HHÓÓA PHA PHÂN TÂN TÍÍCHCH(Analytical Chemistry)(Analytical Chemistry)

Năm học 2008-2009Học Kỳ 2

Ts. Phạm Trần Nguyên Nguyênptnnguyen@hcmus.edu.vn

(Dành cho sinh viên Khoa Hóa , Đại Học Lạc Hồng)

2

THÔNG TIN TTHÔNG TIN TỔỔNG QUNG QUÁÁTT

• Thời lượng: 48 tiết• Giờ dạy: tiết 1-4 (7:30 – 11:00)• Địa điểm: ĐH Lạc Hồng• Ngày: Thứ Năm, thứ Bảy

23/04 – 30/05• Bài giảng:

Tài liệu bài giảng PowerPoint chỉ gồm những điểmchính của bài học

SINH VIÊN CẦN TỰ GHI CHÉP THÊM CHO MÌNH

3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Cơ sở hóa học phân tíchA.P.kreskov, nhà xuất bản đại học và giáo dục chuyên

nghiệp Hà Nội, 1990.

• Phân tích định lượngNguyễn thị Thu Vân, nhà xuất bản ĐH Quốc Gia Tp.

HCM, 2004.

4

MMỤỤC TIÊUC TIÊU

Cung cấp kiến thức cơ bản, cơ sở lý thuyết về:phân tích định tínhphân tích định lượngnồng độ dung dịch điện lysự cân bằng trong dung dịch điện lykỹ thuật phân tích thể tíchkỹ thuật phân tích trọng lượng

Analytical Chemistry PTNNguyen-HCMUS 5

NNỘỘI DUNG MÔN HI DUNG MÔN HỌỌCCChương 1: Nhập môn hóa phân tíchChương 2: Cân bằng hóa họcChương 3: Kỷ thuật phân tích thể tích (pp chuẩn độ)Chương 4: Cân bằng acid – base và chuẩn độChương 5: Phản ứng tạo phức & chuẩn độChương 6: Phân tích trọng lượng & cân bằng tủaChương 7: Phản ứng tạo tủa & chuẩn độChương 8: Pin điện hóa & thế điện cựcChương 9: Phản ứng Oxy hóa khử & chuẩn độ điện thế

Analytical Chemistry/ I. Introduction PTNNguyen-HCMUS 6

ChChươngương 11NHNHẬẬP MÔN HP MÔN HÓÓA PHÂN TA PHÂN TÍÍCHCH

I.1 Hoá phân tích?I.2 Phân tích định tính? Phân tích định lượng?I.3 Các giai đoạn trong phân tích hóa họcI.4 Một số kiến thức cơ bản cần cho hóa phân tích

A. Chữ số - đơn vị trong hóa học phân tíchB. Dụng cụ đo lường cơ bản trong hóa phân tíchC. Một số phản ứng hóa học dùng trong hóa phân tíchD. Dung dịch-nồng độ dung dịchE. Pha chế dung dịch

1.5 Bài tập

7

“Every aspect of our world today ..Every aspect of our world today ..even politics and international relations ..even politics and international relations ..Is affected by chemistryIs affected by chemistry””

--LinusLinus PaulingPauling--

I.1 I.1 HHóóaa phânphân ttííchch??

Hóa học?khoakhoa hhọọcc khkhảảoo ssáátt::Các tính chất, thànhphần, cấu trúc của vậtchất.Các biến đổi về tínhchất, thành phần, cấutrúc của vật chất cùngcác thay đổi nănglượng kèm theo cácbiến đổi ấy.

8

Hóa học(Chemistry)

VôVô cơcơ(Inorganic)(Inorganic)

HHữữuu cơcơ(Organic)(Organic)

HHóóaa sinhsinh(Biochemical)(Biochemical)

HHóóaa lýlý(Physical)(Physical)

PhânPhân ttííchch(Analytical)(Analytical)

PhânPhân ttííchch sinhsinh hhọọcc((BioanalyticalBioanalytical))

CơCơ kimkim((OrganometallicOrganometallic))

Các ngành hóa học?

9

Analytical Chemistry? “Science of Chemical Measurements”

“Everything is made of chemicals. Analytical chemists determine

WHAT and HOW MUCH”

• Dược phẩm• Thực phẩm• Môi trường• Nông nghiệp• Công nghiệp• …• ….

10

• Hàm lượng chất X trong mẫu là bao nhiêu?• Mẫu chứa chất X không?• Nhận danh cấu trúc của X?• Làm cách nào tách được X ra khỏi mẫu?

Hóa phân tích là bộ môn của ngành hóa học nghiêncứu về thành phần cấu tạo và hàm lượng các thànhphần của những mẫu khảo sát.

Hóa phân tích?

• Hóa phân tích định tính (qualitative analysis)• Hóa phân tích định lượng (quantitative analysis)

11

Qualitative analysis is what.Quantitative analysis is how much.

12

13

I. 2a Phân tích định tính(Qualitative analysis - What)

Nhận danh cation, anion, hợp chất trong mẫu bằng sự lụachọn phản ứng hóa học hay sử dụng thiết bị

Phản ứng tạo tủaNhóm I: Ag+, Hg2

2+, Pb2+

→ tạo tủa với Cl-, I-

Nhóm II: Bi3+,Cd2+, Cu2+, Hg2+, Sn4+ …. → tạo tủa với H2S ở pH=0.5

Nhóm III: Al3+,Co2+, Cr3+, Fe2+,Fe3+, Mn2+, Ni2+, Zn2+

→ tạo tủa với H2S ở pH=9

14

I. 2a Phân tích định tính(Qualitative analysis - What)

Thử nghiệm ngọn lủa

Li+ Na+ K+ Cu++

Na: lửa vàng ; K: lửa tím; Ca: lửa đỏ gach ….

15

Phản ứng tạo màu đặc trưng

soi tinh thể dưới kính hiểm vi

Phân biệt alkan hay alken: dd Br2

Tinh thể của các hợp chất khác nhau có cấu trúc tinh thểkhác nhau, đặc trưng → dùng kính hiểm vi để phân biệt

SrCrO4 với BaCrO4 ; CuSO4 với BaSO4

điều chế ngọc borax hay phosphateMột số oxyt kim loại tạo hợp chất với borax hay phosphate có màu đặc trưng dưới ngọn lửa

Cu-borax: dạng ngọc màu xanh đậmMn-borax: dạng ngọc màu tím

I. 2b Phân tích định tính(Quantitative analysis – How much)

Thành phần mẫu phân tích đã biết

Phân tính trọng lượng (gravimetric)

Phân tích thể tích (volumetric)

Phân tích điện hóa (electroanalytical)

Phân tích phổ nghiệm (spectroscopic)

Phân tích sắc ký (chromatographic)

Phân tích bằng các pp vật lý, hóa lý …

17

√

√

√

18

I. 3 Các bước trong phân tích hóa học

• Xác định vấn đềthông tin cần phân tích, mức độ cần chính xác?, kinh phí? Thời gian? Điều kiện về dụng cụ, thiết bịcho phép của phòng thí nghiệm?

• Chọn lựa kỹ thuật và phương phápLấy mẫu (sampling)Xử lý mẫuPhân tích định tínhPhân tích định lượng

• Diễn giải và trình bày kết quả thu được

I.4 Kiến thức cơ bản cần cho hóa phân tích

A. Chữ số - đơn vị đo lường trong hóa phân tích

Đơn vị đo lường

21

22

23

Chữ số có nghĩa (CSCN)

- Một mẫu cân nặng 1.759 gram → có 4 CSCN

không tin cậy (1.759 ± 0.001g)

Là con số có ý nghĩa của 1 đại lượng đã đo hay tính được.Khi CSCN được kể thì chữ số cuối cùng được hiểu làkhông tin cậy

• Chữ số khác zero đều là CSCN

• Chữ số chứa zero- 25,508: 5 CSCN- 0,06 L: 1 CSCN; 0,00093 L: 2 CSCN- 3,0 g: 2 CSCN; 2,06 ml: 3 CSCN; 4,060 m: 4CSCN

24

• Với con số chính xác: hệ số tỉ lệ trong công thức hóahọc, p.ứ hay hệ số chuyển đổi đơn vị: có vô số CSCN

1 mol CaCl2 có chính xác: 1 mol Canxi và 2 mol Clo

• Số liệu đo lường thể hiện sự không tin cậy của dụng cụhay pp đo → cần ghi đúng CSCN

1000 ml = 1L

- Cân mẫu trên cân có độ chính xác ± 0.1 mgkết quả trình bày: 1.57g 1.570g 1.5700g √

- Dùng buret có vạch chia nhỏ nhất 0,1 mlkết quả trình bày: 12.26 ml 12.260 ml√

25

• Một phép đo ~ 100, ~ 10Trình bày ở dạng khoa học: 1 x 102 :1CSCN

0.1 x 102 : 2 CSCN

• Phép đo dùng hàm logarithm: pH pH = 3.45 → 2 CSCN

• CSCN trong phép cộng và trừ45,667 + 1,2 = 46,867 làm tròn → 46,924,175 – 0,58 = 24,095 làm tròn → 24,10

24,165 – 0,58 = 24,085 làm tròn → 24,08• CSCN trong phép nhân và chia

45,667 x 1,2 = 54,8004 làm tròn → 5545,667 : 1,2 = 38,055833 làm tròn → 38

26

1. Indicate how many significant figures are in each of thefollowing numbers.

a) 903 b) 0.903 c) 1.0903d) 0.0903 e) 0.09030 f) 9.03 x102

2. Round each of the following to three significant figures.a) 0.89377 b) 0.89328c) 0.89350d) 0.8997e) 0.08907

27

3. Report results for the following calculations to the correct number of significant figures.

a. 4.591 + 0.2309 + 67.1 =

b. 313 – 273.15 =

c. 712 x 8.6 =

d. 1.43/0.026 =

e. (8.314 x 298)/96485 =

f. log(6.53 x10–5) =

g. 10–7.14 =

h. (6.51 x 10–5) (8.14 x 10–9) =

28

B Dụng cụ đo lường cơ bản trong hóa phân tích

Khối lượng

29

Thể tích

30

C Một số phản ứng hóa học dùng trong hóa phân tích

Phản ứng oxy hóa khửPhản ứng trao đổi điện tử giữa cặp oxy hóa / khử, thườngđược dùng trong hóa phân tích để:

1. Định tính:

2. Định lượng:

3. Hòa tan:

→ I2 làm giấy tẩm tinh bột hóa xanh

- 2 + 2 34 2MnO 5Fe 8H Mn + 5Fe 4H O+ + ++ + → +

3+ - 222Fe + 2 I 2Fe + I+→

3 3 2 2

2 2

3Cu HNO 3Cu(NO ) + 2NO 4H O2NO + O NO

+ → +→

Phản ứng trao đổi tiểu phân

1. Định tính:

2. Định lượng:

3. Hòa tan:

Đo pH → xác định tính acid, baz

2HCl NaOH NaCl H O+ → +

Phản ứng acid-baz

Chuẩn độ acid/baz

3 2 2 2CaCO 2HCl CaCl CO + H O+ → +

1. Định tính:

2. Tách nhóm:

3. Định lượng:

Phản ứng tạo tủa

+ -Ag I AgI+ →(vàng)

+ 2+ 22 2 2 2Ag ,Pb , Hg HCl AgCl, PbCl , Hg Cl+ + →

2 2+4 4SO Ba BaSO− + →

1. Định tính:

2. Hòa tan:

3. Định lượng:

Phản ứng tạo phức

( ) ( )33+ -Fe nSCN Fe SCNn

n

− +⎡ ⎤+ → ⎣ ⎦ (màu đỏ)

( ) + -4 3 22

AgCl + 2NH OH Ag NH + Cl + 2H O⎡ ⎤→ ⎣ ⎦

2+ 2 2- +2Ca + H Y CaY 2H− → +

lượng chất tan (solute)Nồng độ của dd = ------------------------------

lượng dung dịch (solution)

D Dung dịch (dd) và nồng độ dung dịch

- dd loãng: lượng chất tan chiếm tỉ lệ nhỏ- dd đậm đặc: lượng chất tan chiếm tỉ lệ lớn- dd bão hòa: dd chứa chất tan tối đa (ở T, P xác định)- dd quá bão hòa: lượng chất tan dư dễ dang tách ra khỏi dd

Độ tan .100mSq

=

Nồng độ khối lượng hay nồng độ g/l:C .1000Vm

=

(q: khối lượng dd)

36

Nồng độ phần trăm (part per hundred, %):

( )C% KL/KL .100m+q

m=% (khối lượng/khối lượng)

% (khối lượng/thể tích)

% (thể tích/thể tích)

( )C% KL/TT .100Vm

=

( ) xVC% TT/TT .100V

=

• Nồng độ phần ngàn (part per thousand, ‰):

• Nồng độ phần mười ngàn (part per ten thousand, ‰o):

37

• Nồng độ phần triệu (parts-per-million, ppm)

( ) 6mC ppm .10m+q

=

1 ppm = 1 g chất tan / 106 g hay 1000 kg mẫu= 1 mg chất tan / 106 mg hay 1 kg mẫu ( hay 1L, d =1)

ppb = nồng độ phần tỉ (parts-per-billion, 109)ppt = nồng độ phần ngàn của tỉ (parts-per-trillion, 1012 )

38

Nồng độ phân mol: ii

nNN

=

Nồng độ đương lượng: Nm 1000.

dlg VC =

Đương lượng của một nguyên tố X: XMdlgn

=n là hóa trị của X trong hợp chất

N2O: đương lượng của N = 14NO: “ 14/2N2O3

: “ 14/3N2O5 “ 14/5

Nồng độ mol:

Mm (g) 1000C .

M V(ml)=

Nồng độ molan:

mm (g) 1000C .

M q (g)=

39

Đương lượng của một hợp chất AB ABMdlgn

=

1. AB là chất oxy hóa - khử→ n số điện tử trao đổi ứng với 1 mol

n là số đlg tham gia p.ứ, thay đổi tùy theo p.ứ AB tham gia

4 2

2 2 7 3

- 2+4 4 KMnO 2 MnO

2- 3+2 7 2 7 K Cr O 3 CrCl

MnO 5 Mn dlg(KMnO ) M 5,dlg(MnO ) M 5

Cr O 6 2Cr dlg(K CrO ) M 6,dlg(CrCl ) M 3

e

e

+ → = =

+ → = =

2. AB là acid hay baz → n số ion H+ hay OH- trong 1 mol chất

( ) ( ) ( )

3 4

2

+ -

+ 3-

3 4 4 3 4 H PO

+ -

NaOH

2+ -

2 2

HCl

Ca OH

HCl H + Cl dlg(HCl)

H PO 3H + PO dlg(H PO ) M 3

NaOH Na + OH dlg(NaOH) M 1

Ca OH Ca + 2OH dlg(Ca OH )

M 1

M 2

→ =

→ =

→ =

→ =

40

3. AB là hợp chất ion (hay muối) → n là lượng AB có khảnăng trao đổi với 1 mol ion mang điện tích 1+ hay 1-

2

4

2 4 3

2 2 BaCl

NaCl

4 4 FeSO

2 4 3 2 4 3 Fe (SO )

BaCl dlg(BaCl ) M 2

NaCl dlg(NaCl) M 1FeSO dlg(FeSO ) M 2

Fe (SO ) dlg(Fe (SO ) ) M 6

=

=

=

=

4. AB là phức chất [MLx]n+ tạo thành bởi ion Mn+

[ ]n+M + xL ML nx

+→

→ đlg được xác định giống đlg của muối hay ion

[ ] [ ]2 22+3 3 4 3 4Cu + 4 NH Cu(NH ) dlg( Cu(NH ) )=M/2+ +→

41

E. Pha trộn dung dịch:

a

b

m -m -

c ba c

=

Qui tắc đường chéo:a (%)

b (%)c (%)

(c-b) = ma

(a-c) = mb

Liên hệ giữa một số nồng độ thông dụng:

Nm 1000.

dlg VC =

Mm (g) 1000C .

M V(ml)=

C% .100m+q

m=

( ) ( )M N

NN M M

C % .10d C % .10dC ;C

M dlgCC .C Cn hay n

= =

= =

42

E. Pha trộn dung dịch:

Dụng cụ pha chính xác:

Nồng độ dd cần pha? Độ chính xác cần thiết?→ Lựa chọn dung cụ pha thích hợp

Dụng cụ pha gần đúng:

43

Pha dung dịch từ chất rắn:

Describe how you would prepare the following three solutions:a) 500 mL of approximately 0.20 M NaOH using solid NaOH;b) 250 mL of 1.00M CuSO4 using CuSO4.5H2O

a) Pha 500mL dd NaOH, có nồng độ ~ 0.20M

→ lựa chọn dụng cụ không cần chính xác

• Cân khối lượng NaOH rắn cần dùng:

NaOH0.20 40,0m 0.5 4,0mol gL g

L mol= × × =

• Chuyển chất rắn vào trong beaker, thêm 500mL nước

44

Pha dung dịch từ chất rắn:

Describe how you would prepare the following three solutions:a) 500 mL of approximately 0.20 M NaOH using solid NaOH;b) 250 mL of 1.00M CuSO4 using CuSO4.5H2O

b) Pha 250mL dd CuSO4, có nồng độ 1.00M

→ lựa chọn dụng cụ cần chính xác

• Cân khối lượng CuSO4 rắn cần dùng:

4CuSO1.00 249.7m 0.250 62, 4mol gL g

L mol= × × =

• Chuyển chất rắn vào trong fiol 250mL, thêm nước đến vạch

45

Pha loãng dd từ dd có sẵn trong phòng lab:

→ lựa chọn dụng cụ cần chính xác

• Lấy chính xác thể tích CuSO4 1.00M cần dùng:

01.00 0.100 0.250M V M L× = ×

• Chuyển chất rắn vào trong fiol 250mL, thêm nước đến vạch

0 0 d dC V = C VDescribe how you would prepare 250 mL of 0,100 M CuSO4 solution using a stock solution of concentrated CuSO4 (1.00 M).

0 0.025V L=

46

1. A chemist is beginning to prepare 100.0 mL of a solution to be labeled "0.900% (wt/vol) sodium chloride."To prepare this solution, the chemist would (a) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container and add 100.0 mL

of water to dissolve the sodium chloride.(b) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container, add water to

dissolve the sodium chloride, and then add water to produce 100.0 mL of solution.

(c) weigh 9.00 grams of sodium chloride into a container, dissolve the sodium chloride in water, and then add water to produce 100.0 mL of solution.

• Pha dd NaCl 0.900% (g/ml):

( )C% KL/TT .100Vm

=

V = 100 ml → m = 0.900 g

47

1. A chemist is beginning to prepare 100.0 mL of a solution to be labeled "0.900% (wt/vol) sodium chloride."To prepare this solution, the chemist would

a) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container and add 100.0 mLof water to dissolve the sodium chloride.

b) weigh 0.900 grams of sodium chloride into a container, add water to dissolve the sodium chloride, and then add water to produce 100.0 mL of

solution.c) weigh 9.00 grams of sodium chloride into a container, dissolve the sodium

chloride in water, and then add water to produce 100.0 mL of solution.

• Pha dd NaCl 0.900% (g/ml):

( )C% KL/TT .100Vm

=

V = 100 ml → m = 0.900 g

48

2. A solution is prepared by dissolving 25.8 grams of magnesium chloride (MgCl2) in water to produce 250.0 mLof solution. Calculate the molarity of the chloride ion in the solution. a) 0.271 molar

b) 1.08 molar

c) 2.17 molar

2m ( ) 1000( ) 2 ( ) 2

M V( )M MgC Cl C MgCl

ml− = = i

25.8 ( ) 10002 2.17 (M)95.2 250.0 ( )

gml

= =i

49

3. The Great Salt Lake, located in the state of Utah, is approximately eight times saltier than the ocean. The salinity of the lake is said to occasionally be as high as 27 parts per thousand sodium chloride. Calculate the molarity of the sodium ion in the Great Salt Lake.

a) 4.6 x 10-4 molarb) 0.46 molarc) 1.2 molar

• dd NaCl 27‰ (g/ml): 27 g NaCl trong 1000 ml dd

• nồng độ mol của Na+:0

00. 27(g)( ) ( ) 0.4658.5M M

C dC Na C NaCl MM

+ = = = =

50

4. The ethyl alcohol content of many beers produced in the United States is 4.05% (vol/vol). If the density of ethyl alcohol at room temperature is 0.7893 grams/mL, what is the percent of ethyl alcohol in beer expressed as percent (wt/vol)?

a) 3.20% ethyl alcohol (wt/vol)b) 5.13% ethyl alcohol (wt/vol)c) 7.80% ethyl alcohol (wt/vol)

http://bblmedia.com/make_home_brew.html