Tài liệu Chương 7 phương pháp phân tích thể tích phần 1

CHƯƠNG 7 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH Người soạn: Lâm Hoa Hùng 1 NỘI DUNG CHÍNH 1. Cơ sở về PP Phân tích thể tích (PTTT) ¾ Một số khái niệm mở đầu ¾ Đường chuẩn độ và cách thức thành lập ¾ Chất chỉ thị và các dạng chất chỉ thị 2. Các cách thức chuẩn độ và cách tính kết quả 3. Sai số hệ thống trong PP PTTT 4. ¾ Sai số do hằng số cân bằng, sai số thiết bị, dụng cụ. ¾ Sai số chỉ thị Các phản ứng chuẩn độ thông dụng 2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM PP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH Định lượng cấu tử X dựa trên phép đo thể tích 0 PƯ giữa X và C được thực hiện bằng cách nhỏ C từ từ vào DD X Sự định phân hay phép chuẩn độ 1 0 2 0 3 0 4 0 Burette (C) 5 0 Thời điểm C tác dụng vừa hết với X Điểm tương đương (ĐTĐ) Thể tích C tại ĐTĐ là Vtđ Erlen (X) Tính được CX nếu biết VX 3 MỘT SỐ KHÁI NIỆM Điểm tương đương Giúp phát hiện được xác định dựa vào sự đổi màu, xuất hiện tủa … Khi sử dụng chỉ thị Dừng chuẩn độ theo sự biến đổi chỉ thị Điểm cuối (Vf) Chất chỉ thị Tùy điều kiện DD X cũng có thể trong buret DD C được chứa trong erlen 0 1 0 2 0 3 0 Phản ứng chuẩn độ C+X⇄A+B • Vf ≡ Vtđ : Không có sai số chỉ thị • Vf ≠ Vtđ : Có sai số chỉ thị 4 0 Burette (C) 5 0 Erlen (X) 4 ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ĐỊNH NGHĨA Đường chuẩn độ: biểu diễn sự biến đổi một đại lượng nào đó trong quá trình chuẩn độ khi thêm thuốc thử vào CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ • Trục tung : Biểu diễn đại lượng nồng độ hay logarit nồng độ ([C], [X], lgC, lgX, pC, pX, E, pH…) • Trục hoành : Biểu diễn lượng chất chuẩn thêm vào (ml, số đương lượng hay f) nC f = nX 0 • nC : số (mili) đương lượng thuốc thử C đã dùng tại thời điểm đang xét. • nX0 : số(mili) đương lượng của X ban đầu. 5 ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ™ Hai dạng đường chuẩn độ phổ biến 1) Dạng biểu diễn sự biến thiên của [X], [C], [A], [B] theo lượng chất chuẩn thêm vào [X] [C] Vtd VC [A] Vtd VC Vtd VC 6 ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ CÁC CÁCH BiỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ™ Hai dạng đường chuẩn độ phổ biến 2) Dạng biểu diễn biến thiên của lg[X], lg[C], pX = - lg[X] hay pC = - log [C], pH, E theo lượng thuốc thử thêm vào Log [C] Log [X] VC (ml) VC (ml) 7 ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ MỤC ĐÍCH - CÔNG DỤNG • Theo dõi sự biến đổi các chỉ tiêu lý hóa, • Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau • Giúp xác định điểm tương đương ⇒ lựa chọn chất chỉ thị • xác định độ chính xác của quá trình chuẩn độ CÁCH THÀNH LẬP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ Tính theo trị số lý thuyết của C, V (PT đường chuẩn độ lý thuyết) Vẽ từ trị số thực nghiệm trong quá trình chuẩn độ (đường chuẩn độ thực • Mô tả chính xác, đầy đủ QT chuẩn nghiệm) độ mà không cần tiến hành TN. • Thu nhận từ việc tổ hợp hệ nhiều PT liên quan thành một PT duy nhất 8 CHẤT CHỈ THỊ ĐỊNH NGHĨA CHẤT CHỈ THỊ (Ind hay In) là hợp chất hữu cơ hay vô cơ có cấu trúc thay đổi theo nồng độ một cấu tử Z nào đó trong DD Sự thay đổi cấu trúc của Ind Dấu hiệu đặc trưng • Biến đổi màu sắc DD • Xuất hiện hay mất đi kết tủa PHÂN LOẠI CHẤT CHỈ THỊ Theo công dụng, cách sử dụng, bản chất hóa học • Ind Oxh – Kh, ion, hấp phụ … • Ind ngoại, Ind nội, chất tự chỉ thị • Ind một màu, hai màu, Chỉ thị thuận nghịch Chỉ thị bất thuận nghịch 9 CHẤT CHỈ THỊ ĐIỀU KIỆN CHỌN LỰA CHẤT CHỈ THỊ Bền và nhạy Xác định điểm cuối với độ chính xác cao Phù hợp với bản chất của các cấu tử - Dạng IndZ và Ind có tính chất khác nhau rõ rệt - Phản ứng từ Ind → IndZ hoặc ngược lại phải nhanh ⇒ sự chuyển màu dung dịch nhanh. - Sự biến đổi (màu) của Ind càng gần ĐTĐ càng tốt 10 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU Chỉ thị thuận nghịch Có sự biến đổi thuận nghịch giữa hai dạng ind và Ind-Z βi [ Ind ].[ Z ] ki = Ind + Z IndZ [ IndZ ] ki Trong DD, tồn tại đồng thời Ind và IndZ DD sẽ từ màu dạng này sang màu dạng kia khi [Ind]/[IndZ] từ một tỉ lệ này sang một tỉ lệ khác (ngược lại) Mỗi chất chỉ thị thuận nghịch đều có khoảng chuyển màu. 11 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ OXI HÓA KHỬ Ind(Oxh) + ne- Ind(kh) Cơ cấu, màu sắc thay đổi theo khả năng cho nhận ehay theo thế Oxh – Kh của môi trường DD có màu dạng Oxh khi [Ind(ox)] / [Ind(kh)] ≥ 10 (và dạng Kh khi [Ind(ox)] / [Ind(kh)] ≤ 1/10) Khoảng chuyển màu ở pH xác định là E cm 0,059 =E ± n 0 i Chuẩn độ với E tăng dần: Ef Dừng CĐộ tại một trong hai đầu mút của khoảng chuyển màu (tùy vị trí C, X) E Khoảng chuyển màu Ef : Chuẩn độ với E giảm dần 12 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ AXIT - BAZ Là acid hay baz hữu cơ yếu và có sự thay đổi cấu trúc ion hay phân tử khi pH thay đổi Thay đổi màu sắc theo pH DD CB chỉ thị: HInd Ind + H+ • DD có màu dạng trội Ind khi tỷ số [Ind]/[HInd] ≥ 10 • DD có màu dạng trội HInd khi tỷ số [Ind]/[HInd] ≤ 1/10 Khoảng chuyển màu của dd là ∆ pHch/m = pki ± 1 13 CHẤT CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ AXIT - BAZ pH dừng Cđộ là 1 trong 2 đầu mút của khoảng chuyển màu. Thực tế, thường dừng ở pH có sự biến đổi màu rõ rệt nhất, gọi là pT (chỉ số chuẩn độ của chất chỉ thị). Chuẩn độ với pH tăng dần: pHf =pki +1 pT ≈ pki của chỉ thị pT pH Khoảng chuyển màu pHf = pki – 1: Chuẩn độ với pH giảm dần • Thêm vào chỉ thị một chất tạo màu nền trơ • Sử dụng 2 chỉ thị có 2 pki gần nhau Dễ quan sát thay đổi màu sắc 14 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ TẠO PHỨC Là chất hữu cơ có khả năng tạo phức với ion kim loại có màu khác với màu chỉ thị tự do Thay đổi màu sắc theo nồng độ ion kim loại Ind + Mn+ Mindn+ [ MInd ] 1 [ Mind ] n+ ⇒ [M ] = × β = n+ β i [ Ind ] [ Ind ][M ] ⇒ pM n+ [ Ind ] = lg β i + lg [ Mind ] • DD có màu dạng trội Ind khi tỷ số [Ind]/[MInd] ≥ 3 (5) • DD có màu dạng trội MInd khi tỷ số [Ind]/[HInd] ≤ 1/3 (1/5) Khoảng chuyển màu của dd là ∆ pMn+ch/m = lgβi ± lg3 15 CHẤT CHỈ THỊ CHỈ THỊ THUẬN NGHỊCH – KHOẢNG CHUYỂN MÀU CHỈ THỊ TẠO PHỨC pMn+ dừng Cđộ là 1 trong 2 đầu mút của khoảng chuyển màu. Cđộ với pMn+ tăng dần: pMf =lgβi + lg3 pMn+ Khoảng chuyển màu pMf =lgβi – lg3:Chuẩn độ với pH giảm dần Đa số chỉ thị là acid yếu HmInd nên: MInd(n−m) + mH+ HmInd + Mn+ Phức chỉ bền ở một khoảng pH nhất định Dạng HmInd (acid) có thể khác màu với dạng Ind (baz) (màu chỉ thị thay đổi theo pH) chọn pH thích hợp khi dùng chỉ thị tạo phức 16 CHẤT CHỈ THỊ CƠ CHẾ CHỈ THỊ CHỈ THỊ BẤT THUẬN NGHỊCH Giúp xác định điểm cuối QT chuẩn độ chỉ một lần duy nhất Do sự biến đổi bất thuận nghịch của thành phần hóa học, cấu tạo khi thực hiện PỨ chỉ thị Các dạng chỉ thị bất thuận nghịch Một số chất chỉ thị oxy Các chất chỉ thị tạo tủa hóa khử bị phân hủy hóa Ind + Mn+ MInd n↓, TMInd = [Ind][Mn+] học trong PỨ Oxh - Kh Dừng chuẩn độ khi metyl da cam, metyl đỏ, pMn+f = lgTMInd + lg [Ind]f congo đỏ… Điểm cuối được quyết định bởi nồng độ tự do của chỉ thị 17 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ TRỰC TIẾP Thuốc thử C được cho dần vào dd chứa X Chỉ thị điểm cuối chuẩn độ C X C+X A+B Số Đlượng của C ≈ Số Đlượng của X 18 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ NGƯỢC Cho lượng thừa thuốc thử C vào dd chứa X Chỉ thị Xác định lượng thừa C bằng dd chuẩn C1 điểm cuối chuẩn độ C X C1 C+X → A+B C + C1 → D + E Số ĐL X ≈ Số ĐL C - Số ĐL C1 Dùng chuẩn độ ngược khi phản ứng giữa X và C: Không có chỉ thị thích hợp Cần tiến hành ở các điều kiện đặc biệt (nhiệt độ cao, thời gian tiếp xúc dài…) 19 CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ THÔNG DỤNG CHUẨN ĐỘ THẾ Cho thừa AC1 vào dd chứa X ⇒ lượng C1 = lượng X Chỉ thị Xác định lượng C1 bằng dd chuẩn C điểm cuối chuẩn độ X AC1 C1 C AC1 + X → AX + C C + C1 → D + E Số đL X ≈ Số đL C ≈ Số đL C1 Dùng chuẩn độ thế khi Không có chỉ thị thích hợp cho X không có thuốc thử cho X Lưu ý: hợp chất AX phải bền hơn AC1 20