Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm MATLAB để tính pH của các hệ axit- bazơ phức tạp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn nhằm nghiên cứu lý thuyết về pH của các dung dịch axit – bazơ để đưa ra các thuật toán, công thức tính pH của một số hệ axit – bazơ phức tạp. Pha dãy dung dịch chuẩn của các dung dịch chứa đồng thời các chất cần phân tích. Chuẩn độ để xác định nồng độ chính xác của các dung dịch đã pha chế. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm MATLAB để tính pH của các hệ axit- bazơ phức tạp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM Tạ Văn Thành NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ TÍNH PH CỦA CÁC HỆ AXIT – BAZƠ PHỨC TẠP Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. TẠ THỊ THẢO Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC MỤC LỤC ........................................................................................... i DANH MỤC BẢNG ........................................................................... v Lời cảm ơn .......................................................................................... v MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 PHẦN I: TỔNG QUAN ....................................................................... 3 1.1.Phƣơng pháp xác định nồng độ các cấu tử trong dung dịch...........................3 1.2. Khái niệm axit – bazơ ..................................................................................................3 1.2.1. Thuyết axit – bazơ của Bronsted ........................................... 3 1.2.2. Thuyết axit – bazơ của Lewis: .............................................. 4 1.3. Tích số ion của nƣớc.....................................................................................................4 1.4. Cƣờng độ của axit và bazơ. Hằng số axit Ka và hằng số bazơ Kb...............4 1.5. Quan hệ giữa hằng số axit và hằng số bazơ của một cặp axit-bazơ liên hợp. 5 1.6. Thang pH và pOH: ......................................................................................................6 1.7. Vấn đề chung về chất điện li trong dung dịch .....................................................6 1.7.1. Chất điện li và sự điện li. ...................................................... 6 1.7.2. Độ điện li và hằng số điện li. ................................................ 6 1.8. Những định luật cơ bản để tính toán pH trong dung dịch axit- bazo ........7 1.8.1. Định luật bảo toàn nồng độ ................................................... 7 1.8.2. Định luật bảo toàn điện tích .................................................. 7 1.8.3. Định luật tác dụng khối lượng .............................................. 7 1.8.4. Định luật bảo toàn proton ( điều kiện proton)....................... 7 1.9. Phƣơng pháp phân tích thể tích...............................................................................8 1.9.1. Phương pháp điều chế các dung dịch .................................... 8 1.9.2. Nguyên tắc của phương pháp phân tích thể tích .................... 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.9.3. Phản ứng dùng trong phân tích thể tích ............................... 10 1.9.4. Các phương pháp chuẩn độ ................................................. 10 1.10. Sơ lƣợc về phần mềm MATLAB........................................................................11 PHẦN II: THỰC NGHIỆM……………………………………………. ..16 2.1. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu………………………..16 2.2. Hóa chất và dụng cụ...................................................................................................16 2.3. Tiến hành thực nghiệm .............................................................................................17 2.3.1. Pha chế dung dịch .............................................................. 17 2.3.2. Chuẩn độ thể tích xác định nồng độ các dung dịch .............. 18 2.3.3. Pha loãng các dung dịch và pha chế hỗn hợp các axit, bazơ. Đo pH ................................................................................................... 20 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................... 28 3.1. Xây dựng thuật toán tính pH của một số hệ axit – bazơ................................28 3.1.1. Dung dịch các đơn axit – bazơ ............................................ 29 3.1.2. Dung dịch của các hỗn hợp axit – bazơ ............................... 37 3.1.3. Dung dịch các đa axit – bazơ .............................................. 43 3.2. Đánh giá sai khác giữa giá trị tính toán và thực nghiệm ...............................46 3.2.1. Sự sai khác giá trị pH tính toán và thực nghiệm với dung dịch axit mạnh HCl ....................................................................................... 46 3.2.2. Sự sai khác giá trị pH tính toán và thực nghiệm với dung dịch axit mạnh NaOH .................................................................................... 47 3.2.3. Sự sai khác giá trị pH tính toán và thực nghiệm với dung dịch axit yếu CH3COOH ............................................................................... 47 3.2.4. Sự sai khác giá trị pH tính toán và thực nghiệm với dung dịch bazơ yếu NH3 có nồng độ khác nhau. .................................................... 48 3.2.5. Sự sai khác giá trị pH tính toán và thực nghiệm với dung dịch đa axit H3PO4. ....................................................................................... 48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.6. Kết quả tính pH từ chương trình tính Matlab và kết quả đo pH từ thực nghiệm đối với dung dịch hỗn hợp đơn axit mạnh HCl và đơn axit yếu CH3COOH có nồng độ khác nhau. .................................................. 49 3.2.7. Kết quả tính pH từ chương trình tính Matlab và kết quả đo pH từ thực nghiệm đối với dung dịch hỗn hợp đơn bazơ mạnh NaOH và đơn bazơ yếu CH3COONa có nồng độ khác nhau. ........................................ 50 3.2.8. Kết quả tính pH từ chương trình tính Matlab và kết quả đo pH từ thực nghiệm đối với dung dịch hỗn hợp đệm axetat CH3COOH và CH3COONa có nồng độ khác nhau. ....................................................... 50 3.2.8. Kết quả tính pH từ chương trình tính Matlab và kết quả đo pH từ thực nghiệm đối với dung dịch hỗn hợp đệm amoni NH4Cl và NH4OH có nồng độ khác nhau. ........................................................................... 51 KẾT LUẬN ........................................................................................ 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: kết quả xác định nồng độ dung dịch: NaOH; HCl; CH3COOH và NH4OH bằng phương pháp chuẩn độ thể tích .......................................... 20 Bảng 2: Kết quả đo pH của các dung dịch đơn axit mạnh HCl có nồng độ khác nhau. ............................................................................................... 21 Bảng 3: Kết quả đo pH của các dung dịch đơn bazơ mạnh NaOH có nồng độ khác nhau: ...................................................................................... 21 Bảng 4: Kết quả đo pH của các dung dịch đơn axit yếu CH3COOH có nồng độ khác nhau: ...................................................................................... 22 Bảng 5: Kết quả đo pH của các dung dịch đơn bazơ yếu NH3 có nồng độ khác nhau: ............................................................................................... 22 Bảng 6: Kết quả đo pH của các dung dịch đa axit yếu H3PO4 có nồng độ khác nhau: ............................................................................................... 23 Bảng 7: Kết quả đo pH của dung dịch các hỗn hợp đơn axit mạnh HCl và đơn axit yếu CH3COOH có nồng độ khác nhau....................................... 23 Bảng 8: Kết quả đo pH của dung dịch các hỗn hợp đơn bazơ mạnh NaOH và đơn bazơ yếu CH3COONa có nồng độ khác nhau. ....................... 25 Bảng 9: Kết quả đo pH của dung dịch các hỗn hợp đệm axit CH3COOH và đơn bazơ yếu CH3COONa có nồng độ khác nhau. ............... 26 Bảng 10: Kết quả đo pH của dung dịch các hỗn hợp đệm amoni NH4Cl và NH4OH có nồng độ khác nhau. ............................................................... 27 Bảng 11: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch HCl có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết .............................. 46 Bảng 12: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch NaOH có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết ........... 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 13: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch axit yếu CH3COOH có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết.................. 47 Bảng 14: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch bazơ yếu NH3 có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết ................. 48 Bảng 15: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch đa axit H3PO4 có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết ................. 48 Bảng 16: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch đơn axit mạnh HCl và đơn axit yếu CH3COOH có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết ................................................................................. 49 Bảng 17: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch đơn bazơ mạnh NaOH và đơn bazơ yếu CH3COONa có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết ............................................................................ 50 Bảng 18: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch đệm axetat CH3COOH và CH3COONa có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết ........................................................................................ 50 Bảng 19: So sánh kết quả xác định pH của dung dịch đệm amoni NH4Cl và NH4OH có nồng độ khác nhau bằng thực nghiệm và tính toán theo lý thuyết ....................................................................................................... 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Lời cảm ơn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Tạ Thị Thảo đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn phân tích, trong khoa đã tạo điều kiện và giúp đỡ em thực hiện đề tài này. Tôi cũng xin cảm ơn các anh chị, các bạn sinh viên phòng thí nghiệm hoá phân tích đã động viên, trao đổi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Thái Nguyên, ngày 28 tháng 03 năm 2013 Học viên Tạ Văn Thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab để tính pH của các hệ axit – bazơ phức tạp” là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 05 năm 2013 Tác giả luận văn Tạ Văn Thành Xác nhận của Xác nhận của Xác nhận của chủ tịch hội đồng khoa chuyên môn giáo viên hƣớng dẫn bảo vệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Phản ứng axit – bazơ là phản ứng rất quan trọng cả về mặt nghiên cứu lý thuyết và mặt ứng dụng hóa học vào thực tiễn. Phần lớn các phản ứng hóa học đều được diễn ra trong dung dịch nước, đối với dung dịch nước do trong thành phần dung dịch luôn có sự hiện diện của ion H+ và OH-. Sự có mặt thường xuyên của hai ion này trong thành phần dung dịch đã gây ra những ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các cân bằng khác trong dung dịch. Tính axit hay bazơ của dung dịch có ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình xảy ra trong dung dịch như khả năng tạo phức của ion kim loại, phản ứng oxi hóa – khử, khả năng bị thuỷ phân của các ion kim loại … Do đó, việc tính toán giá trị trong dung dịch axit – bazơ giữ vai trò quan trọng không chỉ đối với hóa phân tích mà cả với hóa học nói chung. Tuy nhiên việc tính toán giá trị pH trong dung dịch axit – bazơ là khá phức tạp. Trước đây, để xác định giá trị pH của hệ axit – bazơ phức tạp, chúng ta phải xây dựng phương trình phức tạp nhưng rất khó khăn để tìm ra nghiệm nên phải đưa ra điều kiện để phương trình phức tạp trở thành một phương trình rút gọn hơn. Để giải quyết vấn đề này, ở Việt Nam trong nhiều năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu lý thuyết kết hợp với ứng dụng công nghệ thông tin vào hóa phân tích để lập các chương trình tính pH của các dung dịch axit – bazơ nhưng dùng phần mềm Pascal để lập trình tính toán. Phần mềm này đòi hỏi người sử dụng phải rất am hiểu về toán học mới có thể lập trình, đồng thời cũng mất rất nhiều thời gian để sử dụng. Thay vào đó, phần mềm Matlab là phần mềm rất mạnh về các phép tính được sử dụng trong tất cả các ngành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
khoa học nghiên cứu về xã hội, tự nhiên cũng như ứng dụng thực tế. Trong lĩnh vực điện tử viễn thông, xây dựng, kinh tế,… nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng phần mềm Matlab. Tuy nhiên chưa có công trình nào tính toán pH của các hệ axit bazơ phức tạp sử dụng phần mềm Matlab. Trên cơ sở đó, chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm MATLAB để tính pH của các hệ axit- bazơ phức tạp”. Việc sử dụng phần mềm Matlab kết hợp với các kĩ thuật tính toán, thống kê mở ra khả năng phân tích nhanh, rẻ tiền. Trong khuôn khổ của một luận văn, chúng tôi đặt ra các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu lý thuyết về pH của các dung dịch axit – bazơ để đưa ra các thuật toán, công thức tính pH của một số hệ axit – bazơ phức tạp. - Pha dãy dung dịch chuẩn của các dung dịch chứa đồng thời các chất cần phân tích. Chuẩn độ để xác định nồng độ chính xác của các dung dịch đã pha chế. - Đo pH của dãy các dung dịch đã pha chế để kiểm tra tính chính xác của chương trình tính toán pH của các dung dịch axit-bazơ dựa trên phần mềm matlab. - Sử dụng phần mềm Matlab để lập chương trình tính pH của các hệ axit – bazơ phức tạp. - Kiểm tra lại kết quả tính toán trên chương trình Matlab so với kết quả thực nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1. Phƣơng pháp xác định nồng độ các cấu tử trong dung dịch Việc nghiên cứu xác định nồng độ các cấu tử trong dung dịch bằng phương pháp ứng dụng phần mềm tin học như: matlab, pascal…được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Trên thế giới, phần lớn các công trình nghiên cứu xác định đồng thời các cấu tử trong hỗn hợp đều ứng dụng phần mềm pascal, matlab để tính toán kết quả và xử lý số liệu. Nhóm tác giả [13] đã đưa ra được chương trình tính pH trong dung dịch có nhiều axit hoặc bazo dựa trên phần mềm GW- BASIC và cho kết quả rất tốt. Nhóm tác giả [11] đã tính pH một số dung dịch đệm dựa trên phần mềm MATLAB. Ở Việt Nam, có nhiều tác giả nghiên cứu xác định nồng độ các cấu tử dựa trên các phần mềm Matlab, Pascal. Nhóm tác giả [4],[5] đã tính toán thành phần cân bằng trong hệ axit – bazơ phức tạp. Tác giả [9] trên cơ sở phần mềm pascal đã tính hằng số cân bằng của một số axit bazo từ giá trị pH. 1.2. Khái niệm axit – bazơ 1.2.1. Thuyết axit – bazơ của Bronsted Định nghĩa axit bazơ của Bronsted Axit là chất có khả năng cho proton và bazơ là chất có khả năng nhận proton. Mỗi axit sau khi cho một proton trở thành một bazơ gọi là bazơ liên hợp với axit đó. Một cặp axit – bazơ liên hợp được biểu diễn bằng hệ thức sau: Axit     H+ + bazơ Proton không có khả năng tồn tại ở trạng thái tự do, vì vậy một chất chỉ thể hiện rõ tính axit hoặc bazơ trong một dung môi có khả năng nhận hoặc cho proton. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Nước là dung môi vừa có khả năng cho vừa có khả năng nhận proton, nên các bazơ và axit có thể thể hiện tính chất của chúng trong nước. [2] Bazơ + H2O     Axit + OH- 1.2.2. Thuyết axit – bazơ của Lewis: Một thuyết tổng quát hơn nữa về axit – bazơ được G.N.Lewis đưa ra. Theo thuyết Lewis: o Axit là chất có khả năng nhận thêm một hay nhiều cặp electron của chất khác để hình thành liên kết cộng hóa trị mới. o Bazơ là chất có khả năng nhường một hay nhiều cặp electron chưa liên kết cho chất khác để tạp thành liên kết cộng hóa trị mới.[2] 1.3. Tích số ion của nƣớc Nước là một dung môi tự proton phân, tức là nó vừa là một axit vừa là một bazơ H2O + H2O     H3O+ + OH- Hằng số cân bằng của phản ứng đó là: [H 3O  ][OH  ] K [H 2O]2 Nước phân li rất ít, [H2O] được coi là hằng số, vậy: K [ H 2O]2  K H 2O  [H 3O  ][OH  ] K H2O được gọi là tích số ion của nước. Nó là một hằng số, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ của các ion H+ và OH- trong dung dịch nước. Ở 250C tích số ion của nước K H O = 10-14 . Người ta thường dùng 2 p kH O = - lg kH O = 14. 2 2 1.4. Cƣờng độ của axit và bazơ. Hằng số axit Ka và hằng số bazơ Kb Một axit khi được hòa tan vào nước sẽ nhường proton cho nước theo phản ứng: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
A + H2O     B + H3O+ (1.1) Trong đó, A là axit, B là bazơ liên hợp với A. Công thức H3O+ chỉ proton bị hidrat hóa và được gọi là hidroni hoặc oxoni. Axit càng mạnh tức là nhường proton cho nước càng nhiều, tức là hằng số cân bằng: [B][H 3O  ] K [A][H 2O] của cân bằng (1.1) đó càng lớn. Nồng độ của nước, H2O xấp xỉ bằng 1000/15 = 55,5 M là tương đối lớn so với nồng độ cân bằng của các ion và phân tử khác trong dung dịch, nên có thể coi không đổi và ta có thể viết: [B ][H 3O  ] K[H2O] =  Ka [A] Ka được gọi là hằng số axit và biểu thị cường độ của axit, vì Ka càng lớn, axit càng mạnh. [2] Một bazơ khi được hòa tan trong nước sẽ nhận proton của nước theo phản ứng: B + H2O     A + OH- (1.2) [A][OH  ] K [ H 2O ]   Kb [B ] Kb được gọi là hằng số bazơ và biểu thị cường độ của bazơ. 1.5. Quan hệ giữa hằng số axit và hằng số bazơ của một cặp axit- bazơ liên hợp. Giả sử A là axit và B là bazơ liên hợp với A. Nhân các hằng số Ka và Kb với nhau, ta có: [B][H 3O  ][A][OH  ] K a .Kb   [H 3O  ][OH  ]  K H 2O [A][B] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hoặc: pKa + pKb = p kH O =14 ở 250C 2 1.6. Thang pH và pOH: Do nồng độ H+ trong dung dịch nước thường là nhỏ, nên người ta đưa ra định nghĩa pH và pOH để đánh giá tính axit – bazơ của một dung dịch cho tiện lợi. pH và pOH của một dung dịch được định nghĩa như sau: pH = -lg[H+] và pOH = -lg[OH-] Vì: [H+][OH-] = 10-14 => pH + pOH = 14 o Đối với dung dịch trung tính [H+] = [OH-] nên pH = pOH =7 o Đối với dung dịch axit [H+] > [OH-] nên pH < pOH o Đối với dung dịch bazo [H+] < [OH-]nên pH > pOH Giá trị pH của một dung dịch có thế được xác định bằng máy đo pH hay giấy đo pH 1.7. Vấn đề chung về chất điện li trong dung dịch 1.7.1. Chất điện li và sự điện li. Khi hòa tan các chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị có cực vào trong dung môi phân cực ( ví dụ: nước, rượu…) thì do sự tương tác với các phân tử lưỡng cực của dung môi mà các phân tử chất tan sẽ phân li hoàn toàn hoặc một phần thành các ion mang điện tích trái dấu, tồn tại dạng ion sonvat hóa ( đối với dung môi nước là ion hidrat hóa). Các chất có khả năng phân li thành các ion được gọi là chất điện li, và quá trình phân li gọi là quá trình điện li. 1.7.2. Độ điện li và hằng số điện li. Để đặc trưng định lượng cho sự phân li của các chất điện li người ta dựa vào độ điện li α và hằng số điện li K. 1.7.2.1. Độ điện li α Là tỉ số giữa số mol (n) của chất đã điện li thành ion với tổng số mol (n0) của chất tan trong dung dịch: (1.3) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.7.2.2. Hằng số điện li Xét cân bằng: MX     Mn+ + X n- KC = 1.8. Những định luật cơ bản để tính toán pH trong dung dịch axit- bazo 1.8.1. Định luật bảo toàn nồng độ - Định luật bảo toàn nồng độ (ĐLBTNĐ) ban đầu: đây là dạng phổ biến nhất của định luật bảo toàn vật chất thường được áp dụng để tính toán cân bằng trong các dung dịch. - Phát biểu định luật: Nồng độ ban đầu của một cấu tử bằng tổng nồng độ cân bằng của các dạng tồn tại của cấu tử đó có mặt trong dung dịch. 1.8.2. Định luật bảo toàn điện tích ĐLBTĐT được phát biểu dựa trên nguyên tắc các dung dịch có tính trung hòa về điện: Tổng điện tích âm của các anion phải bằng tổng điện tích dương của các cation. Zi = 0 Trong đó, [i] : nồng độ của ion I lúc cân bằng Zi : điện tích của ion i 1.8.3. Định luật tác dụng khối lượng - Phát biểu định luật: Ở trạng thái cân bằng tỉ số giữa tích của nồng độ các chất tạo thành sau phản ứng với số mũ thích hợp bằng hệ số tỉ lượng của nó, trên tích nồng độ của các chất phản ứng với lũy thừa thích hợp là một hằng số ở nhiệt độ và áp suất đã cho. 1.8.4. Định luật bảo toàn proton ( điều kiện proton) Đây là trường hợp riêng của ĐLBTNĐ và ĐLBTĐT áp dụng cho các hệ axit – bazo. -Phát biểu định luật: Nếu chọn một trạng thái nào đó của dung dịch làm trạng thái chuẩn (mức không) thì tổng nồng độ proton của các cấu tử ở mức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
không giải phóng ra bằng tổng nồng độ proton mà các cấu tử thu vào để đạt đến trạng thái cân bằng. Nói cách khác, nồng độ proton trong dung dịch lúc cân bằng bằng hiệu giữa tổng nồng độ proton giải phóng ra và tổng nồng độ proton thu vào ở mức không. [H+] =( )cho - ( )nhận Trạng thái chuẩn (mức không) là trạng thái tùy chọn (trạng thái ban đầu, trạng thái giới hạn, trạng thái cân bằng,…). Để thuận tiện cho việc tính toán, người ta thường chọn mức không là trạng thái ở đó nồng độ của các cấu tử chiếm ưu thế. [2], [3] 1.9. Phƣơng pháp phân tích thể tích 1.9.1. Phương pháp điều chế các dung dịch 1.9.1.1. Chất gốc Những chất thỏa mãn điều kiện dưới đây và dùng để điều chế các dung dịch chuẩn được gọi là chất gốc. - Chất gốc thuộc loại phân tích hoặc tinh khiết hóa học. Lượng tạp chất trong nó nhỏ hơn 0,1%, nếu lớn hơn phẩn tiến hành tinh chế lại. - Thành phần hóa học phải ứng đúng với công thức xác định kể cả nước kết tinh. - Chất gốc và dung dịch của nó phải bền - Khối lượng mol phân tử của chất càng lớn càng tốt để giảm sai số khi điều chế dung dịch chuẩn. Điều chế dung dịch chuẩn. - Nếu có chất gốc thì cân một lượng xác định chất đó trên cân phân tích có độ chính xác 0,1 hoặc 0,2mg, hòa tan định lượng lượng chất trong bình định mức có dung tích thích hợp rồi pha loãng bằng nước tới vạch định mức. - Nếu không có chất gốc thì trước hết điều chế dung dịch có nồng độ gần đúng, sau đó dùng chất gốc hoặc dung dịch chuẩn thích hợp để xác định lại nồng độ.[6] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.9.1.2. Điều chế dung dịch từ dung dịch có nồng độ khác Trong trường hợp không có hóa chất tinh khiết mà chỉ có dung dịch có nồng độ lớn thì có thể tiến hành điều chế các dung dịch chuẩn bằng cách pha loãng dung dịch có nồng độ đó thành các dung dịch có nồng độ mong muốn. Để tiến hành pha loãng cần dùng nước cất và các dụng cụ đo thể tích chính xác như buret, pipet và các bình định mức. Nếu C1; C2 và V1; V2 là nồng độ và thể tích dung dịch trước và sau khi pha loãng, ta có: C1.V1 = C2.V2 Sử dụng phương trình này có thể tính được thể tích các dung dịch khi tiến hành pha loãng. 1.9.2. Nguyên tắc của phương pháp phân tích thể tích Phân tích thể tích là phương pháp xác định hàm lượng các chất dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử đã biết nồng độ chính xác (được gọi là dung dịch chuẩn) được thêm từ buret vào dung dịch của chất định phân, vừa tác dụng đủ với tất cả lượng chất định phân đó. Sự thêm từ từ dung dịch chuẩn bằng buret vào dung dịch chất định phân gọi là sự chuẩn độ. Thời điểm đã thêm lượng thuốc thử vừa đủ tác dụng hoàn toàn với chất định phân gọi là thời điểm tương đương. Thời điểm tại đó ta kết thúc chuẩn độ, gọi là thời điểm cuối. Thông thường thời điểm cuối không trùng với điểm tương đương, nghĩa là thể tích dung dịch chuẩn đã được thêm vào không bằng thể tích của nó tác dụng vừa đủ với chất định phân. Vì vậy sự chuẩn độ mắc sai số. Để nhận biết được điểm tương đương, người ta thường dùng những chất gây ra những hiện tượng mà ta có thể quan sát được bằng mắt như sự đổi màu, sự xuất hiện kết tủa làm đục dung dịch xảy ra ở rất gần thời điểm đó. Những chất đó được gọi là chất chỉ thị. [6] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1.9.3. Phản ứng dùng trong phân tích thể tích Những phản ứng hóa học dùng trong phân tích thể tích phải thỏa mãn các yếu tố sau: - Chất định phân phải tác dụng hoàn toàn với thuốc thử theo một phương trình phản ứng xác định, nghĩa là theo mottj hệ số tỉ lượng xác định. - Phản ứng phải xảy ra rất nhanh. Đối với các phản ứng chậm, cần làm tăng tốc độ của chúng bằng cách đun nóng hoặc dùng chất xúc tác thích hợp. - Phản ứng phải chọn lọc, tức là thuốc thử chỉ tác dụng với chất định phân mà không phản ứng với bất kì chất nào khác. - Phải có chất chỉ thị thích hợp để xác định điểm cuối với sai số chấp nhận được. 1.9.4. Các phương pháp chuẩn độ - Chuẩn độ trực tiếp: Thêm từ từ dung dịch chuẩn từ buret vào dung dịch định phân đựng trong bình nón. Thuốc thử R tác dụng trực tiếp với chất định phân X: R+X  Q+Y (1.6) Dựa vào nồng độ dung dịch chuẩn, thể tích của nó đã tiêu tốn và phương trình phản ứng (1.6), ta tính được lượng chất X phản ứng. - Chuẩn độ ngược: Thêm một thể tích chính xác và dư dung dịch chuẩn vào chất định phân. Sau đó chuẩn độ lượng thuốc thử R còn dư lại bằng một thuốc thử khác R` thích hợp. Dựa vào thể tích và nồng độ của các dung dịch chuẩn R và R` và phương trình các phản ứng, ta tính được lượng chất X hoặc nồng độ của nó. Phương pháp chuẩn độ ngược này thường được sử dụng để định lượng các chất tham gia các phản ứng xảy ra chậm hoặc không có chất chỉ thị thích hợp để xác định X bằng phản ứng giữa R và X. - Chuẩn độ thay thế: Cho chất định phân X tác dụng với một hợp chất thích hợp khác MY để tạo thành hợp chất MX và giải phóng ra Y: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
X + MY  MX + Y (1.7) Sau đó chuẩn độ Y bằng dung dịch thuốc thử thích hợp rồi dựa vào nồng độ và thể tích của nó để tính lượng chất X. - Chuẩn độ gián tiếp: cách chuẩn độ này dùng để định lượng chất X không tiến hành chuẩn độ trực tiếp bằng thuốc thử nào đó. Chuyển X vào một hợp chất thích hợp chứa ít nhất một nguyên tố có thể xác định trực tiếp được bằng một thuốc thử thích hợp. - Chuẩn độ phân đoạn: Trong một số trường hợp có thể chuẩn độ lần lượt các chất X, Y, Z… trong cùng một dung dịch bặng một hoặc hai dung dịch chuẩn.[6] 1.10. Sơ lƣợc về phần mềm MATLAB MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao tiếp người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác. Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật. MATLAB là viết tắt của từ “ Matrix Laboratory”, được phát minh vào cuối thập niên 1970 bởi Cleve Moler và sau đó là chủ nhiệm khoa máy tinh tại Đại học New Mexico. MATLAB, nguyên sơ được viết bằng ngôn ngữ Fortran. Cho đến 1980, nó vẫn chỉ là một bộ phận được dùng nội bộ của Đại học Standford. Năm 1983, Jack Little một người đã học ở MIT và Standford, đã viết lại MATLAB bằng ngôn ngữ C và nó được xây dựng them các thư viện phục vụ cho thiết kế giống hệ thống điều khiển, hệ thống hộp công cụ (Toolbox), mô phỏng… Jack xây dựng MATLAB trở thành mô hình ngôn ngữ lập trình cơ sở ma trận (matrix-based programming language).Steve Bangert là người đã thực hiện trình thông dịch cho MATLAB. Sau này, Jack Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Little kết hợp với Moler và Steve Bangert quyết định đưa MATLAB thành dự án thương mại – công ty The Math Words ra đời thời gian này – năm 1984. MATLAB gồm 5 phần chính: o Ngôn ngữ MATLAB: đây là ngôn ngữ ma trận/ mảng cấp cao để điều khiển các câu lệnh, các hàm, cấu trúc dữ liệu, nhập/ xuất và các đặc tính lập trình hướng đối tượng. Nó cho phép cả hai lập trình nhỏ để tạo các chương trình phức tạp và bao quát. o Môi trường làm việc MATLAB: Đây là một bộ công cụ và những thành phần tiện ích để sử dụng như những người sử dụng hoặc các lớp lập trình viên MATLAB. Chúng bao gồm những đối tượng tiện ích được dùng để quản lí các thay đổi trong môi trường làm việc cũng như nhập và xuất các dữ liệu. Ngoài ra, chúng cũng bao gồm nhưng công dụng vào việc khai phá, quản lí, gỡ rối và tạo các tập tin nén M-files, các trình ứng dụng của MATLAB. o Đồ hình: Đây là hệ thống đồ họa của MATLAB. Chúng bao gồm các lệnh cao cấp cho các dữ liệu hiện hữu hai chiều hoặc ba chiều xử lí hình ảnh, chuyển động và những đối tượng hình ảnh giới thiệu. Ngoài ra chúng cũng bao gồm các lệnh cấp thấp cho phép chúng ta hoàn toàn sở thích hóa tính hiển thị của các đối tượng hình ảnh cũng như thiết kế những giao diện hình ảnh trong chương trình đồ họa. o Thư viện hàm toán học MATLAB: Đấy là một sự lựa chọn của các chương trình toán từ những công thức cơ bản như sin, cos, số phức cho đến các hàm toán học phức tạp hơn như ma trận… o Trình giao diện ứng dụng MATLAB (API): Đây là một chương trình giao diện cho phép lập các chương trình ứng dụng theo ngôn ngữ C hoặc FORTRAN để tương tác với MATLAB. Chúng bao gồm những thành phần tiện ích để gọi các đại lượng từ MATLAB (liên kết động), triển khai MATLAB khi tính toán kỹ thuật cũng như lập và đọc các tập tin MAT Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn