Lý thuyết về chuẩn độ Axit – Bazơ và chuẩn độ Oxi hóa khử

1. Nguyên tắc chuẩn độ axit bazơ, chuẩn độ oxi hóa khử:

Nguyên tắc chuẩn độ là các nguyên tắc cơ bản hướng dẫn quy trình và phương pháp thực hiện chuẩn độ trong hóa học phân tích. Có hai nguyên tắc chuẩn độ quan trọng đó là chuẩn độ axit bazơ và chuẩn độ oxi hóa khử:

* Nguyên tắc chuẩn độ axit-bazơ:

– Chuẩn bị dung dịch chuẩn: Đầu tiên, cần chuẩn bị dung dịch chuẩn có nồng độ đã biết của dung dịch axit hoặc bazơ được chuẩn độ.

– Dùng chất chỉ thị: Chất chỉ thị thường được sử dụng để xác định điểm tương đương. Ví dụ, phenolphthalein thường được sử dụng với các axit mạnh và bazơ mạnh, trong khi bromthymol xanh thường được sử dụng với các dung dịch có tính axit hoặc bazơ yếu.

– Thêm dung dịch chuẩn vào dung dịch cần chuẩn độ: Dung dịch chuẩn được thêm từ cửa sổ burette vào dung dịch cần chuẩn độ trong becher, bình định, hoặc erlenmeyer.

– Thực hiện chuẩn độ: Dung dịch chuẩn được thêm vào dung dịch cần chuẩn độ cho đến khi xuất hiện sự thay đổi màu của chỉ thị, cho biết đã đạt tới điểm tương đương.

– Ghi lại thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ: Ghi lại thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ để sau này tính toán nồng độ của dung dịch cần chuẩn độ.

– Tính toán nồng độ: Sử dụng thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ và nồng độ đã biết của dung dịch chuẩn để tính toán nồng độ của dung dịch cần chuẩn độ.

* Nguyên tắc chuẩn độ oxi hóa khử:

– Chuẩn bị dung dịch chuẩn: Tương tự như chuẩn độ axit bazơ, trước tiên, cần chuẩn bị dung dịch chuẩn có nồng độ đã biết của chất oxi hóa hoặc chất khử được chuẩn độ.

– Sử dụng chất chỉ thị hoặc điện cực: Các chất chỉ thị hoặc điện cực đặc biệt được sử dụng để xác định điểm tương đương.

– Chuẩn bị dung dịch cần chuẩn độ: Dung dịch chứa chất oxi hóa hoặc chất khử được đặt trong becher, bình định, hoặc erlenmeyer.

– Thực hiện chuẩn độ: Dung dịch chuẩn được thêm từ cửa sổ burette vào dung dịch cần chuẩn độ. Quá trình chuẩn độ tiếp tục cho đến khi có sự thay đổi quan trọng trong điện thế, cho biết đã đạt tới điểm tương đương.

– Ghi lại thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ: Ghi lại thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ để sau này tính toán nồng độ của chất oxi hóa hoặc chất khử.

– Tính toán nồng độ: Sử dụng thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ và nồng độ đã biết của dung dịch chuẩn để tính toán nồng độ của chất oxi hóa hoặc chất khử.

Những nguyên tắc chuẩn độ này quan trọng để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy trong việc xác định nồng độ của các chất trong phân tích hóa học.

2. Phương pháp, dấu hiệu nhận biết chuẩn độ axit bazơ, chuẩn độ oxi hóa khử:

2.1. Phương pháp chuẩn độ trung hòa (chuẩn độ axit – bazơ):

Phương pháp chuẩn độ trung hòa (chuẩn độ axit-bazơ) là một kỹ thuật quan trọng trong hóa học phân tích, được sử dụng để xác định nồng độ của một chất axit hoặc bazơ trong một dung dịch. Phương pháp này dựa vào nguyên tắc tương đương chuẩn độ, trong đó một dung dịch chuẩn (có nồng độ đã biết) của chất trung hoà được thêm vào dung dịch cần chuẩn độ cho đến khi phản ứng trung hòa hoàn toàn xảy ra. Dựa vào thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ, bạn có thể tính toán nồng độ của chất cần chuẩn độ.

Dưới đây là các bước cơ bản trong phương pháp chuẩn độ trung hòa:

– Chuẩn bị dung dịch chuẩn: Đầu tiên, bạn cần chuẩn bị một dung dịch chuẩn có nồng độ đã biết của chất trung hòa. Ví dụ, trong trường hợp chuẩn độ axit, dung dịch chuẩn thường là dung dịch natri hidroxit (NaOH) hoặc dung dịch kali hydroxit (KOH) có nồng độ đã biết. Trong trường hợp chuẩn độ bazơ, dung dịch chuẩn thường là dung dịch axit sulfuric (H₂SO₄) hoặc axit clohydric (HCl) có nồng độ đã biết.

– Sử dụng chất chỉ thị: Chất chỉ thị thường được sử dụng để xác định điểm tương đương của phản ứng trung hòa. Ví dụ, phenolphthalein thường được sử dụng với dung dịch bazơ mạnh (NaOH hoặc KOH) và bromthymol xanh thường được sử dụng với dung dịch axit yếu (H₂SO₄ hoặc HCl).

– Chuẩn bị dung dịch cần chuẩn độ: Dung dịch cần chuẩn độ (chứa chất axit hoặc bazơ cần xác định nồng độ) được đặt trong một bình định hoặc erlenmeyer.

– Thực hiện chuẩn độ: Dung dịch chuẩn được thêm từ cửa sổ burette vào dung dịch cần chuẩn độ dưới sự theo dõi của chất chỉ thị. Quá trình chuẩn độ tiếp tục cho đến khi có sự thay đổi màu của chỉ thị, cho biết đã đạt tới điểm tương đương. Tại điểm này, lượng chất trung hòa đã thêm vào chính xác tương đương với lượng chất cần chuẩn độ.

– Ghi lại thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ: Ghi lại thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ từ burette để sau này tính toán nồng độ của chất cần chuẩn độ.

– Tính toán nồng độ: Sử dụng thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ và nồng độ đã biết của dung dịch chuẩn để tính toán nồng độ của chất cần chuẩn độ trong dung dịch ban đầu.

Phương pháp chuẩn độ trung hòa là một phương pháp phân tích chính xác và đáng tin cậy, thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng hóa học, bao gồm kiểm tra chất lượng sản phẩm, xác định nồng độ các thành phần trong dung dịch, và nghiên cứu các phản ứng hóa học.

2.2. Chuẩn độ oxi hóa khử bằng phương pháp pemanganat:

Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử bằng pemanganat (thường được gọi là chuẩn độ KMnO₄) là một trong những kỹ thuật phân tích hóa học quan trọng. Trong phương pháp này, dung dịch KMnO₄ (mangan kem) với nồng độ đã biết được sử dụng để chuẩn độ một chất khử trong một dung dịch. Phương pháp này thường được sử dụng để xác định nồng độ của các chất như Fe²⁺, C₂O₄²⁻ (oxalat), H₂C₂O₄ (axetic), và nhiều chất hữu cơ khác.

Dưới đây là các bước cơ bản để chuẩn độ oxi hóa khử bằng phương pháp pemanganat:

– Chuẩn bị dung dịch chuẩn: Đầu tiên, cần chuẩn bị dung dịch mangan kem (KMnO₄) với nồng độ đã biết. Dung dịch KMnO₄ có màu hồng tím đặc trưng.

– Chuẩn bị dung dịch cần chuẩn độ: Dung dịch chứa chất khử (ví dụ: Fe²⁺) được đặt trong becher, bình định hoặc erlenmeyer.

– Sử dụng chất chỉ thị (nếu cần): Đôi khi, phương pháp pemanganat không yêu cầu sử dụng chất chỉ thị. Tuy nhiên, đôi khi, chất chỉ thị có thể được sử dụng để xác định điểm tương đương. Ví dụ, diphenylamine-sulfonic acid (DPSA) thường được sử dụng trong chuẩn độ Fe²⁺ bằng KMnO₄.

– Thực hiện chuẩn độ: Dung dịch KMnO₄ được thêm từ cửa sổ burette vào dung dịch cần chuẩn độ. Quá trình chuẩn độ tiếp tục cho đến khi có sự thay đổi quan trọng trong màu sắc dung dịch, cho biết đã đạt tới điểm tương đương.

– Ghi lại thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ: Ghi lại thể tích dung dịch KMnO₄ tiêu thụ để sau này tính toán nồng độ của chất khử.

– Tính toán nồng độ: Sử dụng thể tích dung dịch chuẩn tiêu thụ và nồng độ đã biết của dung dịch chuẩn để tính toán nồng độ của chất khử.

Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử bằng phương pháp pemanganat là một kỹ thuật chính xác và linh hoạt, thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng phân tích hóa học, bao gồm kiểm tra chất lượng sản phẩm, xác định nồng độ các thành phần hóa học và nghiên cứu các phản ứng hóa học.

3. Bài tập vận dụng:

Bài 1: Để xác định nồng độ dung dịch NaOH người ta tiến hành như sau: cân 1,26 gam axit oxalic ngậm nước (H2C2O4.2H2O) hòa tan hoàn toàn vào nước, định mức thành 100 ml. lấy 10 ml dung dịch này thêm vào đó vài giọt phenolphtalein, đem chuẩn độ bằng dung dịch NaOH đến xuất hiện màu hồng (ở pH = 9) thì hết 17,5 ml dung dịch NaOH. Tính nồng độ dung dịch NaOH đã dùng.

A. 0,114M

B. 0,26M

C. 0,124M

D. 0,16M

Đáp án: A

Chuẩn độ: H2C2O4 + 2NaOH → Na2C2O4 + 2H2O

Nồng độ dung dịch H2C2O4: C_(H2C2O4) = 1,26/126.1000/100 = 0,1M

Theo phản ứng: nNaOH = 2nH2C2O4.V = 2.10-3 mol

⇒ CM(NaOH) = 0,114M

Bài 2: Chuẩn độ 20 ml dung dịch hỗn hợp HCl 0,1M + HNO3 a mol/l cần dùng hết 16,5 ml dung dịch hỗn hợp KOH 0,1M và Ba(OH)2 0,05M. Giá trị của a là:

A. 0,07

B. 0,08

C. 0,065

D. 0,068

Đáp án: C

∑nH+ = 0,02.0,1 + 0,02a

∑nOH- = 0,0165.0,1 + 0,0165.2.0,05 = 3,3.10 – 3 mol

Trung hòa dung dịch thì ∑nH+ = ∑nOH-

0,02.0,1 + 0,02a = 3,3.10 – 3 ⇒ a = 0,065 mol/l

Bài 3: Để xác định nồng độ dung dịch H2O2, người ta hòa tan 0,5 gam nước oxi già vào nước, thêm H2SO4 tạo môi trường axit. Chuẩn độ dung dịch thu được cần vừa đủ 10 ml dung dịch KMnO4 0,1M. Xác định hàm lượng H2O2 trong nước oxi già.

A. 9%

B. 17%

C. 12%

D. 21%

Đáp án: B

Phản ứng

5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + SO2 + 8H2O

Từ phản ứng ⇒ nH2O2 = 5/2 nKMnO4 = 2,5.10-3 (mol)

Bài 4: Để xác định hàm lượng FeCO3 trong quặng xi đe rit, người ta làm như sau: còn 0,6g mẫu quặng, chế hóa nó theo một quy trình hợp lí, thu được FeSO4 trong môi trường H2SO4 loãng. Chuẩn đọ dung dịch thu được bằng dung dịch chuẩn KMnO4 0,025M thì dùng vừa hết 25,2ml. % theo khối lượng của FeCO3 là:

A. 12,18%

B. 24,26%

C. 60,9%

D. 30,45%

Đáp án: C

Bài 5: Chuẩn độ 20 ml dung dịch HCl chưa biết nồng độ đã dùng hết 17 ml dung dịch NaOH 0,12M. Xác định nồng độ mol của dung dịch HCl.

A. 0,102M

B. 0,12M

C. 0.08M

D. 0,112M

Đáp án: A

PTHH: HCl + NaOH → NaCl + H2O

nNaOH = 0,017.0,12 = 0,00204(mol)

Theo PT: nHCl = nNaOH = 0,00204mol

Nồng độ mol của dung dịch HCl là: 0,00204/0,02 = 0,102(M)