TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
F7G

GIÁO TRÌNH

HOÁ PHÂN TÍCH
(Dành cho sinh viên ngành môi trường)

ĐẶNG THỊ VĨNH HÒA
2002


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

-2-

LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình HÓA PHÂN TÍCH nhằm cung cấp cho Sinh viên
ngành Môi trường những kiến thức rất căn bản về các loại
phản ứng, cách tính toán và kỹ thuật tiến hành phân tích đối
tượng bằng các phương pháp hóa học. Ngoài những cơ sở lý
thuyết giáo trình còn đưa ra nhiều ví dụ và bài tập để giúp
Sinh viên tự củng cố những kiến thức đã học. Những ví dụ
trong giáo trình chỉ được giải rất vắn tắt hoặc không giải nhằm
tạo điều kiện cho Sinh viên tự giải ở nhà trước khi được Giáo
viên giảng giải chi tiết trên lớp học.
Vì thời gian có hạn và là lần đầu biên soạn nên giáo trình
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự
đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp.

Tác giả

nắm được nguyên tắc của phương pháp và các môn khác như toán, hóa đại cương,
hóa vô cơ, hóa lý… là cơ sở căn bản giúp ta đi vào lónh vực phân tích hóa học dễ
dàng.
* Yêu cầu đối với ngành hóa phân tích: phải phát triển theo sự phát triển của
các ngành khoa học khác.
* Yêu cầu đối với người phân tích:
- Đủ kiến thức để vận dụng trong quá trình phân tích và luôn được cập nhật
hóa để có thể cải tiến hay đưa ra phương pháp mới ngày càng phù hợp hơn
với yêu cầu thực tế.
- Cẩn thận, kiên nhẫn, chính xác trong thao tác phân tích.
- Trung thực trong việc ghi nhận các sự kiện và kết quả đạt được.
II. Các cách phân loại trong hóa phân tích
1. Phân loại theo phương pháp phân tích:
a) Phương pháp hóa học:
Phân tích theo phương pháp hóa học là dựa vào một phản ứng hóa học để
chuyển cấu tử khảo sát thành hợp chất mới mà với tính chất đặc trưng nào đó ta
có thể xác đònh sự hiện diện và hàm lượng của cấu tử khảo sát.

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

-4-

b) Phương pháp vật lí:
Phương pháp vật lý dùng cách khảo sát tính chất tính chất lý học đặc trưng
nào đó để xác đònh sự hiện diện và hàm lượng của một cấu tử.

mẫu, đơn giản trong kỹ thuật, không đòi hỏi nhiều điều kiện nghiêm ngặt
như vi phân tích hay siêu vi phân tích → phương pháp bán vi phân tích sử
dụng rộng rãi.

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

-5-

3. Phân loại theo hàm lượng chất khảo sát:
- Phân tích đa lượng: hàm lượng chất khảo sát > 0,001%
- Phân tích vi lượng: hàm lượng chất khảo sát < 0,001%
4. Phân loại theo trạng thái chất khảo sát:
- Phân tích ướt: phải chuyển mẫu thành dạng dung dòch trước khi phân tích.
- Phân tích khô: xác đònh trực tiếp từ dạng ban đầu, chẳng hạn một số
phương pháp vật lý, phương pháp nghiền, thử nghiệm ngọn lửa …
III. Các giai đoạn của một phương pháp phân tích:
1. Chuẩn bò mẫu phân tích:
Kết quả phân tích chỉ có ý nghóa khi giai đoạn này được thực hiện tốt. Giai
đoạn này gồm các bước:
- Chọn mẫu đại diện
- Chuyển mẫu thành dạng thích hợp
2. Thực hiện phản ứng:
Cho dung dòch phân tích tác dụng với thuốc thử thích hợp ở những điều
kiện nhất đònh.
3. Ghi nhận kết quả

c) Tính nhạy:
Là khả năng phân tích một lượng rất nhỏ chất cần xác đònh trong dung dòch.
Yêu cầu đối với phản ứng:
Phản ứng giữa chất cần phân tích với dung dòch thuốc thử cần thỏa mãn các
điều kiện:
- Phải xảy ra tức thời
- Phải xảy ra hoàn toàn (hằng số cân bằng của phản ứng phải ≥ 107- 108)
2. Các loại phản ứng thường gặp trong phân tích hóa học:
- Phản ứng oxy hóa – khử
- Phản ứng trao đổi: như phản ứng acid- baz, tạo tủa, tạo phức…

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

-7-

Chương II. CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NỒNG ĐỘ

I. Cân bằng hóa học trong dung dòch
1. Hằng số cân bằng:
Đối với phản ứng thuận nghòch:
m A + n B + ……

p C + q D + ………

Diễn ra đến một lúc nào đó thì tốc độ của phản ứng thuận bằng tốc độ của phản

am
.a n ...
A B

Trong đó hoạt độ a = f.C, với C là nồng độ của ion và f là hệ số hoạt độ (0

* µ ≈ 0: khi dung dòch rất loãng tương tác tónh điện giữa các ion không đáng
kể thì f = 1 nên a = C.
* µ ≤ 0,02 thì f được tính bởi biểu thức
lg f = − 0 , 5 Z 2

µ

* 0,02 < µ < 0,2 thì f được tính bởi biểu thức
lg f =

− 0 ,5 Z 2
1+

µ

µ

µ ≥ 0,2 thì f được tính bởi biểu thức

lg f =

− 0 ,5 Z
1 +

2

µ

µ


a K+ = aCl- = 0,922. 10-3 = 9,22.10-4 ion g /l
aMg2+ = aSO42- = 0,722. 10-3 =7,22.10-4 ion g /l
2. Hằng số cân bằng điều kiện:
Nếu trong cân bằng hóa học: m A + n B + …… p C + q D +….; các cấu
tử A, B, C, D còn tham gia các phản ứng phụ khác thì nồng độ của mỗi chất tham
gia vào cân bằng trên sẽ giảm đi. Để biểu thò ảnh hưởng của các phản ứng phụ
đến cân bằng trên, người ta dùng đại lượng hằng số cân bằng điều kiện, ký hiệu
K’. K’ không những phụ thuộc vào nhiệt độ, lực ion của dung dòch mà còn phụ
thuộc vào nồng độ của các chất khác tham gia vào các phản ứng với các chất A,
B, C, D.
Nếu gọi [A’], [B’], [C’], [D’] là tổng nồng độ của các dạng của A, B, C, D trong
dung dòch thì [A], [B], [C], [D] chỉ bằng một phần của các tổng nồng độ [A’], [B’],
[C’], [D’]; tức là:
[A] = [A’].αA ; [B] = [B’].αB ; [C] = [C’].αC ; [D] = [D’].αD.
Các giá trò α = 1 khi không cho phản ứng phụ.
Các hệ số αA , αB, αC, αD < 1 là những hệ số biểu thò ảnh hưởng của các phản
ứng phụ đến nồng độ của A, B, C, D tự do.
Theo đònh luật tác dụng khối lượng:
p
q
α C p .α D q ...
[C] p .[D]q ... [C ' ] p [D ' ]q α C .α D ...
'
=
.
K=
=K . m
[A ]m .[B]n ... [A ' ]m [B' ]n α m .α n ...
α .α n ...
A

phân ly một phần thành ion.
CH3COO- + H+, sự phân ly chỉ xảy ra một phần,
Ví dụ: CH3COOH
hằng số phân ly của CH3COOH là:
K =
C

[CH COO − ][ H + ]
3

[CH 3 COOH ]

2. Độ điện ly:
Để biểu diễn độ phân ly của các chất điện ly yếu người ta dùng đại lượng gọi
là độ điện ly ký hiệu α.

α=

Số phân tử đã phân ly thành ion
Số phân tử đã đưa vào hòa tan

Ví dụ: hòa tan muối MeA có nồng độ C, độ điện ly α
Me+ + A-

MeA

Khi đạt trạng thái cân bằng thì [Me+] = [A-] = α.C và [MeA] = C - α.C = C (1 α)
Hằng số cân bằng K lúc này gọi là hằng số phân ly:

[Me + ][A − ] α 2 .C 2

x2
x .x
−4
⇒
=
1
,
77
.
10
3 .10 −1 − x
3 .10 −1 − x

Giải phương trình bậc 2: x2 + 1,77.10-4.x – 5,31.10-5 = 0 ta tính được:

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

- 11 -

x = 7,3.10-3iong/l
Vậy α = 2,43.10-2 và α% = 2,43%
Có thể giải bài toán trên bằng phương pháp gần đúng bằng cách:
Giả thiết x
10 + 5

- Nồng độ cân bằng [Na+] = CNaCl =0,067M; [NO3-] = CAgNO3 = 0,083M;
nhưng [Ag+] < CAgNO3 và [Cl-] < CNaCl vì hai ion này có tham gia phản ứng
với nhau.
Nội dung của đònh luật bảo toàn nồng độ đầu như sau: nồng độ ban đầu của 1
cấu tử nào đó sẽ bằng tổng nồng độ cân bằng của các dạng tồn tại của cấu tử đó
ở trong dung dòch tại thời điểm cân bằng.
Ví dụ: biểu diễn đònh luật bảo toàn nồng độ đầu đối với ion PO43- trong dung
dòch Na3PO4 0,1M.
3Na+ + PO43-

Na3PO4
0,1
PO43-

3.0,1

0,1

+ H2O

HPO42- + OH-

HPO42- + H2O

H2PO4- + OH-

H2PO4- + H2O



Acid

baz liên hợp

CH3 COOH

CH3COO-

+

H+

H2S

HS-

+

H+

HS-

S2-

+

H+

NH4+

Baz

+

H2O

acid

+

OH-

NH4+ +

H2O

NH3

+

H3O+

CN-

H2O

HCN +

+


HPO42- vừa có khả năng cho H+ vừa có khả năng nhận H+
HPO42- +

H+

H2PO4-

HPO42PO43- +
2. Hằng số acid KA và hằng số Baz KB:

H+

Để đặc trưng cho cường độ của acid hoặc baz người ta dùng đại lượng hằng số
acid (KA) và hằng số baz (KB).
* Với acid:
H3O+ + A-

HA + H2O

H+ + A-

Để đơn giản ta viết: HA

[H + ][A − ]
KA =
[HA ]
Thì hằng số acid là:
KA càng lớn thì acid càng mạnh. Để thuận tiện cho việc tính toán người ta
thường dùng pKA = - lgKA. Ví dụ CH3COOH có KA = 10-4,75 và HCN có KA =
10-9,4, vậy CH3COOH là acid mạnh hơn HCN.

- 14 -

H3PO4

H+

+

H2PO4-

KA1 = 10-2,21

H2PO4-

H+

+

HPO42-

KA2 = 10-7,21

HPO42-

H+

+

PO43-


H2O
H3PO4 +
3. Quan hệ giữa KA và KB. Tích số ion của nước:

OH-

KB3 = 10-11,88

KA =
K =

[H + ][A − ]
[HA ]
[HA ][OH − ]
[A − ]

B

KA.KB = [H+][OH-]
Mặt khác:

(1)
H+

H2O

+

OH-




Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

- 15 -

Giá trò pH đặc trưng cho tính chất acid hoặc baz của các chất điện ly thể hiện
qua nồng độ của ion H+ hoặc ion OH-. Vì [H+].[OH-] là một hằng số tại nhiệt độ
cho trước, còn [H+] và [OH-] là những đại lượng biến đổi nên bằng giá trò [H+]
và [OH-] có thể xét đoán độ acid hoặc độ kiềm của dung dòch.
[H+].[OH-] =10-14 => pH + pOH = pKH2O=14
Thang pH được quy đònh như sau:
Môi trường acid

Môi trường trung tính

Môi trường kiềm

[H+] > 10-7 ion g/l

[H+] = [OH-]

[H+] < 10-7 ion g/l

[OH-]10-7 ion g/l



µ ≤ 0,02 =>
fH+ = 0,849

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

- 16 -

aH+ = fH+.CH+ = 0,849. 2.10-2 = 0,01698
pH = -lgaH+ = 1,77
- Với HCl 5.10-3M thì µ = 0,5( 5.10-3.12 + 5.10-3.12) = 5.10-3
µ ≤ 0,02 =>

lg f

H

+

= −0,5Z 2 µ = −0,5.1. 0,005 = −0,035

fH+ = 0,92
aH+ = fH+.CH+ = 0,92. 5.10-3 = 4,6.10-3
pH = -lgaH+ = 2,336
Nhận xét: so sánh các giá trò pH trong 2 trường hợp ta thấy nếu dung dòch có

CO32- có K2 = 6.10-11

* H3PO4

H+

+

H2PO4- có K1 = 7,6.10-3

H2PO4-

H+

+

HPO42- có K2 = 6,2.10-8

HPO42-

H+

+

PO43- có K3 = 4,2.10-13

Nhìn chung H+ tách ra khỏi phân tử ở nấc trước dễ dàng hơn ở nấc sau, vì số H+
tách ra càng tăng thì phân tử mất H+ càng âm, nên giữ H+ càng chặt. Do đó hằng
số phân ly của nấc sau thường nhỏ hơn của nấc trước.


pH của dung dòch do acid mạnh quyết đònh nên pH = - lgCm
Nếu Cm < Cy
Muốn tính gần đúng thì giải phương trình [H+]2 –Cm[H+] – KHAyCy = 0

+

[H ] = C +
m

C y .K HAy
[H + ] + K

HAy

Muốn giải chính xác thì sử dụng phương trình:
Ví dụ: Tính pH của dung dòch hỗn hợp HCl 10-4 M và CH3COOH 10-2M. Cho
KA = 10-4,75
Giải: Vì Cm < Cy nên:
- Giải gần đúng:
[H+]2 –Cm[H+] – KHAyCy = 0
[H+]2 –10-4[H+] – 10-4,75.10-2 = 0
Giải ra được pH = 3,32
Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

- 18 -

- Nếu K1≈ K2 nhưng C1 >> C2
- Nếu K1 >> K2 dù C1 < C2
Trong cả 3 trường hợp trên pH chỉ do HA1 quyết đònh tức là:

[H + ] =

K 1C1

[H + ] + K 1

- Nếu K1≈ K2 và C1≈ C2 thì phải dùng phương trình tổng quát.
Ví dụ: Tính pH của các hỗn hợp 2 acid:
CH3COOH

0,1M (pKCH3COOH = 4,76) và HCN 0,1M (có pKHCN = 9,21)

CH3COOH

5.10-4M và HCN 10-1M.

CH3COOH

0,1M và HCOOH 0,1M pKHCOOH = 3,75.

Giải
i- * Giải gần đúng:
[H+]2 = (K.C)CH3COOH + (K.C)HCN
=10-4,76.0,1

+ 10-9,21.0,1

III. Tính pH của dung dòch baz:
Đối với các dung dòch baz công thức tính cũng tương tự như các dung dòch acid,
nhưng trong đó thay H+ bằng OH-, thay KA bằng KB, thay CA bằng CB
1. Dung dòch baz mạnh:
Giả sử có 1 baz mạnh có nồng độ CB
Tương tự như phần acid mạnh ta cũng chỉ gặp trường hợp:
CB ≥ 10-6mol/l thì pOH = -lgCB nên pH = 14 - pOH, vậy:
pH = lg CB + 14
Ví dụ: Tính pH của dung dòch NaOH có nồng độ 10-2 mol/l.
- Nếu không kể lực ion : CNaOH < 10-6
=> pH = lgCB + 14 = -2 + 14 =12
- Kể lực ion: µ =

0,5( 10-2 + 10-2 ) = 10-2

lgfOH- = -o,5.Z2.( µ )1/2 = - 0,5.1.10-1 = -0,05
fOH- = 10-0,05 = 0,89
aOH- = CNaOH.fOH- = 0,89. 10-2 = 8,9.10-3iong/l
pOH = -lg8,9.10-3+ = 2,05
pH = 14 – 2,05 = 11,95

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

- 20 -


HPO42- +

HPO42- + H2O

H2PO4-

H2PO4- + H2O

+

PO43-

OH- KB1 = KH2O/KA3 = 10-1,62
+ OH- KB2 = KH2O/KA2 = 10-6,79

H3PO4 + OH-

KB3 = KH2O/KA1 = 10-11,88

Dung dòch đa baz có thể xem như dung dòch của một hỗn hợp các đơn baz yếu
có nồng độ bằng nhau và hằng số acid khác nhau.
- Nếu đa baz có KB1 > KB2 khoảng 104 lần thì xem dung dòch đa baz đó như
dung dòch đơn baz có KB = KB1.
- Nếu đa baz có KB1 không lớn hơn KB2 nhiều thì xem như hỗn hợp các đơn
baz (sẽ xét ở trường hợp pH của dung dòch hỗn hợp các baz).
Ví dụ: tính pH của dung dòch Na3PO4 10-1M.
Vì PO43- có KB1> KB2 > KB3 cỡ 104 lần nên xem như một đơn baz có KB = 101,62
, vậy nó là một baz trung bình nên

Đặng Thò Vónh Hoà

K1 = 4,47.10-7, K2 = 6.10-11.
Na2CO3

2Na+ + CO32-

CO32- là 1 đa baz có KB1 = 1,67.10-4 hơn KB2 = 0,224.10-7 gần 104 lần nên có
thể xem gần đúng như CO32- là 1 đơn baz yếu. Vậy đây là trường hợp của 1
dung dòch hỗn hợp gồm 1 baz mạnh và 1 baz yếu có CNaOH = 0,01M

Dung dòch đệm là dung dòch có pH rất ít thay đổi khi ta thêm vào dung dòch một
lượng nhỏ acid mạnh hoặc baz mạnh.
pH của dung dòch acid yếu HA và baz liên hợp với HA là A- thay đổi không
đáng kể khi thêm vào một ít acid mạnh hoặc baz mạnh vì HA H+ + A- (1) nên
khi thêm acid mạnh tức [H+] sẽ tăng nên cân bằng (1) sẽ chuyển sang trái (tức H+
sẽ kết hợp A-) còn nếu thêm baz mạnh tức là [H+] giảm nên cân bằng (1) chuyển
qua phải (tức HA sẽ phân ly H+). Kết quả là sau khi cân bằng thiết lập nồng độ H+
sẽ thay đổi không đáng kể. Vì vậy nếu thêm hỗn hợp acid yếu và baz liên hợp
của nó vào một dung dòch thì pH của dung dòch đó thay đổi không đáng kể trong
quy trình nghiên cứu. Do đó dung dòch hỗn hợp này được gọi là dung dòch đệm.
2. Thành phần của dung dòch đệm:
Thành phần của dung dòch đệm là hỗn hợp 2 dạng của 1 đôi acid-baz thường là:
- Hỗn hợp của một acid yếu và muối của acid yếu đó với 1 baz mạnh. Ví dụ:
dung dòch đệm gồm: CH3COOH + CH3COONa là dung dòch đệm acid.
- Hỗn hợp của 1 baz yếu và muối của baz yếu đó với 1 acid mạnh. Ví dụ:
dung dòch đệm gồm : NH4OH + NH4Cl là dung dòch đệm baz.
- Hỗn hợp 2 chất lưỡng tính acid – baz. Ví dụ: CO32- + HCO3- hoặc H2PO4- +
HPO42-

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

- 23 -

3. pH của dung dòch đệm:
Khảo sát dung dòch đệm chứa acid yếu HA có nồng độ CA hằng số acid KA và

Ví dụ:
1 - Tính pH của dung dòch hỗn hợp CH3COOH 0,01M và CH3COONa
0,01M. Biết pKCH3COOH = 4,75.
Giải: Đây là hệ gồm acid yếu CH3COOH và baz liên hợp CH3COO-

pH = pK A − lg

CA

CB

= pK CH COOH − lg
3

C CH 3COOH

C CH 3COONa

= 4,75 − lg

0,01
= 4,75
0,01

2 - Tính pH của dung dòch trên nếu thêm vào một lít dung dòch đó:
a- 10 ml dung dòch HCl 10-1 M
b- 10 ml dung dòch NaOH 10-1M
Giải:
a. Khi thêm HCl vào thì: CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl
Số mol HCl thêm vào = [CH3COOH]được sinh ra = [CH3COONa] đã phản

Biết KNH4OH = 10-4,75
Đây là hệ đệm tạo bởi baz yếu NH4OH và acid liên hợp với nó là NH4+

pH = 14 − pK B − lg

CA

CB

pH = 14 – 4,75 – lg 0,02 + lg 0,01 = 8,95
4. Đệm năng của dung dòch đệm:
Để biểu thò khả năng của dung dòch đệm chống lại sự thay đổi pH khi thêm acid
hoặc baz vào, người ta dùng khái niệm đệm năng.
Đệm năng được đònh nghóa: bằng số mol của một baz mạnh hay acid mạnh cần
thêm vào một lít dung dòch đệm đó, để pH của nó tăng hay giảm một đơn vò pH.
Đệm năng được ký hiệu là β.

β=+

∆C

B

∆pH

=−

∆C

A

Vậy đệm năng sẽ đạt cực đại khi nồng độ dạng acid và baz liên hợp bằng
nhau. Vậy muốn pha 1 dung dòch đệm có đệm năng lớn nhất ta nên chọn đôi

Đặng Thò Vónh Hoà

Khoa Hoá học


Hoá Phân tích cho sinh viên môi trường

- 25 -

acid – baz liên hợp có pKA gần với pH đệm muốn pha và trộn chúng với số mol
bằng nhau. Khi pha loãng hay làm đậm lại 1 dung dòch đệm pH của dung dòch
không thay đổi.
Ví dụ:
Tính đệm năng của dung dòch đệm: CH3COOH 10-2M và CH3COONa10-2M
Giải:
Ta có :

C .C
C
10 −2 + 10 −2
0,01 .0,01
=
= 10 −4 > K A nên β = 2,3. A B = 2,3
= 1,15 .10 −2
200
200
CA + CB

nồng độ CA và hằng số acid KA1 và một baz yếu A2- có nồng độ CB và hằng số baz
là KB từ đó tính được hằng số của acid liên hợp với nó là KA2.
- Nếu CA = CB thì [H+]2 = KA1KA2
Suy ra:

pH = 0,5( pKA1 + pKA2 )

- Nếu CA = m.CB thì giải phương trình sau để tìm pH

mK A1

[H + ] + K A1

Đặng Thò Vónh Hoà

=

[H + ]
[H + ] + K A 2

Khoa Hoá học