PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ

PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ AXIT – BAZƠ

I. Đặc điểm.

-          Dùng phương pháp này để xác định nồng độ axit, bazơ.

-          Là phương pháp phân tích thể tích dựa trên phản ứng chuẩn độ:

                                                          H⁺  +  OH^-  ¾®  H₂O

-    Trong quá trình chuẩn độ nồng độ ion H⁺ và ion OH^- luôn thay đổi nghĩa là pH dung dịch thay đổi.

-    Đường biểu diễn sự biến thiên của pH với lượng dung dịch chuẩn cho vào gọi là đường chuẩn độ axit – bazơ.

-    Để xác định điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ, người ta dùng chất chỉ thị axit – bazơ.

II. Chất chỉ thị axit-bazơ (chất chỉ thị pH).

-          Là những chất có màu thay đổi theo sự thay đổi của pH.

-     Thường là những axit yếu hữu cơ (HInd) hoặc bazơ yếu hữu cơ (IndOH), trong đó, dạng axit (HInd; Ind⁺) và bazơ liên hợp (Ind^-; IndOH) có màu khác nhau.

-     Trong dung dịch chất chỉ thị tồn tại đồng thời 2 dạng axít và bazơ liên hợp có màu khác nhau:                   

                                             HInd           H⁺   +  Ind^-          (a)

                                             IndOH      Ind⁺  +  OH^-          (b)

-    Nếu nồng độ của chúng hơn kém nhau không quá 10 lần Þ mắt ta thấy sự tồn tại của cả 2 dạng màu.

-     Nếu nồng độ của chúng hơn nhau từ 10 lần trở lên, mắt ta nhìn thấy màu của dạng có nồng độ lớn hơn.

Ví dụ: chỉ thị metyldacam là axit yếu (HInd) trong dung dịch tồn tại cân bằng phân ly

                                              HInd        H⁺ +   Ind^-

                                                   Đỏ                              Vàng

 -    Khi pH giảm (nghĩa là nồng độ H+ tăng):cân bằng chuyển dịch về phía trái Þ nồng độ HInd tăng đến khi      10, dung dịch có màu đỏ.

 

 -    Khi pH tăng (nghĩa là nồng độ H+ giảm):cân bằng chuyển dịch về phía phải Þ nồng độ Ind- tăng đến khi      10, dung dịch có màu vàng.

 

Một số chất chỉ thị axit – bazơ thường dùng

 

Tên thường dùng	Dung môi	Màu dạng axít	Màu dạng bazơ	Khoảng pH đổi màu
Metyldacam (Heliantin)	Nước	Đỏ hồng	vàng	3,1 – 4,4
Bromphenol xanh	Nước	Vàng	Nâu tím	3,0 – 4,6
Brom crezol lục	Nước	Vàng	Xanh	3,8 – 5,4
Metyl đỏ	Nước	Đỏ hồng	Vàng	4,4 – 6,2
Brom thymol xanh	Nước	Vàng	Xanh	6,2 – 7,6
Phenol đỏ	Nước	Vàng	Đỏ	6,4 – 8,0
Thymol xanh	Nước	Vàng	Xanh	8,0 – 9,6
Phenolphtalein	Rượu 70%	Không màu	Đỏ	8,0 – 9,8
Thymolphtalein	Rượu 90%	Không màu	Xanh	9,4 – 10,6

 

III.Chuẩn độ axit – bazơ

1. Chuẩn độ đơn axit mạnh bằng đơn bazơ mạnh và ngược lại.

 a. Chuẩn độ đơn axit mạnh bằng đơn bazơ mạnh.

        Khảo sát sự chuẩn độ V₀ (mL) dung dịch axit mạnh HA có nồng độ C₀(M) bằng dung dịch bazơ mạnh BOH có nồng độ C (M), giả sử thể tích BOH tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).

    *   Phản ứng chuẩn độ:                              H⁺  +  OH^-    H₂O

    *  Phương trình đường chuẩn độ:

     - Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch axit mạnh HA có nồng độ C₀(M).

                                              pH = - lg[H+] = - lgC₀

C0V0 – CV   V0  +  V

     - Trước điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm axit mạnh HA dư và muối của nó với bazơ mạnh BA.

                                        pH = - lg[H+] = - lg

     - Tại điểm tương đương: dung dịch là dung dịch muối BA (muối được tạo bởi axit mạnh HA và bazơ mạnh BOH).

                                              pH = - lg[H+] = - lg 10^-7 = 7

     - Sau điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm BA và BOH dư.

                                       pH = 14 - pOH = 14 + lg

 

Ví dụ: Chuẩn độ 20mL dung dịch HCl 0,1M bằng dung dịch NaOH 0,1M. Hãy tính pH của dung dịch tại các thời điểm:

a. Trước khi chuẩn độ.

b. Thể tích dung dịch NaOH tiêu thụ là 19,98mL.

c. Thể tích dung dịch NaOH tiêu thụ là 20mL.

d. Thể tích dung dịch NaOH tiêu thụ là 20,02mL.

Giải :               Phương trình chuẩn độ:    H⁺ +  OH^-    H₂O

      a. Trước chuẩn độ: dung dịch là dung dịch HCl 0,1M

                                    pH = - lg 10^-1  =  1

b. Thể tích dung dịch NaOH tiêu thụ là 19,98mL (trước điểm tương đương): dung dịch gồm NaCl và HCl dư.

                                    pH = - lg[H+] = - lg  = 4,3

 

     c. Thể tích dung dịch NaOH tiêu thụ là 20mL (tại điểm tương đương): dung dịch chỉ chứa NaCl.                                               pH = 7

     d. Thể tích dung dịch NaOH tiêu thụ là 20,2mL (sau điểm tương đương): dung dịch gồm có NaCl và NaOH dư.

                                    pH = 14 – pOH = 14 + lg  = 9,7

 

      Để vẽ đường cong chuẩn độ dung dịch HCl 0,1 M bằng dung dịch NaOH 0,1M ta nên tính pH tại các thời điểm theo bảng 1.

 

           Bảng 1:                                                                                  Đường chuẩn độ HCl 0,1M

pH

                                                                                                              bằng NaOH 0,1M

VNaOH (mL)	%q	[H+]	pH
0,00	-100	10-1	1
18,00	-10	5.10-3	2,3
19,80	-1	5.10-4	3,3
19,98	-0,1	5.10-5	4,3
20,00	0	10-7	7
20,02	+0,1	2.10-10	9,7
20,20	+1	2.10-11	10,7
22,00	+10	2.10-12	VNaOH   11,7
40,00	+100	3.10-13	12,5

* Nhận xét:

- Đường chuẩn độ là đường cong không đều trước và sau cách xa điểm tương đương độ dốc của đường cong rất nhỏ (nghĩa là pH ít phụ thuộc vào thể tích dung dịch chuẩn cho vào), còn ở lân cận điểm tương đương độ dốc đường cong lớn (nghĩa là pH phụ thuộc nhiều vào thể tích dung dịch chuẩn cho vào ).

- Khoảng pH thay đổi đột ngột khi lượng dung dịch chuẩn cho vào từ thiếu đến thừa 0,1% được gọi là bước nhảy pH của đường chuẩn độ (tương đương với khoảng pH từ 4,3 đến 9,7)

Đường chuẩn độ HCl  bằng NaOH  với các nồng độ khác nhau

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* Nhận xét:

-  Khi chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh với các nồng độ khác nhau thì điểm tương đương luôn ở pH =7.

- pH phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng: nồng độ càng lớn bước nhảy pH càng dài. Trường hợp dung dịch quá loãng, bước nhảy pH của đường chuẩn độ ngắn độ chính xác chuẩn độ giảm .

 

 

*  Cách chọn chất chỉ thị:

     Về nguyên tắc, ta chỉ chọn chất chỉ thị thay đổi màu đúng điểm tương đương (pH = 7) như Bromthymol xanh (6,2 – 7,6), phenol đỏ (6,4 - 8), nhưng nếu chấp nhận sai số  chuẩn độ ± 0,1% ta có thể chọn các chất chỉ thị có khoảng đổi màu pH nằm trong bước nhảy pH.

b. Chuẩn độ đơn bazơ mạnh bằng đơn axit mạnh:

      Khảo sát sự chuẩn độ V₀ (mL) dung dịch bazơ mạnh BOH có nồng độ C₀(M) bằng dung dịch axit mạnh HA có nồng độ C (M), giả sử thể tích HA tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).

    *  Phản ứng chuẩn độ:                                H⁺  +  OH^-     H₂O

    *  Phương trình đường chuẩn độ:

     - Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch bazơ mạnh BOH có nồng độ C₀(M).

                                                pH = 14 + lgC₀

     - Trước điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm bazơ mạnh BOH dư và muối của nó với axit mạnh BA.

                                        pH = 14 - pOH = 14 + lg

 

     - Tại điểm tương đương: dung dịch là dung dịch BA.

                                              pH = - lg[H+] = - lg 10^-7 = 7

     - Sau điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm BA và HA dư.

                                                          pH = -  lg

 

Ví dụ: Vẽ đường chuẩn độ trong trường hợp chuẩn độ 20 mL dung dịch NaOH 0,1M bằng dung dịch HCl 0,1M

 

 

 

 

 

 

 

Đường chuẩn độ NaOH 0,1M bằng HCl 0,1M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chú ý:

- Trong khoảng đổi màu của chất chỉ thị có một giá trị màu tại đó màu của chất chỉ thị thay đổi rõ nhất, giá trị này gọi là chỉ số chuẩn độ (pT) của chất chỉ thị. Vì vậy quá trình chuẩn độ kết thúc tại pH = pT.

-  Giá trị pT phụ thuộc vào bản chất chất chỉ thị và chất chuẩn độ. pT càng gần pH điểm tương đương thì càng chính xác.

  Ví dụ: dùng phênolphtalein làm chất chỉ thị khi chuẩn độ axit bằng kiềm pT = 9, ngược lại, kiềm bằng axit pT = 8. Nếu dùng metyldacam chuẩn độ axit bằng kiềm pT =4,4, ngược lại, kiềm bằng axit pT = 4.

2. Chuẩn độ đơn axit yếu bằng đơn bazơ mạnh và ngược lại

a. Chuẩn độ đơn axit yếu bằng đơn bazơ mạnh

   Khảo sát sự chuẩn độ V₀ (mL) dung dịch axit  HA có nồng độ C₀(M) và hằng số axit K_a bằng dung dịch bazơ mạnh BOH có nồng độ C (M), giả sử thể tích BOH tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).

    *   Phản ứng chuẩn độ:                              HA  +  OH^-     A^-  + H₂O

    *  Phương trình đường chuẩn độ:

     - Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch axit yếu HA nồng độ C₀(M) và hằng số axit K_a.

                                          pH = - lg[H+] = ½ (pK_a – lgC₀)

     - Trước điểm tương đương: dung dịch gồm axit yếu HA dư và muối của nó với bazơ mạnh BA nên dung dịch là hệ đệm pH.

                                        pH = - lg[H+] = pK_a - lg

                                    C_A =                     C_B =

     - Tại điểm tương đương: dung dịch là dung dịch của muối được tạo bởi axit yếu và bazơ mạnh BA nên có tính bazơ. pH của dung dịch được xác định theo công thức tính pH của dung dịch bazơ yếu A^- có hằng số bazơ K_b = .

                                              pH = 14 - pOH = 14 - ½ (pK_b – lgC_B)

                                                            C_B =  =

     - Sau điểm tương đương: dung dịch gồm bazơ mạnh BOH dư và bazơ yếu A^- nên pH của dung dịch có thể tính gần đúng theo công thức tính pH của dung dịch bazơ mạnh

                                       pH = 14 - pOH = 14 + lg C_B

                                                C_B =

Ví dụ: Vẽ đường chuẩn độ trong trường hợp chuẩn độ 20 mL dung dịch CH­₃COOH 0,1M; hằng số axit K_a = 10^-4,75 bằng dung dịch NaOH 0,1M.

 

      Bảng 2:                                                                            Đường chuẩn độ CH­₃COOH 0,1M

                                                                                                            bằng NaOH 0,1M

VNaOH (mL)	%q	[H+]	pH
0,00	-100	1,33.10-3	2,9
18,00	-10	1,98.10-6	5,7
19,80	-1	1,80.10-7	6.7
19,98	-0,1	1,78.10-81,78.10-8	Điểm tương đương   7,7
20,00	0	1,88.10-91,88.10-9	8,7
20,02	+0,1	2,0.10-102,0.10-10	9,7
20,20	+1	2,0.10-112,0.10-11	10,7
22,00	+10	2,0.10-122,0.10-12	11,7
40,00	+100	3,0.10-103.10-13	12,5

 

b. Chuẩn độ đơn bazơ yếu bằng đơn axit mạnh

      Khảo sát sự chuẩn độ V₀ (mL) dung dịch bazơ yếu BOH có nồng độ C₀(M) và hằng số bazơ K_b bằng dung dịch axit mạnh HA có nồng độ C (M), giả sử thể tích HA tiêu thụ trong quá trình chuẩn độ là V (mL).

    *  Phản ứng chuẩn độ:                      H⁺  +  BOH    B⁺ +  H₂O

    *  Phương trình đường chuẩn độ:

     - Trước khi chuẩn độ: dung dịch là dung dịch bazơ yếu BOH có C₀(M) và hằng số bazơ K_b.

                                                pH = 14 – ½ (pK_b – lgC₀)

     - Trước điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm bazơ yếu và muối của nó với axit mạnh nên dung dịch là dung dịch đệm pH.

                                        pH = 14 - pOH = 14 – (pK_b – lg )

                                    C_B =                     C_A =

    - Tại điểm tương đương: dung dịch là dung dịch của muối được tạo bởi bazơ yếu và axit mạnh BA nên có tính axit. pH của dung dịch được xác định theo công thức tính pH của dung dịch axit yếu B⁺ có hằng số axit K_a =

                                              pH = - lg[H+] = ½ (pK_a – lgC_A)

                                                            C_A =  =

     - Sau điểm tương đương: dung dịch hỗn hợp gồm axit mạnh HA và axit yếu B⁺ nên pH của dung dịch có thể tính gần đúng theo công thức tính pH của dung dịch bazơ mạnh .

                                                      pH = -lg[H⁺] = - lg C_A

                                                            C_A =

Ví dụ: Vẽ đường chuẩn độ trong trường hợp chuẩn độ 20 mL dung dịch NH₃ 0,1M; hằng số bazơ K_b = 10^-4,75 bằng dung dịch HCl 0,1M

Đường chuẩn độ NH₃ 0,1M bằng HCl 0,1M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nhận xét: 

- Đường chuẩn độ là đường cong không đều ở gần điểm tương đương độ dốc của đường cong chuẩn độ lớn, tạo nên bước nhảy pH của đường chuẩn độ.

- Bước nhảy pH của đường chuẩn độ càng bé nếu axit (hoặc bazơ) càng yếu và ngược lại. Nồng độ dung dịch chuẩn càng bé bước nhảy càng bé và ngược lại.

- pH tại điểm tương đương không trùng với điểm trung tính mà nó lệch về phía axit (với bazơ yếu) hoặc kiềm (với axit yếu) nếu K_a hoặc K_b của axit hoặc bazơ càng yếu càng lớn thì pH tại điểm tương đương lệch về phía môi trường bazơ hoặc axit càng nhiều.

  Dựa vào đường cong chuẩn độ ta có thể chọn chất chỉ thị thích hợp cho quá trình chuẩn độ axit yếu bằng bazơ mạnh và ngược lại.

Ví dụ: Khi chuẩn độ dung dịch CH₃COOH 0,1M bằng dung dịch NaOH 0,1M có bước nhảy pH trên đường chuẩn độ từ 7,7 đến 9,7 thì ta chỉ có thể chọn chất chỉ thị PP (có khoảng pH đổi màu từ 8 - 10) làm chất chỉ thị mà không thể dùng metyl da cam (có khoảng pH từ 3,1 –  4,4) làm chất chỉ thị được vì khoảng pH đổi màu của chất chỉ thị không nằm trong bước nhảy của đường chuẩn độ.

Kết luận: Qua bài học này chúng ta biết cách:

-  Xác định nồng độ của axit, bazơ.

-  Xác định bước nhảy pH của đường chuẩn độ để chọn chất chỉ thị thích hợp trong quá trình chuẩn độ axit - bazơ.