bazơ, xác định điểm cuối dựa biến đổi pH đột ngột quan sát thấy gần điểm tương đương Đối với kiểu chuẩn độ chuẩn độ acid - base, mục tiêu xây dựng biểu đồ thể độ pH thay đổi chất chuẩn độ thêm vào Nhờ vào biểu đồ, ta hiểu xảy chuẩn độ giải thích đường cong chuẩn độ thực nghiệm Để hiểu rõ tiểu luận tìm hiểu chủ đề: Chuẩn độ acid – base Tổng quan lí thuyết 1.1 Khái niệm acid – base - Thuyết acid- base Arrhenius: Theo Arrhenius, acid chất hòa tan nước, phân ly cho H +, base chất phân ly cho OH- [1] Ví dụ: HCl → H+ + Cl- (acid) NaOH → Na+ + OH- (base) Thuyết đơn giản, dễ hiểu, giải thích tính acid – base hang loạt chất dung dịch nước Tuy nhiên thuyết có hạn chế không áp dụng cho số chất hòa tan nước cho ion H+ OH- cơng thức chất khơng có chứa H OH Chưa giải thích tính acid – base số chất dung dịch nước, chưa phản ứng tác dụng dung môi chất tan [2] - Thuyết acid – base Bronsted-Lowry ( Thuyết proton) [1] Năm 1923, hai tác giả Bronsted (Đan Mạch) Lowry ( Anh) độc lập làm việc đề xuất lý thuyết acid – base Theo Bronsted-Lowry, acid chất tác dụng với dung môi tạo H + solvat hóa (Ví dụ: H3O+ nước, C2H5OH2+ ethanol) Ví dụ: HCl + H2O → H3O+ +ClBase chất nhận H+ Ví dụ: NaOH + H+ → Na+ + H2O Theo Bronsted-Lowry, acid sau nhường proton trở thành base gọi base liên hợp acid, ngược lại base sau nhận proton cho acid liên hợp Một cặp acid – base liên hợp biểu diễn hệ thức: Acid ⇌ Base + H+ Theo định nghĩa Bronsted-Lowry acid base tồn dạng cation anion Ví dụ: Sự thủy phân cation NH4+ xem ion hóa acid yếu NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+ Và thủy phân anion xem ion hóa base CH3COO- + H2O ⇌ CH3COOH + OHThuyết acid – base Bronsted-Lowry cho thấy rõ ảnh hưởng dung môi tạo thành H+ OH- nhờ giải thích ảnh hưởng dung môi cường độ acid base Đơn giản hóa cách tính pH, đặc biệt tính pH dung dịch muối muối chẳng qua phối hợp acid base nên cách tính pH dung dịch muối đưa trường hợp tính pH dung dịch acid base yếu Vì ưu điểm trên, định nghĩa acid - base theo Bronsted-Lowry sử dụng nhiều hóa phân tích 1.2 Chuẩn độ base mạnh acid mạnh Việc chuẩn độ viết phản ứng hóa học chất chuẩn độ chất phân tích Sau dùng phản ứng để tính thành phần pH sau lần thêm chất chuẩn độ Chuẩn độ base mạnh acid mạnh là: Khảo sát chuẩn độ V (mL) dung dịch bazơ mạnh BOH có nồng độ C 0(M) dung dịch axit mạnh HA có nồng độ C (M), giả sử thể tích HA tiêu thụ q trình chuẩn độ V (mL) Phản ứng chuẩn độ: H+ + OH- → H2O Trong phép chuẩn độ bazơ mạnh axit mạnh bất kỳ, có ba vùng đường cong chuẩn độ cần tính tốn khác nhau: Trước điểm tương đương: pH xác định OH- dư dung dịch Tại điểm tương đương: H+ phản ứng vừa đủ với OH- để tạo H2O Độ pH xác định phân ly nước Sau điểm tương đương: pH xác định H+ dung dịch Một ví dụ chuẩn độ base mạnh acid mạnh: Chuẩn độ 50,00 mL KOH 0,020 00 M với HBr 0,100 M Phản ứng hóa học chất chuẩn độ chất phân tích đơn là: H+ + OH- → H2O K = 1/Kw = 1014 Ta tính thể tích HBr (Ve) cần thiết để đạt đến điểm tương đương cách tính số mol KOH chuẩn độ với số mol HBr thêm vào: Ve.0,1000 = 0,050 00.0,020 00 ⇒ Ve = 0,01000 L = 10.00 mL Khi thêm 10,00 mL HBr vào, q trình chuẩn độ hồn tất Trước thời điểm này, có OH- dư, chưa phản ứng Sau điểm tương đương dung dịch xuất H+ dư Điểm tương đương xảy chất chuẩn độ thêm vào đủ xác cho phản ứng với chất phân tích Điểm tương đương kết lý tưởng mà tìm kiếm phép chuẩn độ Cịn điểm kết thúc đánh dấu thay đổi vật lý đột ngột, chẳng hạn màu thị điện cực [3] Vùng 1: Trước điểm tương đương Tính tốn theo hóa học đại cương học: Giả sử thêm mL HBr vào dung dịch lúc tổng thể tích dung dịch 53 mL HBr phản ứng với KOH, KOH dư Ta tính số mol HBr thêm vào: Số mol HBr thêm vào = 0,003.0,100 = 3.10-4 mol = 0,3 mmol Số mol KOH ban đầu = 0,05.0,020 00 = 1.10-3 = mmol Số mol KOH chưa phản ứng = – 0,3 = 0,7 mmol → Nồng độ KOH chưa phản ứng = 0,7/53 = 0,0132 M → [H+] = Kw/0,0132 = 7,57 10-13 M → pH = -log [H+] = 12.12 Khi đơn giản hóa phép tính tốn: Khi thêm mL HBr vào xem đạt đến 3/10 phản ứng Ve = 10,00 mL Lượng OH- lại chưa phản ứng 7/10 Nồng độ OH- cịn lại tích số nồng độ OH- ban đầu hệ số pha loãng: Nồng độ ban đầu (11-1) Hệ số pha loãng thể tích ban đầu chất phân tích chiaTổng cho thể tổngtích thểcủa tíchdung dungdịch dịch Vùng 2: Tại điểm tương đương Vùng điểm tương đương, nơi H + phản ứng vừa đủ với OH- Chúng ta tạo dung dịch tương tự cách hòa tan KBr nước pH xác định phân ly nước: Độ pH điểm tương đương phép chuẩn độ base mạnh (hoặc acid) acid mạnh (hoặc base) 7,00 250C pH điểm tương đương 7,00 phép chuẩn độ axit mạnh - bazơ mạnh Nếu hai chất phản ứng yếu điểm tương đương pH 7,00 Vùng 3: Sau điểm tương đương Vượt điểm tương đương, nồng độ H+ dư 10,50 mL tính bởi: Thể tích dư pH= -log [H+] = 3.08 Tổng thể tích dung dịch Tại Va = 10, 50 mL, lượng HBr dư tính Va – Ve = 10,50 mL – 10,00 mL = 0,50 mL Đó lý có số 0, 50 xuất hệ số pha loãng Đường cong chuẩn độ mL HBr Nồng độ OHchưa phản ứng (M) Nồng độ H+ dư (M) Vùng Vùng pH 7.00 Bảng Tính tốn đường cong chuẩn độ cho 50,00 mL 0,020 00 M KOH chuẩn độ HBr 0,100 M HÌNH Đường cong chuẩn độ tính tốn cho thấy pH thay đổi HBr 0,100 M thêm vào 50,00 mL KOH 0,020 M Các điểm tương đương điểm uốn đạo hàm cấp hai khơng Đường cong chuẩn độ Hình cho thấy thay đổi nhanh chóng pH gần điểm tương đương Điểm tương đương nơi có hệ số góc (dpH / dVa) lớn (và đạo hàm cấp hai 0, điều làm cho trở thành điểm uốn) 1.3 Chuẩn độ acid yếu base mạnh Việc chuẩn độ axit yếu với bazơ mạnh cho phép vận dụng tất kiến thức hóa học acid - base Ví dụ chuẩn độ acid yếu base mạnh: Chuẩn độ 50,00 mL MES 0,020 00 M với NaOH 0,100 M MES tên viết tắt 2- (N-morpholino) ethanesulfonic axit, axit yếu với pKa = 6.27 Phương trình chuẩn độ: Phản ứng ngược lại Kb phản ứng tạo base A- Do số cân phản ứng K = 1/ Kb = 1/ (Kw/Ka (HA)) = 5,4.107 Hằng số cân lớn đến mức ta xem phản ứng “hồn thành” sau lần thêm OH- Đầu tiên ta tính thể tích base, Vb, cần thiết để đạt đến điểm tương đương Các phép tính chuẩn độ acid yếu base mạnh gồm bốn vùng: Trước thêm bazơ vào, dung dịch chứa HA nước Đây axit yếu có độ pH xác định cân bằng: K HA ‡ˆ ˆˆ ˆˆaˆˆ†ˆ H + +A- Từ lần thêm NaOH trước điểm tương đương, có hỗn hợp gồm HA khơng phản ứng cộng với A - tạo Đây dung dịch đệm Có thể sử dụng phương trình Henderson-Hasselbalch để xác định độ pH Tại điểm tương đương, “tất cả” HA chuyển thành A - Tương tự hòa tan A- nước Ta có bazơ yếu có độ pH xác định phản ứng: K HA ‡ˆ ˆˆ ˆˆaˆˆ†ˆ H + +A- Ngoài điểm tương đương, cho NaOH dư vào dung dịch A - Tới mức đó, pH xác định base mạnh Tính tốn độ pH thể cần thêm NaOH dư vào nước Bỏ qua hiệu ứng nhỏ A- Vùng 1: Trước base thêm vào Trước thêm base bất kỳ, Ta có dung dịch 0,020 00 M HA với pKa = 6,27 Đây đơn giản axit yếu H+ + HA FVùng 2: Trước điểm tương đương Thêm OH- tạo hỗn hợp HA A- Hỗn hợp chất đệm có độ pH tính tốn phương trình Henderson-Hasselbalch từ thương số [A -] / [HA] Giả sử muốn tính [A-] / [HA] 3,00 mL OH- thêm Vì Ve = 10,00 mL, ta thêm đủ base để phản ứng với ba phần mười HA Chúng ta lập bảng để xem nồng độ tương đối trước sau phản ứng: Phản ứng chuẩn độ HA + Tỉ lệ tương đối ban đầu (HA _ _ Tỉ lệ tương đối kết thúc _ _ Khi biết thương số [A - ] / [HA] dung dịch nào, ta biết độ pH nó: pH= pKa + log= 6.27 + log = 5.90 Điểm mà thể tích chất chuẩn độ 1/2V e điểm đặc biệt phép chuẩn độ Phản ứng chuẩn độ Tỉ lệ tương đối ban đầu (HA Tỉ lệ tương đối kết thúc pH= pKa + log= pKa HA + _ _ _ _ Khi thể tích chất chuẩn độ 1/2V e, pH = pKa axit HA (bỏ qua hệ số hoạt độ) Từ đường cong chuẩn độ thực nghiệm tìm giá trị gần pKa qua cách đọc độ pH Vb = 1/2Ve, Vb thể tích base thêm vào (Để tìm giá trị thực pKa yêu cầu hệ số hoạt độ) Có thể tính pH từ thương số [A-] / [HA] pH= pKa + log Vùng 3: Tại điểm tương đương Tại điểm tương đương, ta biết xác lượng NaOH vừa đủ để phản ứng HA Phản ứng chuẩn độ Lượng chất tương đối ban đầu Lượng chất tương đối ban đầu HA + 1 _ _ _ _ _ Dung dịch chứa A- Chúng ta chuẩn bị dung dịch tương tự cách hòa tan muối Na-A+ nước cất Dung dịch Na-A+ đơn giản dung dịch bazơ yếu Để tính pH bazơ yếu, viết phản ứng bazơ yếu với nước: Kb = Điểm khó khăn nồng độ A- khơng cịn 0,020 00 M, nồng độ ban đầu HA A- pha loãng NaOH từ buret: Nồng độ ban đầu HA Với giá trị F’, giải vấn đề: Thể tích dung dịch pH điểm tương đương phép chuẩn độ 9,25 Nó khơng phải 7,00 Điểm tương đương pH chuẩn độ axit yếu, axit chuyển đổi thành base liên hợp điểm tương đương Vùng 4: Sau điểm tương đương Bây ta thêm NaOH vào dung dịch A - Base NaOH mạnh base A- nên pH xác định lượng dư OH- Tính pH Vb = 10,10 mL có 0,1 mL vượt qua Ve Nồng độ OH- dư là: Nồng độ dư pH= Thể tích dung dịch Đường cong chuẩn độ Các tính tốn cho phép chuẩn độ MES NaOH trình bày Bảng 11-2 Tính tốn đường cong chuẩn độ Hình 11-2 có hai điểm dễ nhận biết Một điểm tương đương, phần dốc đường cong Mốc lại điểm có Vb = 1/2V e pH = pKa Điểm thứ hai điểm uốn, có độ dốc nhỏ 10 khơng proton hóa mức độ lớn acid Chúng ta thấy acid pecloric acid mạnh HCl dung mơi Hình 11 Chuẩn độ hỗn hợp acid với tetrabutylamoni hydroxit dung môi metyl isobutyl xeton cho thấy thứ tự độ mạnh axit HClO4 > HCl > acid 2hydroxybenzoic > acid acetic > hydroxybenzen Các phép đo thực với điện cực thủy tinh điện cực so sánh Pt Tung độ tỷ lệ thuận với pH, với độ pH tăng dần điện trở nên dương [7] Ví dụ xét base urê, (H2N)2C=O (Kb = 1,3.10-14), yếu để tạo điểm cuối khác biệt chuẩn độ acid mạnh nước B + H3O+ BH+ + H2O Không thể nhận biết điểm cuối số cân cho phản ứng chuẩn độ khơng đủ lớn Nếu có sẵn acid mạnh H 3O+, phản ứng chuẩn độ có số cân đủ lớn điểm kết thúc khác biệt Nếu base hòa tan acid acetic chuẩn độ HClO axit axetic, quan sát thấy điểm cuối rõ ràng Phản ứng có số cân lớn HClO axit mạnh nhiều so với H3O+ (Sản phẩm phản ứng viết cặp ion số điện mơi axit axetic thấp phép ion phân tách nhiều.) Các phép chuẩn độ không khả thi nước khả thi dung mơi khác [8] Chuẩn độ HClO4 CH3CO2H : B + HClO4 1.10 Tính tốn đường cong chuẩn độ bảng tính Các giá trị gần sử dụng để tính tốn có giá trị nồng độ q lỗng số cân khơng có độ lớn phù hợp giá trị K a gần nhau, giống protein Phần phương trình để xử lý phép chuẩn độ cách tổng quát, sử dụng bảng tính [9] Chuẩn độ acid yếu với base mạnh Xét phép chuẩn độ thể tích V a acid HA (nồng độ ban đầu C a) thể tích Vb NaOH nồng độ Cb Bảo tồn điện tích cho trường hợp là: Cân điện tích: [H+] + [Na+] = [ + nồng độ Na+ là: [Na+] = 25 Tương tự, nồng độ axit yếu FHA = [HA] + [ = Sử dụng phương trình: Phân số dạng : Nồng độ A- viết lại là: [ Trong αA- = Ka/([H+] + Ka) Ka số phân ly HA Thay [Na+] [A-] vào phương trình bảo tồn điện tích ta được: [H+] + Sau xếp lại ta được: Phân số chuẩn độ acid yếu base mạnh: Phương trình liên quan đến thể tích chất chuẩn độ (V b) với độ pH loạt số Đại lượng ɸ, thương số C bVb / CaVa, phần mol điểm tương đương, V e Khi ɸ = 1, thể tích base thêm vào, Vb, Ve Phương trình ngược lại cần đặt độ pH vào bên phải để giảm thể tích bên trái Tức thay nồng độ H + vào thu thể tích chất chuẩn độ tạo nồng độ Ví dụ: Sử dụng Cơng thức tính ɸ để tính đường cong chuẩn độ cho 50,00 mL acid yếu 0,020 00 M MES NaOH 0,100 M Thể tích tương đương V e = 10,00 mL Các đại lượng công thức là: Ca= 0.02M Va= 50 mL Ka = 5.37 10-7 pH liệu nhập vào [H+]= 10-pH = / [H+] liệu xuất 26 Đầu vào bảng tính Hình 12 pH cột B đầu V b cột G Từ pH, giá trị [H+], [OH-] αA- tính cột C, D E Cơng thức tính ɸ sử dụng cột F để tìm phần chuẩn độ, ɸ Từ giá trị này, ta tính thể tích chất chuẩn độ, Vb, cột G HÌNH 12 Bảng tính sử dụng Cơng thức tính ɸ để tính tốn đường cong chuẩn độ cho 50 mL acid yếu, 0,02 M MES (pK a = 6,27chuẩn độ NaOH 0,1M Đã cung cấp pH làm đầu vào cột B bảng tính cho biết khối lượng bazơ cần thiết để tạo độ pH Phép thử-và-sai cho phép ta tìm độ pH ban đầu, cách đưa vào độ pH xem liệu Vb dương hay âm Trong vài lần thử, dễ dàng xác định độ pH Vb = Trong Hình 12, độ pH 3,90 thấp, ɸ V âm Các giá trị đầu vào pH đặt khoảng cách gần tùy thích để tạo đường cong chuẩn độ hợp lý Để tiết kiệm khơng gian, hiển thị số điểm Hình 12, bao gồm điểm (pH 6,27 ⇒ Vb = 5,00 mL) điểm cuối (pH 9,25 ⇒ Vb = 10,00 mL) Bảng tính chép Bảng mà khơng có giá trị gần ngoại trừ việc bỏ qua hệ số hoạt độ Nó cho kết xác phép gần sử dụng Bảng không thành công Chuẩn độ acid yếu với base yếu Bây xét xem chuẩn độ V a mL acid HA (nồng độ ban đầu C a) Vb mL base B có nồng độ Cb Gọi số phân ly acid HA Ka số phân ly acid BH+ KBH+ Bảo toàn điện tích: 27 Cân điện tích: [H+] + [BH+] = Như trước, ta thay [A -] = αA-.FHA αA- = Ka/([H+] + Ka) FHA = CaVa / (Va + Vb) Ta viết biểu thức tương tự cho [BH+] acid monoprotic yếu Nếu acid HA, ta viết sau: [HA] = Trong Ka áp dụng cho HA Đối với acid yếu BH+, ta viết: [BH+] = Trong nồng độ sau base FB = CbVb / (Va + Vb) Thay [BH+] [A-] vào phương trình bảo tồn điện tích ta được: [H+] + Sắp xếp lại ta được: Phân số chuẩn độ acid yếu base mạnh: Phép tính ɸ: Chuẩn độ acid mạnh base mạnh = Chuẩn độ base mạnh acid mạnh = Chuẩn độ acid yếu HA base yếu B = Chuẩn độ H2A với base mạnh = Chuẩn độ dibasic B acid mạnh = Kí hiệu: hệ số xuất điểm tương đương thứ Ca nồng độ ban đầu acid Cb nồng độ ban đầu base Phép tính Chuẩn độ acid yếu HA base mạnh = Chuẩn độ base yếu B acid mạnh = Chuẩn độ base yếu acid yếu HA = Chuẩn độ H3A base mạnh = Chuẩn độ tribasic B acid mạnh = hệ số phân ly acid kết hợp base thể tích acid thể tích base Kí hiệu Ka số cân acid HA số cân acid 28 Hệ diprotic Kí hiệu K1 K2 acid số cân acid H2A HAK1 K2 base số cân base BH+ Hệ triprotic Bảng đưa biểu thức có ích cách viết phương trình bảo tồn điện tích thay nồng độ vào.Ví dụ chuẩn độ acid diprotic, H2A, ɸ thể phép tính cho điểm tương đương Khi ɸ = 2, ta có điểm tương đương thứ Khi ɸ = 0,5, pH ≈ pK ɸ = 1,5, pH ≈ pK2 Khi ɸ = 1, ta có dạng trung gian HA- pH ≈ (pK1 + pK2) Áp dụng Exercises Calculate the pH at each point listed for the titration of 100.0 mL of 0.100 M cocaine (Section 9-4, Kb = 2.6 x 10-6) with 0.200 M HNO3 The points to calculate are V a = 0.0, 10.0, 20.0, 25.0, 30.0, 40.0, 49.0, 49.9, 50.0, 50.1, 51.0, and 60.0 mL Draw a graph of pH versus Va [3] Dịch: Tính pH điểm liệt kê để chuẩn độ 100 mL cocaine 0.100 M (mục 9.4, Kb = 2.6 × 10-6) với 0.200 M HNO3 Các điểm cần tính V a = 0.0, 10.0, 20.0, 25.0, 30.0, 40.0, 49.0, 49.9, 50.0, 50.1, 51.0, and 60.0 mL Vẽ đồ thị pH so với Va Giải: Gọi C0, C nồng độ dung dịch cocaine HNO3 V0 thể tích dung dịch cocaine Va = 0, lúc chưa cho dung dịch HNO3 vào, cocaine dung dịch bazo yếu Ta có phương trình: Gọi B cơng thức cocaine, phương trình viết lại thành: B + H2O BH+ + OH[Cân bằng] 0.1-x x 29 x Trong x (M) nồng độ OH- dung dịch Ta có: Kb = = 2.6 × 10-6 x = 5.086×10-4 (M) [OH-] = x = 5.086×10-4 (M) [H+] = Kw/[OH-] = 10-14/(5.086×10-4) = 1.966×10-11 (M) pH = 10.71 Vì Kb = 2.6 × 10-6 pKb = 5.59 pKa = 14 – 5.59 = 8.41 Khi cho HNO3 vào ta có phương trình chuẩn độ: B + H+ BH+ Tại điểm tương đương, ta tính thể tích tương đương Ve VC = V0×C0 Ve×0.2 = 100×0.1 Ve = 50 ml TH1: Va < Ve, phần cocaine bị trung hòa, có hỗn hợp dung dịch đệm gồm cocaine, ion cocaine pH tính theo cơng thức: pH = 14 – pOH = 14 – (pKb - log) pH = pKa + log (*) [B] = [BH+] = Thay vào (*) ta được: pH = pKa + log Thay Va đề cho (Va < Ve) ta được: a V 10 20 25 30 40 49 p 8 (ml) H 49 01 59 TH2: Va = Ve = 50ml 41 23 81 72 71 Tại điểm tương đương: Dung dịch BH + dung dịch axit yếu, pH tính theo phản ứng phân ly axit yếu BH+, cơng thức tính: pH = -log[H+] = (pKa-log[BH+]) Với [BH+] = = Thay số ta được: pH = 4.79 30 TH3: Va > Ve Lúc dung dịch hỗn hợp gồm axit mạnh HNO axit yếu BH+ , tính pH gần theo cơng thức tính pH dung dịch axit mạnh pH = - log[H+] = - log Thay Va giá trị 50.1 , 51 , 60 mL ta được: Va (ml) 50.1 pH 3.88 Từ số liệu thu ta có bảng sau: Va (ml) pH 25 30 51 2.88 40 49 60 1.90 10 20 49.9 10.7 9.01 8.59 8.41 8.23 7.81 6.72 5.71 50 50.1 51 60 4.79 3.88 2.8 1.90 Từ bảng số liệu ta vẽ đồ thị pH so với Va Đồ thị biểu diễn đường chuẩn độ cocaine HNO3 Exercise 2: Calculate the pH at each point listed fot the titration of 50.0mL of 0.0500 M formic acid with 0.0500M KOH The points to calculate are V b = 0.0; 10.0; 20.0; 25.0; 30.0; 40.0; 45.0; 48.0; 49.0; 49.5; 50.0; 50.5; 51.0; 52.0; 55.0 and 60.0ml Draw a graph of pH versus Vb [3] Dịch: Tính pH điểm chuẩn độ 50,0 ml dung dịch acid formic 0,050M dung dịch KOH 0,050M Các điểm cần tính là: V b = 0,0; 10,0; 20,0; 25,0; 30,0; 40,0; 45,0; 48,0; 49,0; 49,5; 50,0; 50,5; 51,0; 52,0; 55,0 60,0ml Vẽ giản đồ thể phụ thuộc pH vào Vb Giải: Acid formic có cơng thức HCO2H với pKa = 3,744 Ka = 10-3,744 Số mol acid formic nacid = 0,05 = 2,5.10-3 mol Vb = 0,0ml (trước thêm base vào dung dịch acid) Khi dung dịch cân xảy phụ thuộc vào lượng acid, cụ thể sau: HCO2H Xét nồng độ: HCO2- + H+ 0,05 - - 0,05 – x x x Với x nồng độ acid formic phân ly dung dịch Có Ka = = = 10-3,744 x = 2,914.10-3 M = [H+] Do pH = -log[H+] = -log(2,914.10-3) = 2,535 31 (M) Vậy với Vb = 0,0ml dung dịch có pH = 2,535 Vb = 10,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 5.10-4 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 2.10-3 [H 5.10-4 - 5.10-4 - [H + H2O - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 3,142 Vậy với Vb = 10,0ml dung dịch có pH = 3,142 Vb = 20,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 1.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 1.10-3 1,5.10-3 [H - - 1.10-3 [H + H2O - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 3,568 Vậy với Vb = 20,0ml dung dịch có pH = 3,568 Vb = 25,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 1,25.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 1,25.10-3 1,25.10-3 [H [H 1,25.10-3 + H2O - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 3,744 Đây điểm có Vb thêm vào Va acid formic pH = pKa Vậy với Vb = 25,0ml dung dịch có pH = 3,744 Vb = 30,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 1,5.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: 32 HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 1.10-3 [H 1,5.10-3 - - 1,5.10-3 + H2O [H - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 3,920 Vậy với Vb = 30,0ml dung dịch có pH = 3,920 Vb = 40,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 2.10-3 0,5.10-3 [H - - 2.10-3 [H + H2O - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 4,346 Vậy với Vb = 40,0ml dung dịch có pH = 4,346 Vb = 45,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,25.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 2,25.10-3 0,25.10-3 [H [H + H2O - - 2,25.10-3 - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 4,698 Vậy với Vb = 45,0ml dung dịch có pH = 4,698 Vb = 48,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,4.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 2,4.10-3 0,1.10-3 - [H [H 2,4.10-3 + H2O - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 5,124 33 Vậy với Vb = 48,0ml dung dịch có pH = 5,124 Vb = 49,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,45.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 2,45.10-3 0,05.10-3 [H - - 2,45.10-3 [H + H2O - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 5,434 Vậy với Vb = 49,0ml dung dịch có pH = 5,434 10 Vb = 49,5ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,475.10-3 mol Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 2,475.10-3 0,025.10-3 [H [H + H2O - - 2,475.10-3 - = Khi pH = pKa + log = 3,744 + log = 5,740 Vậy với Vb = 49,50ml dung dịch có pH = 5,740 11 Vb = 50,0ml Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,5.10-3 mol Khi nKOH = nacid = 2,5.10-3 mol Tại điểm tương đương Trong dung dịch cân xảy sau: HCO2H + OH- HCO22,5.10-3 - 2,5.10-3 - - + H2O - 2,25.10-3 - Trong dung dịch chứa HCO2- (HCO2K) với số mol 2,5.10-3 mol [HCO2-] = = 0,025M Để tính pH dung dịch base yếu, ta xét cân xảy dung dịch sau: HCO2- + H2O HCO2H + OH- Kb = = 10-10,256 0,025 - - - 0,025 – x - x x 34 Có Kb = = = 10-10,256 x = 1,1775.10-6 (M) Do pH = -log[H+] = -log( = 8,071 Vậy với Vb = 50,0ml dung dịch có pH = 8,071 12 Vb = 50,5ml Khi vượt qua điểm tương đương, lượng KOH dùng để chuẩn độ dư Khi tính base KOH lớn so với HCO2- nên pH xác định dựa vào lượng KOH dư Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,525.10-3 mol HCO2H + 2,5.10-3 - OH- HCO2- 2,525.10-3 + H2O - 0,02510-3 - 2,5.10-3 - Nồng độ OH- dư là: [OH-] = = 2,488.10-4 (M) Do pH = -log[H+] = -log( = 10,396 Vậy với Vb = 50,5ml dung dịch có pH = 10,396 13 Vb = 51,0ml Khi vượt qua điểm tương đương, lượng KOH dùng để chuẩn độ dư Khi tính base KOH lớn so với HCO2- nên pH xác định dựa vào lượng KOH dư Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,55.10-3 mol HCO2H + 2,5.10-3 - OH- HCO2- + H2O 2,55.10-3 - - 0,0510-3 2,5.10-3 - Nồng độ OH- dư là: [OH-] = = 4,950.10-4 (M) Do pH = -log[H+] = -log( = 10,695 Vậy với Vb = 51,0ml dung dịch có pH = 10,695 14 Vb = 52,0ml Khi vượt qua điểm tương đương, lượng KOH dùng để chuẩn độ dư Khi tính base KOH lớn so với HCO2- nên pH xác định dựa vào lượng KOH dư Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,6.10-3 mol HCO2H + 2,5.10-3 - OH2,6.10-3 0,1.10-3 HCO22,5.10-3 + H2O - Nồng độ OH- dư là: [OH-] = = 9,804.10-4 (M) Do pH = -log[H+] = -log( = 10,991 35 Vậy với Vb = 52,0ml dung dịch có pH = 10,991 15 Vb = 55,0ml Khi vượt qua điểm tương đương, lượng KOH dùng để chuẩn độ dư Khi tính base KOH lớn so với HCO2- nên pH xác định dựa vào lượng KOH dư Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 2,75.10-3 mol OH- HCO2- + H2O 2,75.10-3 - - HCO2H + 2,5.10-3 0,25.10-3 - 2,5.10-3 - Nồng độ OH- dư là: [OH-] = = 2,381.10-3 (M) Do pH = -log[H+] = -log( = 11,377 Vậy với Vb = 55,0ml dung dịch có pH = 11,377 16 Vb = 60,0ml Khi vượt qua điểm tương đương, lượng KOH dùng để chuẩn độ dư Khi tính base KOH lớn so với HCO2- nên pH xác định dựa vào lượng KOH dư Số mol KOH dùng để chuẩn độ là: nKOH = 0,05 = 3.10-3 mol OH- HCO2H + 2,5.10-3 - 3.10-3 0,5.10-3 HCO2- + H2O - 2,5.10-3 - Nồng độ OH- dư là: [OH-] = = 4,545.10-3 (M) Do pH = -log[H+] = -log( = 11,658 Vậy với Vb = 60,0ml dung dịch có pH = 11,658 * Giản đồ pH - Vb Ứng với giá trị Vb ta có pH sau Vb (ml) pH 0,0 10,0 20,0 25,0 30,0 40,0 45,0 48,0 49,0 49,5 50,0 50,5 51,0 52,0 55,0 60,0 2,53 3,14 3,56 3,74 3,92 4,34 4,69 5,12 5,43 5,74 8,07 10,3 96 10,6 95 10,9 91 11,3 77 11,6 58 Exercise 3: When 100.0 mL of a weak acid were titrated with 0.093 81 M NaOH, 27.63 mL were required to reach the equivalence point The pH at the equivalence point was 10.99 What was the pH when only 19.47 mL of NaOH had been added [3]? 36 Dịch: 100,0 mL acid yếu chuẩn độ NaOH 0,093 81 M cần 27,63 mL NaOH để đạt đến điểm tương đương Độ pH điểm tương đương 10,99 Độ pH có 19,47 mL NaOH thêm vào bao nhiêu? Giải: Phương trình chuẩn độ: HA + OH- → A- + H2O Từ phương trình ta thấy mol NaOH phản ứng với mol HA Do nồng độ A- điểm tương đương là: Trong hệ số pha loãng NaOH, 0,093 81 nồng độ ban đầu NaOH Vì pH = 10,99 ⇒ [OH-] = = 9,77.10-4 M Ta viết phương trình để tìm Kb A- + H2O ⇌ HA + OHKb = = 4,94.10-5 Ka = = 2,03.10-10 ⇒ pKa = 9,69 Ở điểm tích 19,47 mL, ta có HA + OH- → A- + H2O Ban đầu: 27,63 19,47 Kết thúc: 8,16 - - - 19,47 - 37 KẾT LUẬN Chuẩn độ phương pháp ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất hóa chất, hóa mỹ phẩm, thức ăn, nước, dược phẩm,… Thơng qua tìm hiểu chủ đề acid – base ta biết cách tính tốn điểm để vẽ đường cong chuẩn độ Từ đường cong chuẩn độ axit - bazơ, suy đại lượng giá trị pKa, pH chất axit bazơ hỗn hợp Từ chủ đề ta biết cách dự đốn hình dạng đường cong chuẩn độ tìm điểm cuối với điện cực chất thị Ngồi ta cịn tính pH dung dịch thời điểm chuẩn độ, tính nồng độ, thể tích chất tham gia phản ứng,… 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N T Khuyến N T X Mai, Cơ sở lí thuyết hóa phân tích, TP Hồ Chí Minh, 2019 [2] N T Liễu, Bài Giảng Cơ sở lí thuyết hóa phân tích, Quy Nhơn: Đại học Quy Nhơn, 2015 [3] C A L "Daniel C Harris, Quantitative Chemical Analysis 9th edition", Kate Parker New York, 2015 [4] G W Latimer, Official methods of analysis of AOAC International, Gaithersburg: AOAC International, 2012 [5] K R Williams, “Automatic Titrators in the Analytical and Physical,” J Chem Ed., 75, 1133, 1998 [6] R E Oesper, “Kjeldahl and the Determination of Nitrogen,” J Chem Ed , 11, 457, 1934 [7] D B a G E A Wyld, “Methyl Isobutyl Ketone as a Wide-Range Solvent for Titration of Acid Mixtures and Nitrogen Bases,” Anal Chem., 29, 232, 1957 [8] J S Fritz, “Acid-Base Titrations in Nonaqueous Solvents,” Boston: Allyn and Bacon, 1973 [9] R d Levie, ““A General Simulator for Acid-Base Titrations,” J Chem Ed, 76, 987, 1999 [10] T K a A N H K L Headrick, “A Simple Laboratory-Constructed Automatic,” J Chem Ed, 77, 389, 2000 39 ... số chuẩn độ acid yếu base mạnh: Phép tính ɸ: Chuẩn độ acid mạnh base mạnh = Chuẩn độ base mạnh acid mạnh = Chuẩn độ acid yếu HA base yếu B = Chuẩn độ H2A với base mạnh = Chuẩn độ dibasic B acid. .. Ca nồng độ ban đầu acid Cb nồng độ ban đầu base Phép tính Chuẩn độ acid yếu HA base mạnh = Chuẩn độ base yếu B acid mạnh = Chuẩn độ base yếu acid yếu HA = Chuẩn độ H3A base mạnh = Chuẩn độ tribasic... 1.4 Chuẩn độ base yếu acid mạnh Chuẩn độ base yếu acid mạnh ngược lại chuẩn độ base mạnh acid yếu Ta có phương trình chuẩn độ: B + H+ → BH+ Đường cong chuẩn độ phản ứng chuẩn độ base yếu acid
