Đang tải bài học…

AP Chemistry

chuẩn độ

titration

Còn gọi: phép chuẩn độ · chuẩn độ acid-base

Chuẩn độ là phương pháp xác định nồng độ chất tan bằng cách cho phản ứng vừa đủ với một dung dịch đã biết trước nồng độ.

Chuẩn độ là một quy trình thực nghiệm nhằm xác định nồng độ của một chất tan trong dung dịch chưa biết. Trong thí nghiệm này, người ta kiểm soát việc thêm từng giọt dung dịch đã biết nồng độ vào dung dịch cần phân tích bằng một dụng cụ đo thể tích chính xác gọi là buret. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi phản ứng hóa học giữa hai chất diễn ra vừa đủ, tức là đạt tới điểm tương đương (equivalence point).

Để nhận biết thời điểm phản ứng kết thúc, thí sinh thường dùng một chất chỉ thị đổi màu tại vùng tương đương, hoặc theo dõi sự biến thiên pH qua một máy đo. Lượng dung dịch đã dùng được đọc trực tiếp trên vạch chia của buret, từ đó kết hợp với phương trình hóa học cân bằng, ta tính được số mol của chất cần tìm. Nhờ đó, nồng độ ban đầu của dung dịch chưa biết được xác định một cách chính xác thông qua hệ thức $C_AV_A = C_BV_B$ đối với phản ứng có tỉ lệ mol một một. Công thức này cho thấy tích của nồng độ và thể tích dung dịch này bằng tích của nồng độ và thể tích dung dịch kia khi chúng vừa đủ để phản ứng hoàn toàn.

Tuy nhiên, điểm cuối (end point) mà chỉ thị đổi màu không phải lúc nào cũng trùng khớp hoàn toàn với điểm tương đương về mặt lý thuyết. Vì vậy, việc lựa chọn chất chỉ thị có khoảng đổi màu nằm gọn trong đoạn nhảy pH là yếu tố then chốt để giảm thiểu sai số thí nghiệm. Ngược lại, nếu chọn sai chỉ thị, màu sẽ chuyển quá sớm hoặc quá muộn, kéo theo kết quả tính toán nồng độ bị lệch đáng kể so với giá trị thực tế. Do đó, hiểu rõ bản chất của đồ thị chuẩn độ giúp thí sinh dự đoán chính xác chất chỉ thị nào là tối ưu cho từng cặp axit và bazơ cụ thể.

Ký hiệu

C_A, V_A, C_B, V_B

Đơn vịNồng độ: mol/L; Thể tích: L hoặc mL

Trực giác: Giống như bạn dùng những quả cân đã biết khối lượng đặt lên một bên đĩa cân cho đến khi đĩa cân thăng bằng với một vật bí ẩn ở bên kia, từ đó suy ra khối lượng vật đó, chuẩn độ cho phép ta thêm dần dung dịch đã biết nồng độ vào dung dịch chưa biết nồng độ cho đến khi phản ứng vừa đủ, rồi suy ra nồng độ ẩn.

Công thức

\htmlClass{fp-4}{\htmlClass{fp-1}{\frac{\htmlClass{fp-0}{M_A V_A}}{a}}=\htmlClass{fp-3}{\frac{\htmlClass{fp-2}{M_B V_B}}{b}}}

Dùng tại điểm tương đương của phản ứng chuẩn độ để tìm nồng độ hoặc thể tích chưa biết khi đã biết các đại lượng còn lại và hệ số tỉ lượng trong phương trình cân bằng.

Trong đó

M_A

Nồng độ chất cần xác định (chất A) — M

V_A

Thể tích dung dịch chất A — L

M_B

Nồng độ dung dịch chuẩn (chất B, đã biết trước) — M

V_B

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1791–1828François Antoine Henri DescroizillesJoseph Louis Gay-LussacKarl Friedrich MohrÉtienne Ossian Henry

Hay hiểu sai

Điểm tương đương không phải lúc nào cũng ở pH = 7.

Điểm tương đương và điểm nửa tương đương là hai điểm khác nhau.

Tại điểm tương đương, nồng độ base liên hợp lớn hơn hẳn nồng độ acid còn lại.

Đường cong chuẩn độ không cho biết thể tích acid ban đầu.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh lấy 25,00 mL dung dịch HCl có nồng độ chưa biết vào bình tam giác và chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1500 M chứa trong buret. Máy đo pH ghi lại giá trị pH theo thể tích NaOH thêm vào; pH tăng vọt đột ngột khi đã thêm 18,60 mL NaOH.

aViết phương trình phân tử của phản ứng xảy ra trong phép chuẩn độ và tính nồng độ mol của dung dịch HCl ban đầu.
bPhát biểu nào đúng về hệ tại điểm tương đương: pH bằng bao nhiêu, và vì sao?
cNếu học sinh chỉ được cung cấp đường cong chuẩn độ (pH theo thể tích NaOH) mà không có thêm dữ liệu nào khác, cần biết thêm những giá trị nào để tính được nồng độ acid?

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyPhản ứng hóa học · bài “Giới thiệu chuẩn độ” — khoá AP Chemistry

Cần trướctỉ lượng hoá học

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

điểm cuốiend point

Khác nhau ở đâuĐiểm tương đương là thời điểm lí thuyết khi chất chuẩn vừa đủ phản ứng hết với chất phân tích theo tỉ lượng. Điểm cuối là lúc chất chỉ thị đổi màu, đánh dấu kết thúc thực nghiệm.

Hay nhầm khikhi đọc đường cong chuẩn độ hoặc chọn chất chỉ thị phù hợp

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 14, 18, 25.

Thể tích dung dịch chất B đã thêm đến điểm tương đương

a

Hệ số tỉ lượng của chất A trong phương trình phản ứng cân bằng

b

Hệ số tỉ lượng của chất B trong phương trình phản ứng cân bằng

Chuẩn độ hình thành trong nền hóa học Pháp cuối thế kỷ 18: François Antoine Henri Descroizilles chế ra chiếc buret đầu tiên năm 1791 và là người đầu tiên lắp ráp một bộ dụng cụ chuẩn độ hoàn chỉnh, còn tên gọi "titration" được Joseph Louis Gay-Lussac dùng như một động từ từ năm 1828 để chỉ việc xác định nồng độ của một chất trong mẫu.

Trước khi có tên gọi, người ta đã làm chuẩn độ mà không biết mình đang làm gì. Từ thế kỷ 17, các bản hướng dẫn điều chế diêm tiêu đã dặn nhỏ từng giọt potash vào acid cho tới khi hỗn hợp thôi sủi bọt; bọt khí chính là dấu hiệu báo đã tới điểm tương đương (equivalence point). Năm 1729, một quy trình đo độ acid của giấm cũng dựa đúng nguyên tắc ấy, và từ đó ý tưởng dùng một dung dịch đã biết nồng độ làm thước đo bắt đầu thành hình. Nhu cầu thực sự đến từ sản xuất: ngành hóa chất cần kiểm tra chất lượng nguyên liệu nhanh và rẻ. Vì vậy, khi Descroizilles đưa ra chiếc buret vào năm 1791, phép phân tích thể tích (volumetric analysis) mới trở thành một công cụ kiểm soát chất lượng thực thụ.

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe chẳng liên quan gì đến acid hay base, vì gốc của nó nằm ở tiệm vàng chứ không ở phòng thí nghiệm. Tiếng Pháp cổ có từ tiltre (năm 1543), chỉ tỷ lệ vàng hoặc bạc trong đồng tiền và trong đồ kim hoàn, tức là thước đo độ tinh khiết của kim loại quý. Tiltre về sau thành titre, nghĩa rộng dần từ "độ tinh khiết của vàng pha" sang "nồng độ của một chất trong mẫu". Đến năm 1828, Gay-Lussac biến danh từ này thành động từ titrer với nghĩa "xác định nồng độ của một chất trong mẫu đã cho", và chính bước chuyển đó sinh ra thuật ngữ chuẩn độ ngày nay. Nhờ vậy có thể hiểu vì sao thuật ngữ tiếng Anh vẫn giữ dấu vết của nghề thử vàng: bản chất công việc không đổi, vẫn là đo xem trong một mẫu có bao nhiêu chất cần tìm, chỉ khác là chất phân tích (analyte) nay được đo bằng thể tích chất chuẩn độ (titrant) phản ứng vừa hết với nó.

Viết ra $n_{acid} = n_{base}$ trước khi thay số, đừng viết thẳng $M_aV_a = M_bV_b$ .

Nhìn hình dạng đường cong để nhận diện loại acid trước khi chọn phương trình phản ứng.

Khi trình bày câu tự luận, hãy ghi rõ chất nào dư ở vùng bạn đang xét.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 1: Xác định phản ứng. Acid mạnh gặp base mạnh cho muối tan và nước, nên phương trình phân tử là

\mathrm{HCl}(aq) + \mathrm{NaOH}(aq) \rightarrow \mathrm{NaCl}(aq) + \mathrm{H_2O}(l)

. Tỉ lệ mol giữa acid và base là 1 : 1, đây là chi tiết quyết định mọi phép tính phía sau.

2Bước 2: Tính số mol base đã dùng đến điểm tương đương (equivalence point):

n_{\mathrm{NaOH}} = (0{,}01860\ \mathrm{L})(0{,}1500\ \mathrm{M}) = 2{,}790\times10^{-3}\ \mathrm{mol}

. Đây chính là lượng base vừa đủ trung hòa toàn bộ acid có trong bình.

3Bước 3: Vì tỉ lệ 1 : 1 nên

n_{\mathrm{HCl}} = n_{\mathrm{NaOH}} = 2{,}790\times10^{-3}\ \mathrm{mol}

. Chia cho thể tích acid ban đầu:

[\mathrm{HCl}] = \dfrac{2{,}790\times10^{-3}}{0{,}02500} = 0{,}1116\ \mathrm{M}

. Lưu ý mẫu số là 25,00 mL chứ không phải tổng thể tích 43,60 mL, vì ta hỏi nồng độ của dung dịch acid trước khi chuẩn độ.

4Bước 4: Xét ý (b). Tại điểm tương đương, trong bình chỉ còn

\mathrm{Na^+}

\mathrm{Cl^-}

và nước; cả hai ion này đều không thủy phân đáng kể vì chúng là ion đối của một base mạnh và một acid mạnh. Do đó dung dịch trung tính và pH = 7,00 ở 25 °C. Cần phân biệt rõ: tại điểm tương đương số mol acid và base phản ứng bằng nhau, chứ không phải nồng độ hai dung dịch bằng nhau, cũng không phải thể tích hai dung dịch bằng nhau.

5Bước 5: Xét ý (c). Đường cong chuẩn độ (titration curve) chỉ cho biết thể tích base tại điểm tương đương, tức là

V

của base. Muốn đổi thể tích đó thành số mol thì phải biết nồng độ của dung dịch base trong buret, và muốn đổi số mol acid thành nồng độ thì phải biết thể tích acid lấy ban đầu. Vì vậy hai giá trị còn thiếu là nồng độ NaOH và thể tích HCl ban đầu.

Phản ứng chuẩn độ là $\mathrm{HCl}(aq) + \mathrm{NaOH}(aq) \rightarrow \mathrm{NaCl}(aq) + \mathrm{H_2O}(l)$ và dung dịch HCl ban đầu có nồng độ 0,1116 M. Tại điểm tương đương, sản phẩm NaCl không ảnh hưởng đến pH nên dung dịch trung tính với pH = 7,00 ở 25 °C. Nếu chỉ có đồ thị, học sinh vẫn phải biết nồng độ dung dịch NaOH và thể tích dung dịch HCl lấy để chuẩn độ thì mới quy được ra nồng độ acid.

2Ví dụ 2/2

Chuẩn độ 25,0 mL dung dịch một acid yếu đơn chức HA bằng NaOH 0,100 M thu được đồ thị pH theo thể tích base. Đồ thị cho thấy pH tăng vọt tại thể tích 20,0 mL, và khi đã thêm 10,0 mL NaOH thì pH đo được là 4,75.

aTính nồng độ của dung dịch HA ban đầu và giá trị $K_a$ của acid.
bTính pH tại điểm tương đương và giải thích vì sao pH ở đó lớn hơn 7.
cTrong các phương trình phân tử sau, phương trình nào có thể mô tả phản ứng tạo ra đường cong chuẩn độ này: (i) $\mathrm{HNO_3} + \mathrm{KOH}$ , (ii) $\mathrm{CH_3COOH} + \mathrm{NaOH}$ , (iii) $\mathrm{HCl} + \mathrm{NH_3}$ ?

1Bước 1: Tại điểm tương đương,

n_{\mathrm{NaOH}} = (0{,}0200\ \mathrm{L})(0{,}100\ \mathrm{M}) = 2{,}00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}

, và vì HA đơn chức nên

n_{\mathrm{HA}}

ban đầu cũng bằng

2{,}00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}

. Suy ra

[\mathrm{HA}] = \dfrac{2{,}00\times10^{-3}}{0{,}0250} = 0{,}0800\ \mathrm{M}

2Bước 2: Thể tích 10,0 mL đúng bằng một nửa của 20,0 mL, tức là điểm nửa tương đương (half-equivalence point). Ở đó

[\mathrm{HA}] = [\mathrm{A^-}]

nên phương trình Henderson–Hasselbalch

\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}

rút gọn thành

\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a

. Vậy

\mathrm{p}K_a = 4{,}75

và

K_a = 10^{-4{,}75} = 1{,}8\times10^{-5}

3Bước 3: Tại điểm tương đương, toàn bộ HA đã chuyển thành

\mathrm{A^-}

2{,}00\times10^{-3}

mol trong tổng thể tích

25{,}0 + 20{,}0 = 45{,}0

mL. Do đó

[\mathrm{A^-}] = \dfrac{2{,}00\times10^{-3}}{0{,}0450} = 0{,}0444\ \mathrm{M}

4Bước 4: Ion

\mathrm{A^-}

là base liên hợp nên nhận proton từ nước:

K_b = \dfrac{K_w}{K_a} = \dfrac{1{,}0\times10^{-14}}{1{,}8\times10^{-5}} = 5{,}6\times10^{-10}

. Từ đó

[\mathrm{OH^-}] = \sqrt{K_b\,[\mathrm{A^-}]} = \sqrt{(5{,}6\times10^{-10})(0{,}0444)} = 5{,}0\times10^{-6}\ \mathrm{M}

, cho

\mathrm{pOH} = 5{,}30

và

\mathrm{pH} = 14{,}00 - 5{,}30 = 8{,}70

. Kết quả lớn hơn 7 đúng như dự đoán, vì dung dịch tại điểm tương đương chứa base liên hợp của một acid yếu.

5Bước 5: Xét ý (c). Phương trình (i) là acid mạnh với base mạnh nên pH tại điểm tương đương phải bằng 7, không khớp. Phương trình (iii) là acid mạnh với base yếu, cho pH tại điểm tương đương nhỏ hơn 7 và đường cong đi xuống chứ không đi lên, cũng không khớp. Chỉ còn (ii):

\mathrm{CH_3COOH}(aq) + \mathrm{NaOH}(aq) \rightarrow \mathrm{NaCH_3COO}(aq) + \mathrm{H_2O}(l)

, và giá trị

K_a

vừa tính được đúng bằng

K_a

của acid acetic.

Dung dịch acid ban đầu có nồng độ 0,0800 M với $K_a = 1{,}8\times10^{-5}$ , đọc được từ pH tại điểm nửa tương đương. Tại điểm tương đương, dung dịch chứa $\mathrm{A^-}$ 0,0444 M nên có tính base yếu và pH = 8,70. Đường cong này ứng với phép chuẩn độ acid acetic bằng NaOH, tức phương trình (ii).

đường cong chuẩn độ pH (sắp có)

Liên quannồng độ điểm tương đươngchất chỉ thị acid-base (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.