PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH THỂ TÍCH
3. SỰ TRUNG HOÀ ACID - BASE
3.5. Trung hoà một acid yếu bằng một base mạnh B
Sự trung hoà dung dịch CH3COOH (Ha) bằng dung dịch NaOH với cựng thể tớch, cựng nồng ủộ cho thấy sự biến ủổi như sau:
- Lỳc bắt ủầu : dung dịch chỉ cú acid yếu. Gọi c là nồng ủộ ban ủầu của dung dịch Ha.
pH ủược tớnh theo cụng thức tổng quỏt :
- Trong lỳc chuẩn ủộ: hỗn hợp gồm một dung dịch acid Ha chưa bị trung hoà và muối BHa do acid bị trung hoà, nghĩa là một dung dịch acid Ha (nồng ủộ giảm dần) và base liờn hợp [a-] (nồng ủộ tăng dần).
Nồng ủộ [Ha] và [a-] liờn quan bởi cụng thức :
Tính [a−], xét các phương trình:
BH+a− → BH+ + a− (phân ly hoàn toàn)
Hình 7.14. Trung hoà acid mạnh (0,1N)
bằng base mạnh (0,1N) hoặc ngược lại Hình 7.15. Trung hoà acid mạnh (c) bằng base mạnh (c) với cỏc nồng ủộ khỏc nhau
(7.22)
a− + H2O OH− + Ha Ha H+ + a− H2O H+ + OH−
Muối BH+ a- là kết quả do trung hoà acid Ha bởi 1 base B thêm vào và phân ly hoàn toàn, ta có:
[BH+] = [B] với [B] là nồng ủộ base cho vào mụi trường.
Vì Ha là acid yếu - phân ly ít cho nên [H+ ] <<< [BH+] và [OH−] <<< [a-] (muối phân ly hoàn toàn) nên nếu bỏ qua [H+] và [OH−] trước [BH+] và [a-] thì biểu thức (7.23) trở thành:
Tính [Ha]:
Lỳc ủầu, Ha cú nồng ủộ c. Ở một thời ủiểm chuẩn ủộ nào ủú Ha sẽ tỡm ủược dưới dạng a− hoặc Ha.
Như vậy:
c = [Ha] + [a-] hoặc [Ha] = [c] – [a-]
Thế [a-] bằng giá trị tìm thấy trong (7.24) thì [Ha] ≈ [c] – [B]
Tính pH :
phương trình (7.22) có thể thay thế Ha và a-:
Khi [B] = c/2 (lỳc phõn nửa [Ha] ủược trung hoà) thỡ: ; và pH = pKa. Giỏ trị ủặc biệt này của pH (gọi là pH bỏn trung hoà) khụng liờn quan ủến nồng ủộ acid.
Chú ý: thường thì ước lượng bỏ qua [H+] và [OH−] chỉ có thể chấp nhận khi pH giữa pH = 4 và pH
= 10.
- Tại ủiểm tương ủương: hỗn hợp thu ủược là một dung dịch muối BHa coi như là một dung dịch base a- cú pH ủược cho theo cụng thức tổng quỏt :
3.5.2. Thí dụ cụ thể (trung hoà bằng dung dịch chuẩn N)
Trung hoà 100 ml CH3COOH 0,1N bằng NaOH 1N. Khảo sỏt sự biến ủổi và tớnh [H+], pH. (pKa của acid acetic = 4,74)
Giải:
Cú thể viết: [BH+] + [H+ ] = [a-] + [OH−] (luật trung hoà ủiện tớch) (7.23)
[a-] ≈ [BH+] = [B] (7.24)
(7.25)
Bng 7.6. Biến ủổi pH khi chuẩn ủộ CH3COOH 0,1N bằng NaOH 0,1N
Theo bảng 7.6, so với việc trung hoà HCl 0,1N bằng NaOH 0,1N, biến ủổi pH như sau:
Chỳ ý : khi thừa base mạnh B thỡ pH thay ủổi giống trường hợp của việc ủịnh lượng acid mạnh bằng base mạnh (bảng 7.5) vì hỗn hợp lúc này là dung dịch của 1 base mạnh B và base yếu a-. Có thể coi như chỉ có base mạnh B.
Nhận xét:
Khi trung hoà một acid yếu bằng một base mạnh thỡ sự thay ủổi pH cận ủiểm tương ủương sẽ ớt hơn trong trường hợp trung hoà một acid mạnh bằng một base mạnh.
base thêm vào (ml)
acid còn lại
(ml) pH của hỗn hợp 0
50 90 99 99,9 100
100 50 10 1 0,1 0
2,87 4,74 5,69 6,73 7,73 8,73 100,1
101
thừa base
0,1 1
9,7
10,7 ∆pH=1
Hình 7.16. Trung hoà acid yếu (0,1N) bằng base mạnh(0,1N)
Trỡnh tự biến ủổi pH % acid ủược
trung hoà bảng 7.6 (∆pH)
thay vì
bảng 7.5 (∆pH) - Lỳc bắt ủầu pH biến ủổi nhanh
hơn: 0 - 50% 1,87 0,5
0 - 99% 3,86 2,3
- Kế ủú pH biến ủổi tương tự 99 - 99,9% 1 1
- Yếu hơn khi tới sát sự trung hoà: 99,9 - 100% 1 2,7
100 - 100,1% 1 2,7
Thờm ± 0,1 ml dung dịch chuẩn ủộ quanh giỏ trị lý thuyết 100 ml, pH biến ủổi là 2 (ủối với trường hợp trung hoà acid mạnh bằng một base mạnh pH biến ủổi là 5,4).
ðường cong chuẩn ủộ giống những trường hợp trước. Chỳ ý: ủiểm tương ủương luụn luụn là ủiểm uốn của ủường cong chuẩn ủộ nhưng giỏ trị pH ≠ 7. Mặt khỏc, khi trung hoà 50% acid thỡ ủường cong này cú một ủiểm uốn thứ hai tương ứng và lỳc ủú pH = pKa (hỡnh 7.18).
Ảnh hưởng của nồng ủộ acid: cụng thức (7.23) chứng tỏ rằng:
- pH ở giai ủoạn bỏn trung hoà: ủộc lập với [Ha]
- pH của dung dịch ủầu và pH tại ủiểm tương ủương: phụ thuộc vào [Ha]
Kết quả: ðường cong của một acid yếu với cỏc ủộ pha loóng khỏc nhau khi chuẩn ủộ ủều ủi qua ủiểm uốn: pH = pKa (bỏn trung hoà). (hỡnh 7.19)
3.5.3. Ảnh hưởng của loại acid yếu
Cỏc giỏ trị pH phụ thuộc pKa của acid. Acid càng yếu pKa càng lớn, ủường cong trong thang pH càng cao, pH ở ủiểm tương ủương càng cao và bước nhảy pH cận ủiểm tương ủương trải ra trờn một vùng nhỏ. (hình 7.19)