intTypePromotion=3

Giáo trình Hóa phân tích: Phần 1 - ĐH Đà Lạt

Chia sẻ: Bui Ngoc Ngu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

0
91
lượt xem
24
download

Giáo trình Hóa phân tích: Phần 1 - ĐH Đà Lạt

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Hóa phân tích - Phần 1 cung cấp cho sinh viên các kiến thúc cơ bản nhất về các loại phản ứng, cách tính toán và kỹ thuật tiến hành phân tích đối tượng bằng phương pháp hóa học. Tham khảo phần 1 của cuốn giáo trình, bạn sẽ nắm được nội dung tài liệu cụ thể hơn.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hóa phân tích: Phần 1 - ĐH Đà Lạt

  1. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT GIAÙO TRÌNH HOAÙ PHAÂN TÍCH (Daønh cho sinh vieân ngaønh moâi tröôøng) ÑAËNG THÒ VÓNH HOØA 2002
  2. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -2- LÔØI NOÙI ÑAÀU Giaùo trình HOÙA PHAÂN TÍCH nhaèm cung caáp cho Sinh vieân ngaønh Moâi tröôøng nhöõng kieán thöùc raát caên baûn veà caùc loaïi phaûn öùng, caùch tính toaùn vaø kyõ thuaät tieán haønh phaân tích ñoái töôïng baèng caùc phöông phaùp hoùa hoïc. Ngoaøi nhöõng cô sôû lyù thuyeát giaùo trình coøn ñöa ra nhieàu ví duï vaø baøi taäp ñeå giuùp Sinh vieân töï cuûng coá nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc. Nhöõng ví duï trong giaùo trình chæ ñöôïc giaûi raát vaén taét hoaëc khoâng giaûi nhaèm taïo ñieàu kieän cho Sinh vieân töï giaûi ôû nhaø tröôùc khi ñöôïc Giaùo vieân giaûng giaûi chi tieát treân lôùp hoïc. Vì thôøi gian coù haïn vaø laø laàn ñaàu bieân soaïn neân giaùo trình khoâng theå traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt. Raát mong nhaän ñöôïc söï ñoùng goùp yù kieán cuûa caùc baïn ñoàng nghieäp. Taùc giaû Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  3. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -3- Phaàn I. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CHUNG Chöông I. GIÔÙI THIEÄU VEÀ HOÙA PHAÂN TÍCH I. Noäi dung vaø yeâu caàu: 1. Noäi dung: Hoùa phaân tích laø moät moân khoa hoïc coù nhieäm vuï nghieân cöùu caùc phöông phaùp vaø caùc quy trình nhaèm xaùc ñònh thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa caùc chaát. Phaân tích hoùa hoïc laø tieán haønh moät quy trình phaân tích thích hôïp nhaèm muïc ñích nhaän ñöôïc nhöõng thoâng tin cuï theå veà moät heä vaät chaát naøo ñoù, ñeå qua nhöõng thoâng tin ñoù, chuùng ta coù theå coù ñöôïc nhöõng keát luaän khoa hoïc xaùc ñaùng veà heä vaät chaát ñoù. Phaïm vi cuûa chuùng ta laø phaân tích thaønh phaàn hoùa hoïc nghóa laø nhaèm traû lôøi 2 caâu hoûi veà maãu khaûo saùt: - Maãu khaûo saùt goàm coù nhöõng caáu töû naøo → phaân tích ñònh tính. - Caùc caáu töû ñoù hieän dieän vôùi haøm löôïng bao nhieâu → phaân tích ñònh löôïng. Ñeå traû lôøi ñöôïc 2 caâu hoûi treân ngaøy caøng coù nhieàu phöông phaùp khaùc nhau. Cô sôû cuûa ña soá caùc phöông phaùp phaân tích thaønh phaàn hoùa hoïc ñeàu döïa vaøo tính chaát hoùa hoïc hay lí hoïc do töông taùc cuûa maãu khaûo saùt vôùi 1 hoùa chaát thích hôïp ñöôïc goïi laø thuoác thöû. 2. Yeâu caàu: Ñeå vaän duïng ñöôïc caùc phöông phaùp phaân tích hoùa hoïc ñoøi hoûi chuùng ta phaûi naém ñöôïc nguyeân taéc cuûa phöông phaùp vaø caùc moân khaùc nhö toaùn, hoùa ñaïi cöông, hoùa voâ cô, hoùa lyù… laø cô sôû caên baûn giuùp ta ñi vaøo lónh vöïc phaân tích hoùa hoïc deã daøng. * Yeâu caàu ñoái vôùi ngaønh hoùa phaân tích: phaûi phaùt trieån theo söï phaùt trieån cuûa caùc ngaønh khoa hoïc khaùc. * Yeâu caàu ñoái vôùi ngöôøi phaân tích: - Ñuû kieán thöùc ñeå vaän duïng trong quaù trình phaân tích vaø luoân ñöôïc caäp nhaät hoùa ñeå coù theå caûi tieán hay ñöa ra phöông phaùp môùi ngaøy caøng phuø hôïp hôn vôùi yeâu caàu thöïc teá. - Caån thaän, kieân nhaãn, chính xaùc trong thao taùc phaân tích. - Trung thöïc trong vieäc ghi nhaän caùc söï kieän vaø keát quaû ñaït ñöôïc. II. Caùc caùch phaân loaïi trong hoùa phaân tích 1. Phaân loaïi theo phöông phaùp phaân tích: a) Phöông phaùp hoùa hoïc: Phaân tích theo phöông phaùp hoùa hoïc laø döïa vaøo moät phaûn öùng hoùa hoïc ñeå chuyeån caáu töû khaûo saùt thaønh hôïp chaát môùi maø vôùi tính chaát ñaëc tröng naøo ñoù ta coù theå xaùc ñònh söï hieän dieän vaø haøm löôïng cuûa caáu töû khaûo saùt. Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  4. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -4- b) Phöông phaùp vaät lí: Phöông phaùp vaät lyù duøng caùch khaûo saùt tính chaát tính chaát lyù hoïc ñaëc tröng naøo ñoù ñeå xaùc ñònh söï hieän dieän vaø haøm löôïng cuûa moät caáu töû. c) Phöông phaùp hoùa lyù: Phaân tích theo phöông phaùp hoùa lyù laø döïa vaøo tính chaát vaät lyù cuûa hôïp chaát hay dung dòch taïo ra sau khi coù phaûn öùng giöõa caáu töû khaûo saùt vaø thuoác thöû ñeå xaùc ñònh söï hieän dieän hay haøm löôïng cuûa caáu töû ñoù. d) Caùc phöông phaùp khaùc: Chaúng haïn: - Phöông phaùp nghieàn: nghieàn maãu khaûo saùt vôùi thuoác thöû roài döïa vaøo daáu hieäu ñaëc tröng naøo ñoù ñeå xaùc ñònh söï hieän dieän vaø haøm löôïng - Phöông phaùp thöû nghieäm ngoïn löûa: Ví duï: khi nhuùng daây Pt vaøo dung dòch Na+ roài ñoát treân ngoïn löûa khí butan thì coù maøu vaøng, K+ cho maøu ñoû, Ba2+ cho maøu luïc… - Phöông phaùp soi tinh theå…… 2. Phaân loaïi theo löôïng chaát caàn phaân tích hay kyõ thuaät phaân tích: a) Phaân tích thoâ: - Duøng duïng cuï côõ 50 ml ñeán 500 ml vaø taùch chaát raén khoûi chaát loûng baèng caùch loïc. - Löôïng chaát khaûo saùt duøng cho moãi laàn phaân tích khoaûng 1 - 10g hay 1 - 10 ml. b) Phaân tích baùn vi: - Duøng duïng cuï < 50 ml vaø taùch chaát raén khoûi chaát thöôøng baèng ly taâm. - Löôïng chaát khaûo saùt duøng cho moãi laàn phaân tích khoaûng 10-3 - 1g hay 10-1 - 1 ml. c) Vi phaân tích: - Duøng duïng cuï côõ
  5. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -5- 3. Phaân loaïi theo haøm löôïng chaát khaûo saùt: - Phaân tích ña löôïng: haøm löôïng chaát khaûo saùt > 0,001% - Phaân tích vi löôïng: haøm löôïng chaát khaûo saùt < 0,001% 4. Phaân loaïi theo traïng thaùi chaát khaûo saùt: - Phaân tích öôùt: phaûi chuyeån maãu thaønh daïng dung dòch tröôùc khi phaân tích. - Phaân tích khoâ: xaùc ñònh tröïc tieáp töø daïng ban ñaàu, chaúng haïn moät soá phöông phaùp vaät lyù, phöông phaùp nghieàn, thöû nghieäm ngoïn löûa … III. Caùc giai ñoaïn cuûa moät phöông phaùp phaân tích: 1. Chuaån bò maãu phaân tích: Keát quaû phaân tích chæ coù yù nghóa khi giai ñoaïn naøy ñöôïc thöïc hieän toát. Giai ñoaïn naøy goàm caùc böôùc: - Choïn maãu ñaïi dieän - Chuyeån maãu thaønh daïng thích hôïp 2. Thöïc hieän phaûn öùng: Cho dung dòch phaân tích taùc duïng vôùi thuoác thöû thích hôïp ôû nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh. 3. Ghi nhaän keát quaû 4. Xöû lyù keát quaû phaân tích-tính toaùn keát quaû 5. Tính sai soá, ñoä tin caäy cuûa keát quaû phaân tích. Keát luaän IV. Yeâu caàu ñoái vôùi thuoác thöû vaø phaûn öùng duøng trong phaân tích hoùa hoïc: 1. Yeâu caàu ñoái vôùi thuoác thöû: a) Ñoä tinh khieát: Tuøy theo haøm löôïng cuûa hôïp chaát chính ngöôøi ta phaân loaïi hoùa chaát nhö sau: - Hoùa chaát kyõ thuaät: haøm löôïng chaát chính ≤ 99% - Hoùa chaát tinh khieát (P): 99% ≤ haøm löôïng chaát chính ≤ 99,9% - Hoùa chaát tinh khieát phaân tích (PA): 99,90% ≤ haøm löôïng chaát chính ≤ 99,99% - Hoùa chaát tinh khieát hoùa hoïc : 99,99% ≤ haøm löôïng chaát chính ≤ 99,999% - Hoùa chaát tinh khieát quang hoïc: 99,999% ≤ haøm löôïng chaát chính ≤ 99,9999% Trong phaân tích neáu pha caùc dung dòch chuaån caàn choïn loaïi hoùa chaát tinh khieát phaân tích, nhöng phaûi coù theâm caùc ñieàu kieän: . Trô vôùi moâi tröôøng: khoâng taùc duïng vôùi O2, N2, khoâng huùt nöôùc… . ÔÛ daïng boät vuïn (ñeå coù theå caân ñöôïc löôïng raát nhoû) . Coù phaân töû löôïng lôùn (ñeå giaûm sai soá khi caân) Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  6. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -6- b) Tính choïn loïc: Moät thuoác thöû ñöôïc xem laø coù tính choïn loïc cao khi thuoác thöû ñoù chæ phaûn öùng vôùi chaát caàn xaùc ñònh trong söï coù maët cuûa nhieàu chaát khaùc. c) Tính nhaïy: Laø khaû naêng phaân tích moät löôïng raát nhoû chaát caàn xaùc ñònh trong dung dòch. Yeâu caàu ñoái vôùi phaûn öùng: Phaûn öùng giöõa chaát caàn phaân tích vôùi dung dòch thuoác thöû caàn thoûa maõn caùc ñieàu kieän: - Phaûi xaûy ra töùc thôøi - Phaûi xaûy ra hoaøn toaøn (haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng phaûi ≥ 107- 108) 2. Caùc loaïi phaûn öùng thöôøng gaëp trong phaân tích hoùa hoïc: - Phaûn öùng oxy hoùa – khöû - Phaûn öùng trao ñoåi: nhö phaûn öùng acid- baz, taïo tuûa, taïo phöùc… Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  7. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -7- Chöông II. CAÂN BAÈNG HOÙA HOÏC ÑÒNH LUAÄT BAÛO TOAØN NOÀNG ÑOÄ I. Caân baèng hoùa hoïc trong dung dòch 1. Haèng soá caân baèng: Ñoái vôùi phaûn öùng thuaän nghòch: m A + n B + …… p C + q D + ……… Dieãn ra ñeán moät luùc naøo ñoù thì toác ñoä cuûa phaûn öùng thuaän baèng toác ñoä cuûa phaûn öùng nghòch. Luùc ñoù caân baèng ñöôïc thieát laäp. Ñeå tính noàng ñoä caùc chaát tham gia phaûn öùng vaø saûn phaåm phaûn öùng taïi thôøi ñieåm caân baèng (noàng ñoä caân baèng) ngöôøi ta thöôøng duøng ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng. * Neáu A, B, C, D… laø nhöõng caáu töû khoâng mang ñieän tích thì ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng ñöôïc bieãu dieãn: [C] p [D]q ... K= =K [A]m [B]n ... c Phöông trình naøy aùp duïng cho caùc chaát khoâng hoaëc keùm ñieän ly trong caùc dung dòch nöôùc loaõng. K: haèng soá caân baèng, chæ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä (ñoâi khi ngöôøi ta goïi laø haèng soá caân baèng noàng ñoä Kc) [A], [B]… laø noàng ñoä caân baèng cuûa caùc chaát A, B… * Neáu A, B, C, D laø nhöõng ion thì giöõa chuùng coù töông taùc tónh ñieän, laøm noàng ñoä cuûa ion töï do nhoû hôn noàng ñoä thöïc cuûa chuùng trong dung dòch, luùc naøy trong bieåu thöùc cuûa ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng phaûi thay noàng ñoä baèng hoaït ñoä a. Khi ñoù: a C .a q ... p D Ka = a m .a n ... A B Trong ñoù hoaït ñoä a = f.C, vôùi C laø noàng ñoä cuûa ion vaø f laø heä soá hoaït ñoä (0 < f ≤ 1 ). Khi ñoù ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng coù daïng: a C .a q .... p D fC p .[C] p fD q [D]q ... Ka = = a m .a n ... A B f m [A ]m f n [B]n ... A B fC p .fD q ... Ka = Kc. m n f .f A B Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  8. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -8- Ka laø haèng soá caân baèng hoaït ñoä, phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø löïc ion cuûa dung dòch. KC laø haèng soá caân baèng noàng ñoä KC = K Heä soá hoaït ñoä f phuï thuoäc vaøo löïc ion µ cuûa dung dòch. Löïc ion bieåu dieãn töông taùc tónh ñieän cuûa caùc ion trong dung dòch: µ = 0,5 ( Z12C1 + Z22C2 + ….. ) = 0,5 Σ Zi2. Ci Trong ñoù: Z laø ñieän tích vaø C laø noàng ñoä cuûa caùc ion trong dung dòch. Tuøy vaøo giaù trò cuûa µ maø heä soá hoaït ñoä f ñöôïc tính baèng caùc bieåu thöùc khaùc nhau. Neáu: * µ ≈ 0: khi dung dòch raát loaõng töông taùc tónh ñieän giöõa caùc ion khoâng ñaùng keå thì f = 1 neân a = C. * µ ≤ 0,02 thì f ñöôïc tính bôûi bieåu thöùc lg f = − 0 , 5 Z 2 µ * 0,02 < µ < 0,2 thì f ñöôïc tính bôûi bieåu thöùc − 0 ,5 Z 2 µ lg f = 1+ µ µ ≥ 0,2 thì f ñöôïc tính bôûi bieåu thöùc 2 − 0 ,5 Z µ lg f = + hµ 1 + µ Trong ñoù h laø heä soá ñöôïc xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm, heä soá naøy thay ñoåi ñoái vôùi moãi ion. Ví duï: Tính hoaït ñoä cuûa caùc ion trong dung dòch hoãn hôïp KCl 10-3M vaø MgSO4 10- 3 M. Giaûi: µ = 0,5 ( [K+].12 + [Cl-].12 + [Mg2+].22 + [SO42-].22 ), trong ñoù [K+] = [Cl-] = 10-3 [Mg2+] = [SO42-] = 10-3 neân µ = 0,5 (10-3.1 + 10-3.1 + 10-3.4 + 10-3.4 ) = 5.10-3 lg f = − 0 , 5 Z 2 µ µ = 5.10-3 < 0,02 neân lgfK+ = lgfCl- = - 0,035 vaäy fK+ = fCl- = 10-0,035 = 0,922 lgfMg2+ = lgfSO42- = - 0,14 vaäy fMg2+ = fSO42- = 10-0,14 = 0,722 Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  9. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng -9- Vaäy hoaït ñoä cuûa caùc ion a K+ = aCl- = 0,922. 10-3 = 9,22.10-4 ion g /l aMg2+ = aSO42- = 0,722. 10-3 =7,22.10-4 ion g /l 2. Haèng soá caân baèng ñieàu kieän: Neáu trong caân baèng hoùa hoïc: m A + n B + …… p C + q D +….; caùc caáu töû A, B, C, D coøn tham gia caùc phaûn öùng phuï khaùc thì noàng ñoä cuûa moãi chaát tham gia vaøo caân baèng treân seõ giaûm ñi. Ñeå bieåu thò aûnh höôûng cuûa caùc phaûn öùng phuï ñeán caân baèng treân, ngöôøi ta duøng ñaïi löôïng haèng soá caân baèng ñieàu kieän, kyù hieäu K’. K’ khoâng nhöõng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, löïc ion cuûa dung dòch maø coøn phuï thuoäc vaøo noàng ñoä cuûa caùc chaát khaùc tham gia vaøo caùc phaûn öùng vôùi caùc chaát A, B, C, D. Neáu goïi [A’], [B’], [C’], [D’] laø toång noàng ñoä cuûa caùc daïng cuûa A, B, C, D trong dung dòch thì [A], [B], [C], [D] chæ baèng moät phaàn cuûa caùc toång noàng ñoä [A’], [B’], [C’], [D’]; töùc laø: [A] = [A’].αA ; [B] = [B’].αB ; [C] = [C’].αC ; [D] = [D’].αD. Caùc giaù trò α = 1 khi khoâng cho phaûn öùng phuï. Caùc heä soá αA , αB, αC, αD < 1 laø nhöõng heä soá bieåu thò aûnh höôûng cuûa caùc phaûn öùng phuï ñeán noàng ñoä cuûa A, B, C, D töï do. Theo ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng: p q [C] p .[D]q ... [C ' ] p [D ' ]q α C .α D ... ' α C p .α D q ... K= = . =K . m [A ]m .[B]n ... [A ' ]m [B' ]n α m .α n ... α .α n ... A B A B Trong thöïc teá ñeå ñôn giaûn vieäc tính toaùn noàng ñoä caân baèng cuûa caùc ion trong dung dòch ngöôøi ta thöôøng coi Ka = Kc töùc laø boû qua töông taùc tónh ñieän coi f = 1. Keát quaû seõ khoâng chính xaùc, nhöng vì ta thöôøng duøng nhöõng dung dòch loaõng, neân sai soá ôû trong giôùi haïn coù theå chaáp nhaän ñöôïc. II. Dung dòch nöôùc cuûa caùc chaát ñieän ly: 1. Chaát ñieän ly: Chaát ñieän ly laø chaát maø khi hoaø tan vaøo nöôùc noù seõ phaân ly thaønh ion. Tuøy theo haèng soá ñieän ly vaø ñoä ñieän ly maø ngöôøi ta chia ra: - Chaát ñieän ly maïnh: laø chaát maø khi hoaø tan vaøo nöôùc noù seõ phaân ly hoaøn toaøn thaønh ion (K = ∞). Ña soá caùc muoái, kieàm cuûa kim loaïi nhoùm IA vaø IIA vaø acid maïnh thuoäc loaïi naøy. Ví duï: * HCl → H+ + Cl- Neáu dung dòch HCl coù noàng ñoä 0,1M thì [H+] = [Cl-] = 0,1 ion g / l * Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO42- Neáu dung dòch Al2(SO4)3 coù noàng ñoä 0,1M thì [Al3+] = 2. 0,1 ion g / l [ SO42-] = 3. 0,1 iong/l Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  10. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 10 - - Chaát ñieän ly trung bình vaø yeáu: laø chaát maø khi hoaø tan vaøo nöôùc noù chæ phaân ly moät phaàn thaønh ion. Ví duï: CH3COOH CH3COO- + H+, söï phaân ly chæ xaûy ra moät phaàn, haèng soá phaân ly cuûa CH3COOH laø: [CH COO − ][ H + ] 3 K = C [CH 3 COOH ] 2. Ñoä ñieän ly: Ñeå bieåu dieãn ñoä phaân ly cuûa caùc chaát ñieän ly yeáu ngöôøi ta duøng ñaïi löôïng goïi laø ñoä ñieän ly kyù hieäu α. Soá phaân töû ñaõ phaân ly thaønh ion α= Soá phaân töû ñaõ ñöa vaøo hoøa tan Ví duï: hoøa tan muoái MeA coù noàng ñoä C, ñoä ñieän ly α MeA Me+ + A- Khi ñaït traïng thaùi caân baèng thì [Me+] = [A-] = α.C vaø [MeA] = C - α.C = C (1 - α) Haèng soá caân baèng K luùc naøy goïi laø haèng soá phaân ly: [Me + ][A − ] α 2 .C 2 α2C K= = = [MeA ] C(1 − α) 1 − α Qua bieåu thöùc treân ta thaáy trong moät ñieàu kieän nhaát ñònh K laø moät haèng soá neân khi C caøng giaûm thì ñoä ñieän ly caøng taêng. Ñoái vôùi chaát ñieän ly maïnh thì α = 1 Ñoái vôùi chaát ñieän ly raát yeáu thì α
  11. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 11 - x = 7,3.10-3iong/l Vaäy α = 2,43.10-2 vaø α% = 2,43% Coù theå giaûi baøi toaùn treân baèng phöông phaùp gaàn ñuùng baèng caùch: Giaû thieát x
  12. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 12 - C PO43- = 0,1 = [PO43-] + [HPO42-] + [H2PO4-] + [H3PO4] Chöông III. ACID VAØ BAZ – PHAÛN ÖÙNG TRAO ÑOÅI PROTON I. Moät soá ñònh nghóa: 1. Ñònh nghóa acid vaø baz: Tröôùc ñaây ñònh nghóa cuûa Arrhenius ñöôïc söû duïng roäng raõi (acid laø chaát khi hoøa tan vaøo nöôùc coù theå phaân ly thaønh H+ vaø anion; coøn baz laø chaát maø khi hoøa tan vaøo nöôùc coù theå phaân ly thaønh OH- vaø cation) nhöng ñònh nghóa naøy khoâng toång quaùt vì chæ aùp duïng cho moät soá loaïi chaát vaø khi dung moâi laø nöôùc. Naêm 1923 Bronsted (nhaø baùc hoïc ngöôøi Ñan Maïch) ñeà ra ñònh nghóa toång quaùt nhö sau: acid laø chaát coù khaû naêng cho proton (H+) vaø baz laø chaát coù khaû naêng nhaän proton. Acid cho proton taïo thaønh baz lieân hôïp Baz nhaän proton taïo thaønh acid lieân hôïp Moãi caëp acid-baz lieân hôïp coù theå bieãu dieãn baèng heä thöùc sau: Acid baz lieân hôïp + H+ Ví duï: Acid baz lieân hôïp CH3 COOH CH3COO- + H+ H2S HS- + H+ HS- S2- + H+ NH4+ NH3 + H+ Al(H2O)63+ [Al(H2O)5OH]2+ + H+ Nhaän xeùt: - Acid vaø baz coù theå laø phaân töû, ion (cation, anion) - Proton H+ khoâng coù khaû naêng toàn taïi ôû traïng thaùi töï do, vì vaäy 1 chaát chæ theå hieän roõ tính chaát acid hay baz trong dung moâi coù khaû naêng nhaän hay cho proton. Acid + H2O baz + H3O+ Baz + H2O acid + OH- Ví duï: NH4+ + H2O NH3 + H3O+ CN- + H2O HCN + OH- - Tuøy theo baûn chaát cuûa dung moâi, 1 chaát coù theå theå hieän tính acid hoaëc baz. Ví duï: CH3COOH laø acid trong nöôùc vì CH3COOH + H2O CH3COO +H3O+ nhöng trong hydro florua loûng( H2F2) CH3COOH laïi laø moät - baz vì: CH3COOH + H2F2 CH3COOH2+ + HF2- Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  13. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 13 - - H2O laø 1 dung moâi vöøa coù khaû naêng cho H+ vöøa coù khaû naêng nhaän H+ neân nöôùc laø 1 dung moâi löôõng tính. - Moät soá phaân töû vaø ion coù khaû naêng vöøa cho H+, vöøa nhaän H+ goïi laø löôõng tính. Ví duï: Na2HPO4 2Na+ + HPO42- HPO42- vöøa coù khaû naêng cho H+ vöøa coù khaû naêng nhaän H+ HPO42- + H+ H2PO4- HPO42- PO43- + H+ 2. Haèng soá acid KA vaø haèng soá Baz KB: Ñeå ñaëc tröng cho cöôøng ñoä cuûa acid hoaëc baz ngöôøi ta duøng ñaïi löôïng haèng soá acid (KA) vaø haèng soá baz (KB). * Vôùi acid: HA + H2O H3O+ + A- Ñeå ñôn giaûn ta vieát: HA H+ + A- [H + ][A − ] KA = [HA ] Thì haèng soá acid laø: KA caøng lôùn thì acid caøng maïnh. Ñeå thuaän tieän cho vieäc tính toaùn ngöôøi ta thöôøng duøng pKA = - lgKA. Ví duï CH3COOH coù KA = 10-4,75 vaø HCN coù KA = 10-9,4, vaäy CH3COOH laø acid maïnh hôn HCN. * Vôùi baz: A- + H2O HA + OH- [HA ][OH − ] K = B [A − ] Thì haèng soá baz laø: KB caøng lôùn thì baz caøng maïnh. Ñeå thuaän tieän cho vieäc tính toaùn ngöôøi ta thöôøng duøng pKB = - lgKB. Ví duï CH3COO- coù KB = 10-9,25 vaø NH3 coù KB = 10-4,75, vaäy NH3 laø baz maïnh hôn CH3COO-. * Vôùi ña acid vaø ña baz: - Acid hoaëc baz maø moät phaân töû chæ nhöôøng hoaëc nhaän 1 H+ thì goïi laø ñôn acid hoaëc ñôn baz. - Acid hoaëc baz maø moät phaân töû nhöôøng hoaëc nhaän 2 hay nhieàu H+ thì goïi laø ña acid hoaëc ña baz. Trong dung dòch caùc ña acid hoaëc ña baz phaân ly laàn löôït theo töøng naác. Moãi naác seõ nhöôøng hoaëc nhaän 1 H+ vaø coù moät haèng soá acid hoaëc haèng soá baz töông öùng. Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  14. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 14 - Ví duï: H3PO4 H+ + H2PO4- KA1 = 10-2,21 H2PO4- H+ + HPO42- KA2 = 10-7,21 HPO42- H+ + PO43- KA3 = 10-12,36 Ngöôïc laïi PO43- laïi laø moät ña baz PO43- + H2O HPO42- + OH- KB1 = 10-1,64 HPO42- + H2O H2PO4- + OH- KB2 = 10-6,79 H2PO4- + H2O H3PO4 + OH- KB3 = 10-11,88 3. Quan heä giöõa KA vaø KB. Tích soá ion cuûa nöôùc: [H + ][A − ] KA = [HA ] [HA ][OH − ] K = B [A − ] KA.KB = [H+][OH-] (1) Maët khaùc: H2O H+ + OH- Haèng soá caân baèng: [H + ][OH − ] K = [H 2 O] => K.[H2O] = [H+][OH-] KH2O = [H+][OH-] (2) KH2O ñöôïc goïi laø tích soá ion cuûa nöôùc, noù laø haèng soá chæ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, khoâng phuï thuoäc vaøo noàng ñoä cuûa caùc ion H+ vaø OH- trong dung dòch. ÔÛ 250C KH2O = 10-14 vaäy pKH2O = - lgKH2O = 14 Töø (1) vaø (2) => KA.KB = KH2O = 10-14 pKA + pKB = pKH2O = 14 (ôû 250C) Hai coâng thöùc treân chæ aùp duïng cho acid – baz lieân hôïp Neáu KA caøng lôùn nghóa laø acid caøng maïnh thì KB caøng nhoû nghóa laø baz lieân hôïp caøng yeáu. Ví duï: - HCl laø 1 acid maïnh KA = ∞ thì baz lieân hôïp vôùi noù laø Cl- laïi laø 1 baz voâ cuøng yeáu coù KB = 0. - HCN laø 1 acid yeáu coù KA = 10-9,4 thì baz lieân hôïp vôùi noù laø CN- laø 1 baz khaù maïnh coù KB = 10-4,6. 4. pH vaø thang pH: pH = -lg[H+] vaø pOH = -lg[OH-] Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  15. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 15 - Giaù trò pH ñaëc tröng cho tính chaát acid hoaëc baz cuûa caùc chaát ñieän ly theå hieän qua noàng ñoä cuûa ion H+ hoaëc ion OH-. Vì [H+].[OH-] laø moät haèng soá taïi nhieät ñoä cho tröôùc, coøn [H+] vaø [OH-] laø nhöõng ñaïi löôïng bieán ñoåi neân baèng giaù trò [H+] vaø [OH-] coù theå xeùt ñoaùn ñoä acid hoaëc ñoä kieàm cuûa dung dòch. [H+].[OH-] =10-14 => pH + pOH = pKH2O=14 Thang pH ñöôïc quy ñònh nhö sau: Moâi tröôøng acid Moâi tröôøng trung tính Moâi tröôøng kieàm [H+] > 10-7 ion g/l [H+] = [OH-] [H+] < 10-7 ion g/l [OH-]10-7 ion g/l =>pH < 7 , pOH >7 pH >7, pOH < 7 II. Tính pH cuûa dung dòch acid: pH = -lg aH+ hay pH = - lg [H+] 1. Dung dòch ñôn acid maïnh: Giaû söû coù dung dòch acid maïnh HA coù noàng ñoä CA. Tuøy theo noàng ñoä cuûa acid maïnh maø tính pH baèng caùc coâng thöùc khaùc nhau: * Neáu CA ≥ 10-6 mol/l thì pH = -lg CA * Neáu CA ≤ 10-8 mol/l Dung dòch acid quaù loaõng neân coù theå coi [H+] = [OH-] =10-7 do ñoù pH = 7 * Neáu 10-8 < CA < 10-6 töùc CA ~ 10-7 mol/l Thì phaûi söû duïng phöông trình baäc hai [H+]2 - CA[H+] - KH2O = 0 ñeå tính [H+]. Tuy nhieân trong thöïc teá thöôøng CA > 10-6 neân ñeå tính pH cuûa dung dòch acid maïnh ta duøng pH = - lg CA. Ví duï: Tính pH cuûa dung dòch HCl 2.10-2M vaø 5.10-3 M trong 2 tröôøng hôïp keå caû löïc ion vaø boû qua löïc ion. Nhaän xeùt ? * Neáu boû qua löïc ion: vì noàng ñoä > 10-6 => pH = -lg CA - pH cuûa dung dòch HCl 2.10-2M = -lg2.10-2 = 1,698 ≈ 1,70. - pH cuûa dung dòch HCl 5.10-3M = -lg 5.10-3 =2,30 * Neáu tính löïc ion: - Vôùi HCl 2.10-2M µ = 0,5( 2.10-2.12 + 2.10-2.12) = 2.10-2 =0,02 lg f = −0,5Z 2 µ = −0,5.1. 0,02 = −0,0707 H+ µ ≤ 0,02 => fH+ = 0,849 Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  16. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 16 - aH+ = fH+.CH+ = 0,849. 2.10-2 = 0,01698 pH = -lgaH+ = 1,77 - Vôùi HCl 5.10-3M thì µ = 0,5( 5.10-3.12 + 5.10-3.12) = 5.10-3 µ ≤ 0,02 => lg f = −0,5Z 2 µ = −0,5.1. 0,005 = −0,035 H + fH+ = 0,92 aH+ = fH+.CH+ = 0,92. 5.10-3 = 4,6.10-3 pH = -lgaH+ = 2,336 Nhaän xeùt: so saùnh caùc giaù trò pH trong 2 tröôøng hôïp ta thaáy neáu dung dòch coù noàng ñoä caøng beù thì söï sai leäch khi boû qua löïc ion laø khoâng ñaùng keå. 2. Dung dòch ñôn acid trung bình 10-3 < KA < 100 Giaû söû coù dung dòch acid HA coù noàng ñoä CA vaø haèng soá acid KA. Neáu KA coù giaù trò 10-3 < KA < 100 thì pH cuûa dung dòch ñöôïc tính töø vieäc giaûi phöông trình baäc hai: [H+]2 + KA[H+] - KA.CA = 0 3. Dung dòch ñôn acid yeáu 10-10 < KA < 10-3 Giaû söû coù dung dòch acid HA coù noàng ñoä CA vaø haèng soá acid KA. Neáu KA coù giaù trò 10-10 < KA < 10-3 thì pH cuûa dung dòch ñöôïc tính töø coâng thöùc [H+]2 = KA.CA pH = 0,5pkA – 0,5lgCA Ví duï: Tính pH cuûa dung dòch HCOOH 0,017M bieát HCOOH coù KA = 1,77.10-4 Giaûi: Vì KA = 1,77.10-4 = 10-3,75 < 10-3 neân xem HCOOH laø 1 ñôn acid yeáu => pH = 0,5pkA – 0,5lgCA = 0,5. 3,75 - 0,5.lg 0,017 = 1,875 + 0,885 = 2,76 4. Dung dòch ña acid: Ña acid laø acid maø khi hoøa tan vaøo nöôùc seõ laàn löôït phaân ly theo nhieàu naác, öùng vôùi moãi naác laø moät haèng soá acid rieâng. Ví duï: * H2CO3 H+ + HCO3- coù K1 = 4,47.10-7 HCO3- H+ + CO32- coù K2 = 6.10-11 * H3PO4 H+ + H2PO4- coù K1 = 7,6.10-3 H2PO4- H+ + HPO42- coù K2 = 6,2.10-8 HPO42- H+ + PO43- coù K3 = 4,2.10-13 Nhìn chung H+ taùch ra khoûi phaân töû ôû naác tröôùc deã daøng hôn ôû naác sau, vì soá H+ taùch ra caøng taêng thì phaân töû maát H+ caøng aâm, neân giöõ H+ caøng chaët. Do ñoù haèng soá phaân ly cuûa naác sau thöôøng nhoû hôn cuûa naác tröôùc. Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  17. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 17 - Dung dòch ña acid coù theå xem nhö dung dòch cuûa moät hoãn hôïp caùc ñôn acid yeáu coù noàng ñoä baèng nhau vaø haèng soá acid khaùc nhau. - Neáu ña acid coù K1 > K2 khoaûng 104 laàn thì xem dung dòch ña acid ñoù nhö dung dòch ñôn acid coù KA = K1. - Neáu ña acid coù K1 khoâng lôùn hôn K2 nhieàu thì xem nhö hoãn hôïp caùc ñôn acid (seõ xeùt ôû tröôøng hôïp pH cuûa dung dòch hoãn hôïp caùc acid). Ví duï: 1. Tính pH cuûa dung dòch H2S 0,025M bieát H2S coù K1= 5,7.10-8, K2= 1,2.10-15 Giaûi: Do K1 > K2 hôn 104 laàn neân coù theå xem H2S nhö 1 ñôn acid yeáu coù KA = K1 = 5,7.10-8 (thuoäc loaïi acid yeáu) neân : pH = 0,5pKA - 0,5lgCA = 0,5(-lg5,7.10-8) - 0,5lg0,025 = 3,62 = 0,80 = 4,42 5. pH cuûa hoãn hôïp hai acid: a) Hoãn hôïp 2 acid maïnh: Giaû söû dung dòch hoãn hôïp 2 acid maïnh laø HA1 coù noàng ñoä C1 vaø HA2 coù noàng ñoä C2 thì pH cuûa dung dòch ñöôïc tính töø phöông trình: pH = - lg ( C1 + C2 ) b) Hoãn hôïp 1 acid maïnh vaø 1 acid yeáu: Giaû söû hoãn hôïp goàm 1 acid maïnh HAm coù noàng ñoä Cm vaø 1 acid yeáu HAy coù noàng ñoä Cy vaø haèng soá acid KHAy thì tuøy theo töøng tröôøng hôïp cuï theå maø pH cuûa dung dòch ñöôïc tính baèng caùc coâng thöùc khaùc nhau: Neáu Cm ≥ Cy pH cuûa dung dòch do acid maïnh quyeát ñònh neân pH = - lgCm Neáu Cm < Cy Muoán tính gaàn ñuùng thì giaûi phöông trình [H+]2 –Cm[H+] – KHAyCy = 0 C y .K HAy + [H ] = C + m [H + ] + K HAy Muoán giaûi chính xaùc thì söû duïng phöông trình: Ví duï: Tính pH cuûa dung dòch hoãn hôïp HCl 10-4 M vaø CH3COOH 10-2M. Cho KA = 10-4,75 Giaûi: Vì Cm < Cy neân: - Giaûi gaàn ñuùng: [H+]2 –Cm[H+] – KHAyCy = 0 [H+]2 –10-4[H+] – 10-4,75.10-2 = 0 Giaûi ra ñöôïc pH = 3,32 Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  18. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 18 - - Giaûi chính xaùc baèng caùch theá vaøo phöông trình toång quaùt roài bieán ñoåi, ta ñöôïc: [H+]2 + 10-4,75[H+] – 10-4[H+] - 10-8,75 - 10-6,75 = 0 Giaûi phöông trình ta ñöôïc [H+] = 4,62.10-4 vaø pH = 3,34 Ta thaáy 2 caùch giaûi pH leäch nhau khoâng nhieàu neân coù theå giaûi theo phöông phaùp gaàn ñuùng cho ñôn giaûn. c) Hoãn hôïp 2 ñôn acid yeáu (hay 1 ña acid coù k1 ≈ k2 ) Giaû söû hoãn hôïp 2 ñôn acid yeáu laø HA1 (coù noàng ñoä C1, haèng soá acid K1) vaø HA2 (coù noàng ñoä C2 vaø haèng soá acid K2). - Giaûi gaàn ñuùng: [H+]2 = k1C1 + k2C2 Moät caùch toång quaùt: [H+]2 = ΣkiCi - Giaûi chính xaùc: K 1 C1 K 2 C2 [H + ] = + [H + ] + K 1 [H + ] + K 2 Ñaây laø phöông trình toång quaùt, tuøy theo töøng tröôøng hôïp cuï theå coù theå ñôn giaûn hôn. - Neáu C1≈ C2 nhöng K1 >> K2 - Neáu K1≈ K2 nhöng C1 >> C2 - Neáu K1 >> K2 duø C1 < C2 Trong caû 3 tröôøng hôïp treân pH chæ do HA1 quyeát ñònh töùc laø: K 1C1 [H + ] = [H + ] + K 1 - Neáu K1≈ K2 vaø C1≈ C2 thì phaûi duøng phöông trình toång quaùt. Ví duï: Tính pH cuûa caùc hoãn hôïp 2 acid: CH3COOH 0,1M (pKCH3COOH = 4,76) vaø HCN 0,1M (coù pKHCN = 9,21) CH3COOH 5.10-4M vaø HCN 10-1M. CH3COOH 0,1M vaø HCOOH 0,1M pKHCOOH = 3,75. Giaûi i- * Giaûi gaàn ñuùng: [H+]2 = (K.C)CH3COOH + (K.C)HCN =10-4,76.0,1 + 10-9,21.0,1 [H+]2 = 10-5,76 => [H+] = 10-2,88 => pH = 2,88 Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  19. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 19 - * Giaûi chính xaùc: (C1=C2 , K1>>K2) K CH 3COOH C CH 3COOH [H + ] = [H + ] + K CH 3COOH [H+]2 –10-4,76[H+] – 10-5,76 = 0 Giaûi phöông trình ta ñöôïc [ H+] = 1,32.10-3 vaø pH = 2,88 Vaäy caû hai caùch cho keát quaû nhö nhau, nhöng caùch 1 nhanh hôn ii- C1 < C2 K1 >> K2 cuõng giaûi nhö caâu a ta ñöôïc: Giaûi gaàn ñuùng pH = 4,03 Giaûi chính xaùc pH ≈ 4 iii- C1 = C2 K1 ≈ K2 Giaûi gaàn ñuùng: [H+]2 =10-4,76. 0,1 + 10-3,75.0,1 = 19,518.10-6 Vaäy [H+] = 4,418.10-3 vaø pH = 2,35 Neáu giaûi chính xaùc thì phöông trình seõ trôû thaønh phöông trình baäc ba khoù giaûi. Neân trong thöïc teá ngöôøi ta vaãn aùp duïng phöông phaùp giaûi gaàn ñuùng. III. Tính pH cuûa dung dòch baz: Ñoái vôùi caùc dung dòch baz coâng thöùc tính cuõng töông töï nhö caùc dung dòch acid, nhöng trong ñoù thay H+ baèng OH-, thay KA baèng KB, thay CA baèng CB 1. Dung dòch baz maïnh: Giaû söû coù 1 baz maïnh coù noàng ñoä CB Töông töï nhö phaàn acid maïnh ta cuõng chæ gaëp tröôøng hôïp: CB ≥ 10-6mol/l thì pOH = -lgCB neân pH = 14 - pOH, vaäy: pH = lg CB + 14 Ví duï: Tính pH cuûa dung dòch NaOH coù noàng ñoä 10-2 mol/l. - Neáu khoâng keå löïc ion : CNaOH < 10-6 => pH = lgCB + 14 = -2 + 14 =12 - Keå löïc ion: µ = 0,5( 10-2 + 10-2 ) = 10-2 lgfOH- = -o,5.Z2.( µ )1/2 = - 0,5.1.10-1 = -0,05 fOH- = 10-0,05 = 0,89 aOH- = CNaOH.fOH- = 0,89. 10-2 = 8,9.10-3iong/l pOH = -lg8,9.10-3+ = 2,05 pH = 14 – 2,05 = 11,95 Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc
  20. Hoaù Phaân tích cho sinh vieân moâi tröôøng - 20 - 2. Dung dòch ñôn baz trung bình 10-3 < KB < 100 Tính töông töï nhö ñôn acid trung bình ta coù: [OH-]2 + KB[OH-] – KBCB = 0 Giaûi phöông trình naøy tính ñöôïc [OH-] roài töø ñoù tính ñöôïc [H+] vaø pH 3. Dung dòch ñôn baz yeáu 10-10 < KB < 10-3 pOH = 0,5pKB - 0,5lgCB neân pH = 14 - 0,5pKB + 0,5lgCB Ví duï: 1- Tính pH cuûa dung dòch NH4OH 10-2M bieát pKNH4OH = 4,75. KNH4OH = 10-4,75 vaäy noù thuoäc loaïi baz yeáu neân pH = 14 - 0,5pKB + 0,5lgCB = 14 - 0,5.4,75 + 0,5lg10-2 pH = 10,625 1- Tính pH cuûa dung dòch KCN10-2M bieát HCN coù KA = 10-9,21. KCN K+ + CN- CN- laø moät baz yeáu vì coù KB = 10-4,79 pH = 14 - 0,5pKB + 0,5lgCB = 14 - 0,5.4,79 + 0,5lg10-2 pH = 10,61 4. Dung dòch ña baz Muoái trung hoøa cuûa caùc ña acid nhö Na3PO4, Na2CO3, Na2C2O4… laø nhöõng ña baz vìø khi hoøa tan vaøo nöôùc caùc anion goác acid seõ nhaän 1, 2 hoaëc nhieàu H+ vaø moät naác öùng vôùi moät haèng soá baz rieâng. Ví duï: * Na3PO4 3Na+ + PO43- PO43- + H2O HPO42- + OH- KB1 = KH2O/KA3 = 10-1,62 HPO42- + H2O H2PO4- + OH- KB2 = KH2O/KA2 = 10-6,79 H2PO4- + H2O H3PO4 + OH- KB3 = KH2O/KA1 = 10-11,88 Dung dòch ña baz coù theå xem nhö dung dòch cuûa moät hoãn hôïp caùc ñôn baz yeáu coù noàng ñoä baèng nhau vaø haèng soá acid khaùc nhau. - Neáu ña baz coù KB1 > KB2 khoaûng 104 laàn thì xem dung dòch ña baz ñoù nhö dung dòch ñôn baz coù KB = KB1. - Neáu ña baz coù KB1 khoâng lôùn hôn KB2 nhieàu thì xem nhö hoãn hôïp caùc ñôn baz (seõ xeùt ôû tröôøng hôïp pH cuûa dung dòch hoãn hôïp caùc baz). Ví duï: tính pH cuûa dung dòch Na3PO4 10-1M. Vì PO43- coù KB1> KB2 > KB3 côõ 104 laàn neân xem nhö moät ñôn baz coù KB = 10- 1,62 , vaäy noù laø moät baz trung bình neân Ñaëng Thò Vónh Hoaø http://www.ebook.edu.vn Khoa Hoaù hoïc

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản