Giáo trình thực hành hóa đại cương

å tích định phân. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Nồng độ dung dịch: Là lư ợng chất tan có trong đơn vị khối lư ợng hoặc đơn vị thể tích dung dịch hay dung môi. Trong hoá học, nồng độ dung dịch biểu thị bằng nhiều cách khác nhau. - Nồng độ phần trăm khối lư ợng (%) là số gam chất tan chư ùa trong 100 gam dung dịch. - Nồng độ mol (CM hay M) là số mol chất tan chư ùa trong một lít dung dịch. - Nồng độ đư ơng lư ợng (CN hay N) là số đư ơng lư ợng gam chất tan chư ùa trong một lít dung dịch. - Nồng độ molan (Cm hay m) là số mol chất tan trong 1000 gam dung môi. - Nồng độ phần mol (Xi) chỉ số mol chất I chia cho tổng số mol của các chất có mặt trong dung dịch:  n nX ii 2. Pha chế dung dịch: a. Pha dung dịch chuẩn Dung dịch chuẩn là dung dịch có nồng độ đã biết chính xác. Có hai cách pha chế dung dịch chuẩn. - Cân một lư ợng chất chính xác rồi hòa tan nó trong bình định mư ùc, pha loãng dung dịch bằng nư ớc cất cho tới vạch ngấn. Biết thể tích dung dịch và khối lư ợng chất tan, tính đư ợc nồng độ dung dịch. Nồng độ dung dịch chuẩn trong phân tích thể tích thư ờng dùng nồng độ đư ơng lư ợng. Việc pha chế theo cách trên chỉ thư ïc hiện khi chất pha chế phải tinh khiết về mặt hóa học, thành phần của chất phải ư ùng đúng với công thư ùc nghĩa là phải bền khi ở dạng rắn và trong dung dịch. Chất thỏa mãn các yêu cầu đó gọi là chất gốc. - Nếu không có chất gốc, trư ớc hết pha dung dịch có nồng độ gần đúng, sau đó dùng dung dịch chất gốc để xác định lại nồng độ dung dịch vư øa pha. Ví dụ, dùng dung dịch axit oxalic (H2C2O4.2H2O) chuẩn để xác định lại nồng độ dung dịch NaOH. Để tiện dùng trong các phòng thí nghiệm thư ờng dùng “chất tiêu chuẩn”. Như õng chất đó là lư ợng của như õng chất rắn khác nhau đư ợc cân chính xác hoặc là như õng thể tích của các dung dịch chuẩn độ đư ợc đo chính xác cần thiết để pha một lít 0,1N đều đư ợc bỏ vào ống thủy tinh nhỏ hàn kín (1), trên ống có hai chỗ thủy tinh lõm, ở đó thành Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa đại cương 23 ống rất mỏng (gọi là fixanal). Tiến hành pha chế dung dịch chuẩn độ bằng” chất tiêu chuẩn” như sau: Lau sạch chỗ thủy tinh mỏng ở một đầu. Lấy đũa thủy tinh nhọn (3) chọc thủng đầu mỏng, lộn ngư ợc ống hư ùng trên một phễu (2) đặt vào bình định mư ùc. Sau đó chọc thủng chỗ lõm thư ù hai. Cho dần lư ợng hóa chất hoặc lư ợng dung dịch trong ống đó vào bình định mư ùc 1l rồi hòa tan và pha loãng dung dịch thu đư ợc bằng nư ớc cất đến vạch ngấn. b. Pha chế dung dịch tư ø dung dịch có nồng độ khác Pha loãng dung dịch: Là thêm nư ớc cất vào để dung dịch có nồng độ nhỏ hơn. Gọi C1, C2 và V1, V2, là nồng độ và thể tích dung dịch trư ớc và sau khi pha loãng, vì lư ợng chất tan không đổi nên C1V1 = C2V2, gọi Vn là thể tích nư ớc dùng pha loãng thì: V2 = V1+Vn và biểu thư ùc trên có dạng: C1V1 = (V1+Vn).C2 (1) Ví dụ: cần thêm bao nhiêu ml nư ớc vào 500ml dung dịch axit HCl 0,122N để có dung dịch axit HCl 0,100N. Theo biểu thư ùc (1): 0,122.500 = 0,100.(500+Vn) Vn = 110ml Pha trộn dung dịch: Giả sư û trộn V1 ml dung dịch chất A có nồng độ C1 với V2 ml dung dịch có nồng độ C2 thu đư ợc Vml = V1+V2 dung dịch chất A có nồng độ C, và biểu thư ùc trên có dạng: C1V1+ C2V2 = CV (2) Ví dụ: Cần thêm bao nhiêu ml dung dịch HCl đặc 12N vào 200ml dung dịch HCl 0,8N để có dung dịch HCl 1N. Theo biểu thư ùc (2): 12V1+200.0,8 = 1(V1 + 200) V1 = 3,63ml HCl đặc 12N. 3. Xác định nồng độ dung dịch: a. Xác định nồng độ dung dịch bằng phù kế Tỷ khối của dung dịch thay đổi theo nồng độ, nếu biết nồng độ của dung dịch có thể suy ra tỷ khối và ngư ợc lại, dư ïa vào bản tỷ khối có sẵn. Tỷ khối thư ờng đư ợc xác định bằng phù kế. Phù kế là dụng cụ riêng để đo nhanh tỷ khối của chất lỏng, là một phao rỗng bằng thủy tinh. Phần trên có bảng chia độ tư ơng ư ùng với các giá trị của tỷ khối đã đư ợc hiệu chuẩn ở nhiệt độ xác định có giá trị trong bảng, phần dư ới bầu chư ùa đầy hạt bi bằng chì giư õ cho phù kế ở vị trí đư ùng thẳng khi nhúng vào dung dịch. Thư ờng phù kế đư ợc dùng để đo tỷ khối trong khoảng 0,2 – 0,4 đơn vị. Ví dụ, có phù kế chia độ tư ø 1,000 – 1,200 hoặc 1,400; tư ø 1,400 -1,600 nên thư ờng dùng một bộ gồm nhiều phù kế khác nhau để đo tỷ khối trong một khoảng rộng. Cách xác định nồng độ bằng phù kế. Đổ chất lỏng nghiên cư ùu vào bình có dạng như ống đong như không chia độ có thể tích khoảng 500ml đã làm khô. Mư ùc chất lỏng phải thấp hơn miệng bình. Thả phù kế sạch và khô vào chất lỏng. Phù kế phải ở giư õa bình không đư ợc chạm vào thành bình Để mắt trên cùng một mặt phẳng và mư ïc chất lỏng, đọc giá trị tỷ khối theo vạch của thang chia độ khớp với bề mặt chất lỏng. Biết đư ợc tỷ khối tra bảng sẽ có nồng độ của dung dịch. Trong trư ờng hợp giá trị tỷ khối tìm đư ợc tư ø thư ïc nghiệm không có trong bảng tính thì tính nồng độ theo phép nội suy. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa đại cương 24 b. Xác định nồng độ của dung dịch bằng phư ơng pháp chuẩn độ Chuẩn độ là phư ơng pháp xác định nồng độ chư a biết của một dung dịch theo nồng độ đã biết của một dung dịch khác bằng cách đo thể tích của các dung dịch tư ơng tác. Vì các chất phản ư ùng với nhau theo đư ơng lư ợng nên nồng độ của các dung dịch trong phép chuẩn độ thư ờng dùng là nồng độ đư ơng lư ợng. Nồng độ của các dung dịch tư ơng tác tỉ lệ nghịch với thể tích của chúng. A B B A N N V V  - A: chất đã biết nồng độ - B: chất cần xác định nồng độ Nếu xác định đư ợc thể tích VA,VB trong quá trình chuẩn độ, biết NA sẽ tìm đư ợc NB. Thời điểm chất A thêm vào vư øa đủ tác dụng hoàn toàn với chất B gọi làđiểm tương đương. Thời điểm có thể quan sát đư ợc sư ï thay đổi của các chất chỉ thị, kết tủa suất hiện... gọi làđiểm kết thúc. Hiển nhiên là điểm tư ơng đư ơng và điểm kết thúc càng gần nhau thì phép chuẩn độ càng chính xác. Như õng chất gây ra hiện tư ợng màu sắc thay đổi, kết tủa xuất hiện gọi là chất chỉ thị. Phư ơng pháp chuẩn độ đư ợc áp dụng cho nhiều loại phản ư ùng: phản ư ùng trung hòa, phản ư ùng oxi hóa-khư û, phản ư ùng tạo kết tủa, phản ư ùng tạo phư ùc III. DỤNG CỤ - HÓA CHẤT - Bình định mư ùc 250ml, 100ml - Pipet 10ml. - Buret 25ml - Bình hình nón 100ml, phễu. - Phù kế, ống hình trụ đo tỷ khối - Dung dịch HCl 2N - Dung dịch HCl 17% - Dung dịch H2C2O4.2H2O 0,1N - Dung dịch KMnO4 0,1N - NaOH 0,1N (pha tư ø fixanan) - Dung dịch H2SO4 2N - Tinh thể NaCl - Phenolphtalein IV. THỰC HÀNH 1. Thí nghiệm 1: Pha dung dịch chất rắn trong nước - Pha 250ml dung dịch NaCl 10% - Tìm tỷ khối của dung dịch cần pha trong bảng tỷ khối để tính số gam cần lấy. Dùng mặt kính đồng hồ cân lư ợng muối đến độ chính xác 0,01g, đặt phễu thủy tinh trên bình định mư ùc 250ml, đổ toàn bộ muối lên phễu. Rư ûa phễu thủy tinh và mặt kính đồng hồ bằng bình cầu tia. Thêm nư ớc khoảng nư ûa bình, lắc tròn đến khi hòa tan hoàn toàn muối NaCl. Tiếp tục cho thêm nư ớc gần đến ngấn, dùng pipet nhỏ tư øng giọt đến khi vòm khum của dung dịch trùng với ngấn. Đậy bình, giư õ chặt nút, lắc ngư ợc bình vài lần. - Dùng phù kế kiểm tra lại nồng độ của dung dịch. 2. Thí nghiệm 2: Pha dung dịch có nồng độ nguyên chuẩn Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa đại cương 25 - Pha 100ml dung dịch axit HCl có nồng độ 0,1N tư ø dung dịch HCl 17% của phòng thí nghiệm. - Tra bảng tỷ khối để tìm tỷ khối dung dịch HCl 17%; tính thể tích dung dịch HCl 17% cần thiết để pha trong bình định mư ùc 100ml (giư õ để tiến hành thí nghiệm 6). 3. Thí nghiệm 3: Pha dung dịch từ 2 dung dịch có nồng độ khác nhau. Pha 250ml dung dịch NaCl 7% tư ø dung dịch NaCl 10% (vư øa pha ở thí nghiệm 1) và dung NaCl 5% (phòng thí nghiệm pha sẵn). Có 2 cách pha: - Pha thêm nư ớc vào dung dịch NaCl 10%. - Pha sơ đồ đư ờng chéo: Tỷ lệ 7/3 và tỷ lệ khối lư ợng của 2 dung dịch cần dùng (dung dịch NaCl 10% và nư ớc cất) tra bảng tỷ khối để tìm tỷ khối 3 dung dịch trên, sau đó tính thể tích dung dịch 10% và nư ớc cần thiết để pha 250ml dung dịch 7%. Đo thể tích dung dịch cần dùng, đổ vào cốc trộn lẫn và khuấy đều. Pha thêm dung dịch 5% vào dung dịch 10% (cũng tính và tiến hành cách pha như trên). Kiểm tra nồng độ dung dịch bằng phù kế. So sánh với giá trị trong bảng tỷ khối . 4. Thí nghiệm 4: Pha loãng dung dịch - Pha 100ml KMnO4 0,01N tư ø dung dịch KMnO4 0,1N (phòng thí nghiệm pha sẵn). - Dư ïa vào biểu thư ùc (1) tính thể tích KMnO4 0,1N cần lấy để pha trong bình định mư ùc 100ml. (giư õ lại để tiến hành thí nghiệm 7). 5. Thí nghiệm 5: Xác định nồng độ dung dịch bằng phù kế - Lấy dung dịch HCl 2N (đã pha sẵn trong phòng thí nghiệm) đổ vào ống đong có thể tích khoảng 500ml. - Dùng phù kế đo tỷ khối của dung dịch với độ chính xác ±0,005. - Đối chiếu bảng tỷ khối để tìm nồng độ % của dung dịch axit trên. Sau đó tính ra nồng độ đư ơng lư ợng. 6. Thí nghiệm 6: Xác định nồng độ bằng phương pháp chuẩn độ trung hòa - Kiểm tra nồng độ dung dịch HCl pha ở thí ngiệm 2. - Để xác định nồng độ dung dịch HCl, dùng dung dịch chuẩn NaOH 0,1N (pha tư ø fixanan). - Dư ïa vào phản ư ùng trung hòa:  HCl + NaOH = NaCl + H2O - Dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị. - Cách tiến hành: Dùng pipet lấy 20ml dung dịch HCl (pha ở thí nghiệm 2) cho vào bình hình nón 100ml. Nhỏ 2 – 3 giọt phenolphtalein. Đổ dung dịch chuẩn NaOH 0,1N vào buret 25ml cao hơn vạch số 0 khoảng 2ml sau đó mở khóa cho dung dịch chảy xuống tư ø tư ø đến khi vòm khum của dung dịch trùng với vạch số 0 thì khóa lại (không để bọt khí còn lại trong buret). Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa đại cương 26 - Để xác định chính xác thời điểm kết thúc phản ư ùng cần chuẩn bị sẵn dung dịch mẫu bằng cách lấy một bình nón đư ïng 20ml nư ớc cất, cho thêm 2 – 3 giọt phenolphtalein và một giọt dung dịch chuẩn NaOH 0,1N, dung dịch sẽ có màu hồng nhạt. - Đặt bình hình nón chư ùa dung dịch axit dư ới buret và lót dư ới bình một tờ giấy trắng. Tay trái mở tư ø tư ø khóa buret, nhỏ tư øng giọt dung dịch NaOH xuống bình hình nón. Tay phải không ngư øng lắc nhẹ bình theo vòng tròn. Khi nào dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt bền trong 5 giây như dung dịch mẫu thì ngư øng. Ghi thể tích dung dịch NaOH đã dùng. Tiến hành chuẩn độ 3 lần. Sai khác giư õa các lần không quá 0,1ml. Lấy giá trị trung bình tư ø đó suy ra nồng độ dung dịch HCl. Chú ý: Nếu không có NaOH 0.1N pha tư ø fixanan thì pha dung dịch NaOH có nồng độ gần đúng 0,1N, sau đó pha dung dịch chuẩn H2C2O4.2H2O có nồng độ chính xác 0.1N theo phư ơng pháp cân rồi dùng dung dịch chuẩn đó để xác định nồng độ NaOH chính xác bằng phư ơng pháp chuẩn độ (dùng phenolphtalein làm chỉ thị). 7. Thí nghiệm 7: Xác định nồng độ bằng phương pháp chuẩn độ oxi hóa – khử - Kiểm tra nồng độ của dung dịch KMnO4 pha ở thí ngiệm 4. - Để xác định nồng độ dung dịch KMnO4 dùng dung dịch chuẩn là H2C2O4.2H2O dư ïa trên phản ư ùng oxi hóa – khư û sau: 5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 10 CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O Cách tiến hành: Dùng pipet lấy 10ml dung dịch H2C2O4.2H2O 0,1N đã pha sẵn ở phòng thí ngiệm vào bình hình nón, thêm 1ml H2SO4 2N, đun nóng 70 đến 80oC (không đư ợc đun sôi). Cho đầy dung dịch KMnO4 vư øa pha ở thí nghiệm 4 vào buret và điều chỉnh điểm 0. Nhỏ tư øng giọt KMnO4 cần xác định ở trên vào dung dịch H2C2O4 đã axit hóa, lắc đều dung dịch tới khi dung dịch có màu hồng nhạt bền khoảng 1 phút. Chuẩn độ 3 lần, lấy kết quả trung bình, tính nồng độ chính xác của dung dịch KMnO4. V. CÂU HỎI 1. Phải dùng bao nhiêu gam tinh thể hexahidrat của Canxi clorua để điều chế 200ml dung dịch Canxi clorua 30% (d = 1.282). Nồng độ mol dung dịch Canxi clorua, Ca2+, Cl- bằng bao nhiêu? 2. Trong phòng thí nghiệm sẵn có nư ớc cất, các dung dịch Canxi clorua 20% (d = 1,77) và dung dịch 40% (d = 1,396). Tìm cách pha dung dịch nói trên bằng 2 phư ơng pháp đơn giản, khác nhau. 3. Khi trung hòa 50 ml dung dịch axit clohidric 0,1M bằng 50 ml dung dịch Natrihidroxit 0,1M. tính pH của dung dịch: - Trư ớc khi cho NaOH - Khi trung hòa ½ lư ợng axit. - Tại điểm tư ơng đư ơng. Vì sao lại chọn Phenolphtalein làm chất chỉ thị. Có thể dùng metyl da cam đư ợc không? 4. Trình bày cơ sở khoa học của phư ơng pháp xác định nồng độ dung dịch bằng phù kế?