PDF Giáo trình Hóa phân tích, dùng cho sinh viên chuyên Hóa, Bùi Thị Yêu Ly

Giáo trình Hóa phân tích, dùng cho sinh viên chuyên Hóa, Bùi Thị Yêu Ly
342 trang

 

MỤC LỤC
CHƯƠNG I. ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA PHÂN TÍCH .......................... 13
1.1. ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ CỦA PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG .... 13
1.2. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH
LƯỢNG ................................................................................................... 14
1.2.1. Phân loại theo bản chất của phương pháp ................................. 14
1.2.2. Phân loại theo lượng mẫu phân tích hay kỹ thuật phân tích ..... 15
1.3. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CỦA MỘT QUY TRÌNH PHÂN
TÍCH ........................................................................................................ 16
1.3.1. Xác định đối tượng - Mẫu thử ................................................... 16
1.3.2. Lựa chọn phương pháp ............................................................. 16
1.3.3. Lấy mẫu thử và bảo quản mẫu .................................................. 16
1.3.4. Xử lý mẫu thử - Tiến hành đo các chất phân tích ..................... 17
1.3.5. Tính toán – xử lý kết quả phân tích .......................................... 17
1.4. HÓA PHÂN TÍCH LIÊN QUAN TỚI CÁC NGÀNH KHOA
HỌC KHÁC ............................................................................................. 18
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ........................................................................ 19
CHƯƠNG II. NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH ............................................. 20
2.1. ĐỊNH NGHĨA DUNG DỊCH ........................................................... 20
2.2. CÁC CÁCH BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ .............................................. 20
2.2.1. Nồng độ mol ............................................................................. 21
2.2.2. Nồng độ phần trăm khối lượng ................................................. 22
2.2.3. Nồng độ phần thể tích ............................................................... 23
2.2.4. Nồng độ đương lượng ............................................................... 23
2.2.5. Độ chuẩn (titre) ......................................................................... 28
2.3. TÍNH TOÁN VỀ NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH .................................... 30
2.3.1. Bài toán về pha dung dịch ......................................................... 30
2.3.2. Bài toán về chuyển đổi nồng độ ................................................ 31
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ........................................................................ 34
6
CHƯƠNG III. XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM TRONG
PHÂN TÍCH ........................................................................................... 36
3.1. CHỮ SỐ CÓ NGHĨA VÀ LÀM TRÒN SỐ .................................... 37
3.1.1. Chữ số có nghĩa trong số đo trực tiếp ....................................... 37
3.1.2. Chữ số có nghĩa trong số đo gián tiếp ....................................... 39
3.1.3. Cách làm tròn số ....................................................................... 41
3.2. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA .................................................................. 41
3.2.1. Trung bình và trung vị .............................................................. 41
3.2.2. Độ chính xác ............................................................................. 43
3.2.3. Sai số tuyệt đối .......................................................................... 44
3.2.4. Sai số tương đối ........................................................................ 44
3.3. CÁC LOẠI SAI SỐ TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG ........... 45
3.3.1. Sai số hệ thống .......................................................................... 45
3.3.2. Sai số ngẫu nhiên ...................................................................... 47
3.3.3. Sai số thô ................................................................................... 48
3.4. ĐỊNH LUẬT PHÂN BỐ GAUSSIAN ............................................. 48
3.4.1. Hàm phân bố Gaussian ........................................................... 458
3.4.2. Diện tích của đường Gaussian - xác suất tin cậy p ................... 51
3.5. CÁC ĐẠI LƯỢNG THỐNG KÊ ĐẶC TRƯNG CHO ĐỘ
PHÂN TÁN ............................................................................................. 52
3.6. ƯỚC LƯỢNG σ KHI PHÂN TÍCH ĐẠI TRÀ ................................ 54
3.7. QUY LUẬT LAN TRUYỀN SAI SỐ NGẪU NHIÊN .................... 57
3.8. XỬ LÝ THỐNG KÊ CÁC DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM ................. 60
3.8.1. Loại bỏ dữ liệu ngoại lai ......................................................... 631
3.8.2. Giới hạn tin cậy ......................................................................... 63
3.8.3. Xác định sai số hệ thống của phương pháp ............................... 65
3.8.4. So sánh độ chính xác của hai kết quả thực nghiệm - Chuẩn F ...... 67
3.8.5. So sánh hai giá trị trung bình .................................................... 68
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ........................................................................ 72
7
CHƯƠNG IV. CÂN BẰNG HÓA HỌC ............................................. 76
4.1. BIỂU THỨC HẰNG SỐ CÂN BẰNG ............................................ 76
4.2. HOẠT ĐỘ VÀ HỆ SỐ HOẠT ĐỘ .................................................. 77
4.3. CÂN BẰNG ACID – BASE TRONG NƯỚC ................................. 80
4.3.1. Khái niệm acid – base ............................................................... 80
4.3.2. Sự phân ly của H2O ................................................................... 81
4.3.3. Hằng số cân bằng của cặp acid – base liên hợp ........................ 83
4.3.4. Các bước tiến hành giải bài toán cân bằng ion ......................... 84
4.3.5. Điều kiện proton ....................................................................... 88
4.3.6. Cân bằng trong các dung dịch đơn acid và đơn base ................ 90
4.3.7. Cân bằng trong dung dịch có cặp acid – base liên hợp ............. 95
4.3.8. Cân bằng của dung dịch hai acid (hoặc hai base) ..................... 99
4.3.9. Cân bằng trong các dung dịch đa acid .................................... 104
4.3.10. Cân bằng trong các dung dịch đa base .................................. 107
4.3.11. Cân bằng trong các dung dịch muối acid .............................. 108
4.3.12. Dung dịch đệm ...................................................................... 111
4.4. CÂN BẰNG TẠO PHỨC CHẤT ................................................... 119
4.4.1. Định nghĩa ............................................................................... 119
4.4.2. Hằng số cân bằng tạo phức ..................................................... 120
4.4.3. Phần số mol cho acid – base đa chức ...................................... 122
4.4.4. Phần số mol của phức thứ i: αi ................................................ 123
4.4.5. Hằng số cân bằng biểu kiến .................................................... 125
4.4.6. Phức chất của kim loại với EDTA .......................................... 127
4.5. CÂN BẰNG OXY HÓA KHỬ ...................................................... 138
4.5.1. Khái niệm phản ứng oxy hóa khử - Cặp oxy hóa khử ............ 138
4.5.2. Thế oxy hóa – khử .................................................................. 139
4.5.3. Đo thế oxy hóa – khử .............................................................. 142
4.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng – Thế biểu kiến ................................... 143
4.5.5. Hằng số cân bằng phản ứng oxy hóa khử ............................... 149
4.5.6. Đặc điểm của phản ứng oxy hóa khử ...................................... 151
8
4.6. CÂN BẰNG HÒA TAN KẾT TỦA ............................................... 152
4.6.1. Quy tắc tích số tan ................................................................... 152
4.6.2. Tính độ tan từ tích số tan ........................................................ 153
4.6.3. Sự kết tủa hoàn toàn ................................................................ 154
4.6.4. Sự hình thành kết tủa .............................................................. 157
4.6.5. Keo và pepty hóa .................................................................... 159
4.6.6. Sự nhiễm bẩn kết tủa ............................................................... 160
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ...................................................................... 164
CHƯƠNG V. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG ..... 170
5.1. NỘI DUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG ... 170
5.2. PHÂN LOẠI - NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP ............... 171
5.2.1. Phương pháp tách .................................................................... 171
5.2.2. Phương pháp chưng cất ........................................................... 171
5.2.3. Phương pháp kết tủa ................................................................ 172
5.3. CÁC THAO TÁC CƠ BẢN ĐỂ TIẾN HÀNH PHÂN TÍCH
THEO PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA ...................................................... 173
5.3.1. Hòa tan mẫu phân tích ............................................................ 173
5.3.2. Kết tủa ..................................................................................... 174
5.3.3. Lọc kết tủa ............................................................................... 177
5.3.4. Rửa kết tủa .............................................................................. 178
5.3.5. Sấy và nung kết tủa ................................................................. 180
5.3.6. Cân .......................................................................................... 180
5.4. CÁC PHÉP TÍNH TOÁN TRONG PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG ... 181
5.5. PHẠM VI SỬ DỤNG ..................................................................... 183
5.6. ỨNG DỤNG ................................................................................... 183
5.6.1. Định độ ẩm, nước kết tinh, chất dễ bay hơi và độ tro ............. 183
5.6.2. Định lượng bằng cách tạo kết tủa ........................................... 184
5.7. ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG ....... 185
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ...................................................................... 187
9
CHƯƠNG VI. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH ........... 189
6.1. NGUYÊN TẮC VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM ................................. 189
6.1.1. Nguyên tắc .............................................................................. 189
6.1.2. Các khái niệm ......................................................................... 190
6.1.3. Yêu cầu của phản ứng hóa học dùng trong chuẩn độ ............. 193
6.2. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH ... 194
6.2.1. Phương pháp acid base............................................................ 194
6.2.2. Phương pháp oxy hóa khử ...................................................... 194
6.2.3. Phương pháp chuẩn độ tạo phức ............................................. 194
6.2.4. Phương pháp chuẩn độ kết tủa ................................................ 195
6.3. KỸ THUẬT CHUẨN ĐỘ .............................................................. 195
6.3.1. Kỹ thuật chuẩn độ trực tiếp ..................................................... 195
6.3.2. Kỹ thuật chuẩn độ ngược hay chuẩn độ thừa trừ .................... 195
6.3.3. Kỹ thuật chuẩn độ thế ............................................................. 197
6.4. CÁCH TÍNH KẾT QUẢ TRONG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN
ĐỘ .......................................................................................................... 197
6.4.1. Quy tắc chung ......................................................................... 197
6.4.2. Tính kết quả theo nồng độ đương lượng thuốc thử ................. 197
6.4.3. Hệ số hiệu chỉnh ...................................................................... 199
6.5. CÁCH PHA CHẾ DUNG DỊCH CHUẨN ..................................... 200
6.5.1. Pha chế dung dịch gốc ............................................................ 200
6.5.3. Dung dịch chuẩn ..................................................................... 201
6.5.4. Pha loãng dung dịch chuẩn ..................................................... 201
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ...................................................................... 202
CHƯƠNG VII. PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID - BASE ...... 204
7.1. BẢN CHẤT, NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP TRUNG
HÒA ....................................................................................................... 204
7.2. CHỈ THỊ TRONG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID BASE .. 205
7.2.1. Khái niệm ................................................................................ 205
10
7.2.2. Lý thuyết về sự đổi màu của chỉ thị ........................................ 205
7.2.3. Khoảng pH chuyển màu của chỉ thị acid – base ..................... 208
7.2.4. Chỉ số chuẩn độ pT của chất chỉ thị ........................................ 209
7.2.5. Nguyên tắc chọn chỉ thị .......................................................... 211
7.3. CÁCH XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG ............................... 212
7.4. NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ ACIDBASE
..................................................................................................... 212
7.5. CÁC TRƯỜNG HỢP CHUẨN ĐỘ ............................................... 213
7.5.1. Chuẩn độ dung dịch acid mạnh bằng base mạnh hay
ngược lại .................................................................................. 213
7.5.2. Sai số chuẩn độ ....................................................................... 218
7.5.3. Định phân acid yếu bằng base mạnh hay ngược lại ................ 219
7.5.4. Định phân base yếu bằng acid mạnh hay ngược lại ................ 224
7.5.5. Định lượng một acid yếu bằng một base yếu hay ngược lại ... 227
7.5.6. Điều kiện định phân riêng biệt một acid (hay base) trong
hỗn hợp hai acid (hay base) ..................................................... 227
7.5.7. Định phân một đa acid ............................................................ 228
7.5.8. Định lượng một đa base .......................................................... 231
7.5.9. Chuẩn độ hỗn hợp các đơn acid và đơn base .......................... 234
7.6. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ACID
BASE ..................................................................................................... 234
7.6.1. Điều chế dung dịch tiêu chuẩn các acid base .......................... 235
7.6.2. Xác định một số nguyên tố ..................................................... 236
7.6.3. Định lượng các hợp chất vô cơ ............................................... 237
7.6.4. Định lượng các nhóm chức hữu cơ ......................................... 238
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ...................................................................... 240
CHƯƠNG VIII. PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC ....... 246
8.1. ĐƯỜNG BIỂU DIỄN CHUẨN ĐỘ BẰNG EDTA ....................... 246
8.1.1. Trường hợp không ảnh hưởng quá trình tạo phức phụ ........... 246
8.1.2. Đường cong chuẩn độ trong sự ảnh hưởng của ammonia ...... 249
11
8.1.3. Chất chỉ thị cho chuẩn độ EDTA ............................................ 252
8.2. CÁC KỸ THUẬT CHUẨN ĐỘ BẰNG DUNG DỊCH EDTA ..... 255
8.2.1. Phương pháp chuẩn độ trực tiếp ............................................. 255
8.2.2. Chuẩn độ ngược (thừa trừ) ...................................................... 255
8.2.3. Chuẩn độ thế ........................................................................... 256
8.2.4. Chuẩn độ gián tiếp .................................................................. 256
8.3. CÁC CÁCH CHUẨN ĐỘ KHÁC .................................................. 256
8.3.1. Chuẩn độ với chỉ thị acid base ................................................ 256
8.3.2. Chuẩn độ chỉ thị oxy hóa khử ................................................. 257
8.4. ỨNG DỤNG CỦA CHUẨN ĐỘ COMPLEXON.......................... 257
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ...................................................................... 259
CHƯƠNG IX. PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA .............. 261
9.1. BẢN CHẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA ..... 261
9.2. ĐƯỜNG CHUẨN ĐỘ .................................................................... 262
9.2.1. Xây dựng đường cong định phân ............................................ 263
9.2.2. Nhận xét .................................................................................. 265
9.3. CHUẨN ĐỘ HỖN HỢP ................................................................. 266
9.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG .... 267
9.4.1. Phương pháp Mohr ................................................................. 268
9.4.2. Phương pháp Volhard ............................................................. 270
9.4.3. Phương pháp Fajans (phương pháp dùng chỉ thị hấp phụ) ..... 272
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ...................................................................... 275
CHƯƠNG X. CHUẨN ĐỘ OXY HÓA – KHỬ ................................ 278
10.1. CHUẨN ĐỘ OXY HÓA – KHỬ ................................................. 278
10.1.1. Nguyên tắc ............................................................................ 278
10.1.2. Đường chuẩn độ của phương pháp oxy hóa – khử ............... 279
10.1.3. Chỉ thị sử dụng trong phản ứng oxy hóa – khử ..................... 286
10.2. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ OXY HÓA
- KHỬ .................................................................................................... 289
12
10.2.1. Phương pháp pemanganate ................................................... 290
10.2.2. Phương pháp iod ................................................................... 293
10.2.3. Phương pháp dicromate. ....................................................... 295
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ...................................................................... 298
ĐÁP SỐ BÀI TẬP ................................................................................ 302
PHỤ LỤC ............................................................................................. 317
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 338