Đang tải bài học…

AP Chemistry

dung dịch chuẩn

titrant

Còn gọi: chất chuẩn độ · chất chuẩn · dung dịch chuẩn độ

Dung dịch chuẩn là dung dịch đã biết nồng độ, được nhỏ từ buret vào chất cần phân tích để xác định nồng độ chất đó.

Trong hóa học phân tích, dung dịch chuẩn (titrant) là dung dịch đã biết chính xác nồng độ, được thêm dần qua buret vào dung dịch chứa chất cần xác định. Nồng độ của dung dịch này được xác định từ trước thông qua quá trình pha chế cẩn thận từ chất gốc có độ tinh khiết cao, gọi là chất chuẩn gốc (primary standard). Nhờ đó, mỗi giọt dung dịch chuẩn nhỏ xuống đều mang một lượng mol xác định, tạo cơ sở để tính toán ngược lại nồng độ chất chưa biết.

Tại điểm tương đương (equivalence point), số mol dung dịch chuẩn vừa đủ để phản ứng hoàn toàn với chất cần phân tích. Hệ thức $n = C \times V$ cho biết số mol bằng tích nồng độ $C$ và thể tích $V$ đã đọc trên buret. Vì nồng độ đã biết trước, thí sinh chỉ cần đo thể tích tại điểm tương đương rồi suy ra số mol, từ đó tính được nồng độ dung dịch chưa biết thông qua hệ số tỉ lượng của phương trình hóa học.

Tuy nhiên, không phải dung dịch nào cũng có thể dùng làm dung dịch chuẩn. Dung dịch chuẩn phải bền vững theo thời gian để nồng độ không thay đổi trong quá trình thí nghiệm, đồng thời phải phản ứng hoàn toàn với chất cần phân tích theo một tỉ lệ xác định. Vì vậy, các chất như NaOH dễ hấp thụ ẩm và CO₂ từ không khí thường không phải là chất chuẩn gốc, mà phải được chuẩn hóa lại trước khi sử dụng. Ngược lại, kali hiđro phtalat là chất chuẩn gốc phổ biến nhờ độ tinh khiết cao và tính bền vững.

Ký hiệu

• $C$ — nồng độ dung dịch chuẩn
• $V$ — thể tích dung dịch chuẩn đã dùng
• $n$ — số mol

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

Trực giác: Giống như dùng một quả cân đã biết trước khối lượng để đo vật chưa biết trên bàn cân, dung dịch chuẩn là thước đo nồng độ đã được xác định sẵn.

Công thức

\htmlClass{fp-1}{\frac{\htmlClass{fp-0}{C_A \cdot V_A}}{a}} = \htmlClass{fp-3}{\frac{\htmlClass{fp-2}{C_B \cdot V_B}}{b}}

Dùng tại điểm tương đương của phản ứng chuẩn độ, khi lượng chất chuẩn vừa đủ để phản ứng hết với chất cần phân tích theo đúng tỉ lệ tỉ lượng $a:b$ trong phương trình đã cân bằng.

Trong đó

C_A

Nồng độ mol của chất cần phân tích (analyte) — M

V_A

Thể tích dung dịch chứa chất cần phân tích — L

C_B

Nồng độ mol của dung dịch chuẩn (titrant) — M

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1828Joseph Louis Gay-LussacFrançois-Antoine-Henri Descroizilles

Khái niệm gắn liền với phép chuẩn độ ra đời ở Pháp cuối thế kỷ 18 – đầu thế kỷ 19, khi các nhà hóa học cần một cách đo nhanh và chính xác nồng độ của một chất trong mẫu; năm 1828 Joseph Louis Gay-Lussac lần đầu dùng titre như một động từ (titrer) với nghĩa "xác định nồng độ".

Phân tích thể tích (volumetric analysis) khởi nguồn từ nước Pháp cuối thế kỷ 18, nơi các xưởng và phòng thí nghiệm cần biết chính xác một dung dịch đặc bao nhiêu mà không phải cân từng gam chất rắn. Năm 1791, François-Antoine-Henri Descroizilles chế ra chiếc buret (burette) đầu tiên, khi ấy còn giống một ống đong chia vạch; Gay-Lussac sau đó cải tiến thành dạng gần với dụng cụ ngày nay. Nhờ chiếc ống chia vạch này, người ta chỉ cần nhỏ dần một dung dịch đã biết nồng độ vào mẫu và đọc thể tích đã dùng. Chính dung dịch được nhỏ xuống đó về sau mang tên riêng, còn chất cần đo nồng độ được gọi là chất phân tích (analyte).

Hay hiểu sai

Điểm tương đương không phải lúc nào cũng có pH bằng 7.

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

Đoạn dốc đứng nhất không phải điểm nửa tương đương.

Thêm nước cất vào bình nón không làm thay đổi thể tích dung dịch chuẩn cần dùng.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một mẫu dung dịch HCl chưa biết nồng độ được lấy chính xác 25.00 mL cho vào bình tam giác. Người ta chuẩn độ mẫu này bằng dung dịch chuẩn NaOH 0.150 M chứa trong buret. Phản ứng xảy ra là

\text{HCl}(aq) + \text{NaOH}(aq) \rightarrow \text{NaCl}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)

. Đường cong chuẩn độ cho thấy pH tăng rất mạnh quanh thể tích 32.40 mL NaOH, và đó được nhận là thể tích tại điểm tương đương (equivalence point).

aTính nồng độ mol của dung dịch HCl ban đầu.
bTính pH của hỗn hợp sau khi đã thêm 30.00 mL dung dịch chuẩn NaOH.
cGiải thích vì sao thể tích dung dịch chuẩn đọc được tại điểm cuối (endpoint) thường hơi lớn hơn thể tích tại điểm tương đương thực.

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 trướcnồng độ mol (sắp có)dung dịch

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 829–830, 835.

Thể tích dung dịch chuẩn đã thêm đến điểm tương đương — L

a,\, b

Hệ số tỉ lượng của A và B trong phương trình phản ứng đã cân bằng

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi bắt nguồn từ tiếng Pháp cổ tiltre (năm 1543), vốn chỉ tỷ lệ vàng hay bạc trong đồng tiền và đồ trang sức, tức là thước đo độ tinh khiết. Tiltre biến thành titre, mang nghĩa "độ tinh khiết của vàng pha", rồi mở rộng thành "nồng độ của một chất trong mẫu". Do đó khi Gay-Lussac biến danh từ này thành động từ titrer vào năm 1828, hành động "đo tuổi vàng" của thợ kim hoàn đã chuyển hẳn sang phòng thí nghiệm hóa học. Danh từ titrant chỉ xuất hiện muộn hơn nhiều, được ghi nhận trong tiếng Anh vào khoảng thập niên 1920–1930, tạo ra bằng cách ghép gốc titr- với hậu tố -ant chỉ tác nhân — nghĩa đen là "chất dùng để chuẩn độ". Tiếng Việt không mượn âm mà dịch theo chức năng: đây là dung dịch đã biết chính xác nồng độ, được dùng làm chuẩn để suy ra nồng độ chưa biết, nên gọi là dung dịch chuẩn.

Luôn viết phương trình ion và tỉ lệ mol trước khi tính.

Khi đề hỏi pH tại điểm nửa tương đương, viết thẳng $\text{pH} = \text{p}K_a$ và nói rõ lý do.

Đọc kỹ chất nào nằm trong buret và chất nào nằm trong bình.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 1: Trước hết cần thấy rõ vai trò của từng dung dịch: NaOH nằm trong buret và đã biết chính xác nồng độ nên đóng vai trò dung dịch chuẩn, còn HCl trong bình là chất phân tích (analyte) cần tìm nồng độ. Toàn bộ phép tính đều dựa trên một ý duy nhất: tại điểm tương đương, số mol

\text{OH}^-

thêm vào vừa đúng bằng số mol

\text{H}^+

có sẵn, vì hệ số phản ứng là 1:1.

2Bước 2: Tính số mol dung dịch chuẩn đã dùng đến điểm tương đương:

n_{\text{NaOH}} = M \cdot V = 0.150 \times 0.03240 = 4.860 \times 10^{-3}

mol. Con số này chính là số mol

\text{HCl}

ban đầu, do đó

M_{\text{HCl}} = \dfrac{4.860 \times 10^{-3}}{0.02500} = 0.1944

M. Vậy dung dịch axit ban đầu có nồng độ khoảng

0.194

3Bước 3: Với ý (b), thể tích 30.00 mL nhỏ hơn 32.40 mL nên hệ vẫn còn dư axit, pH phải nhỏ hơn 7. Số mol bazơ thêm vào là

0.150 \times 0.03000 = 4.500 \times 10^{-3}

mol, nên số mol

\text{H}^+

còn lại bằng

4.860 \times 10^{-3} - 4.500 \times 10^{-3} = 3.60 \times 10^{-4}

mol.

4Bước 4: Lượng

\text{H}^+

dư này nằm trong tổng thể tích

25.00 + 30.00 = 55.00

mL, vì cả mẫu lẫn dung dịch chuẩn đều góp vào thể tích chung. Do đó

[\text{H}^+] = \dfrac{3.60 \times 10^{-4}}{0.05500} = 6.55 \times 10^{-3}

M, và

\text{pH} = -\log(6.55 \times 10^{-3}) = 2.18

. Kết quả nhỏ hơn 7 đúng như dự đoán, cho thấy phép tính tự nhất quán.

5Bước 5: Ý (c) là câu hỏi về sai số hệ thống chứ không phải về tính toán. Điểm tương đương là một sự kiện hóa học, còn điểm cuối là thời điểm mắt người thấy chỉ thị (indicator) đổi màu bền; muốn màu hiện rõ thì phải có một lượng dung dịch chuẩn dư nhỏ vượt quá lượng vừa đủ. Vì vậy thể tích đọc tại điểm cuối luôn hơi lớn hơn, và sai số này càng nhỏ khi chỉ thị được chọn có khoảng đổi màu nằm gọn trong đoạn pH tăng dốc.

Dung dịch HCl ban đầu có nồng độ $0.194$ M; sau khi thêm 30.00 mL dung dịch chuẩn NaOH thì hệ còn dư axit và có pH $= 2.18$ . Thể tích dung dịch chuẩn đọc tại điểm cuối lớn hơn thể tích tại điểm tương đương một chút vì cần một lượng bazơ dư rất nhỏ để chỉ thị đổi màu rõ.

2Ví dụ 2/2

Chuẩn độ 25.00 mL dung dịch axit yếu đơn chức HA nồng độ 0.100 M bằng dung dịch chuẩn NaOH 0.100 M. Dữ liệu ghi được cho thấy pH tăng chậm ở giai đoạn đầu, tăng vọt trong khoảng thể tích rất hẹp quanh 25.0 mL, rồi lại tăng chậm. Khi đã thêm đúng 12.50 mL dung dịch chuẩn, máy đo cho pH

= 4.76

aĐoạn pH tăng vọt trong khoảng thể tích hẹp cho biết thông tin gì về hệ?
bXác định $K_a$ của HA từ dữ liệu tại 12.50 mL.
cTính pH tại điểm tương đương và giải thích vì sao giá trị này lớn hơn 7.

1Bước 1: Đoạn dốc đứng xuất hiện vì lượng axit còn lại đã cạn gần hết, nên mỗi giọt dung dịch chuẩn thêm vào không còn bị trung hòa mà làm đổi hẳn thành phần của hệ. Trung điểm của đoạn dốc chính là điểm tương đương, ở đây ứng với 25.0 mL. Nhờ đó ta suy ra số mol

\text{OH}^-

đã dùng bằng số mol HA ban đầu, và đây cũng chính là vùng cần đặt khoảng đổi màu của chỉ thị.

2Bước 2: Thể tích 12.50 mL đúng bằng một nửa 25.0 mL, tức là nửa điểm tương đương (half-equivalence point). Tại đó một nửa HA đã chuyển thành

\text{A}^-

nên

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

, và phương trình

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

rút gọn thành

\text{pH} = \text{p}K_a

3Bước 3: Do đó

\text{p}K_a = 4.76

và

K_a = 10^{-4.76} = 1.7 \times 10^{-5}

. Giá trị này nhỏ hơn nhiều so với 1, xác nhận HA đúng là axit yếu, phù hợp với việc đường cong có đoạn đệm phẳng trước điểm tương đương.

4Bước 4: Tại điểm tương đương, toàn bộ HA đã chuyển thành

\text{A}^-

: số mol là

0.100 \times 0.02500 = 2.50 \times 10^{-3}

mol nằm trong

25.00 + 25.00 = 50.00

mL, nên

[\text{A}^-] = 0.0500

M. Bazơ liên hợp này thủy phân với

K_b = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{1.7 \times 10^{-5}} = 5.9 \times 10^{-10}

5Bước 5: Từ đó

[\text{OH}^-] = \sqrt{K_b \cdot [\text{A}^-]} = \sqrt{5.9 \times 10^{-10} \times 0.0500} = 5.4 \times 10^{-6}

M, cho

\text{pOH} = 5.27

và

\text{pH} = 14.00 - 5.27 = 8.73

. Kết quả lớn hơn 7 là hợp lý, bởi sản phẩm cuối cùng không phải muối trung tính mà là dung dịch của một bazơ yếu.

Đoạn pH tăng vọt định vị điểm tương đương tại 25.0 mL dung dịch chuẩn, từ đó suy ra số mol axit ban đầu. Dữ liệu tại nửa điểm tương đương cho $\text{p}K_a = 4.76$ , tức $K_a = 1.7 \times 10^{-5}$ , và pH tại điểm tương đương là 8.73 — lớn hơn 7 vì dung dịch lúc đó chứa bazơ liên hợp $\text{A}^-$ .

Dẫn tớichuẩn độ

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