ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
ĐINH THỊ GIANG
XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH
QUAN DÙNG ĐỂ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC HỌC
PHẦN HÓA PHÂN TÍCH
CHƯƠNG CÂN BẰNG TẠO PHỨC TRONG DUNG DỊCH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Chuyên ngành : Hóa Phân Tích
Mã số : 60.44.29
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐÀO THỊ PHƯƠNG DIỆP THÁI NGUYÊN - 2008

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Lời cảm ơn
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn
PGS – TS Đào Thị Phƣơng Diệp đã hết lòng tận tình hƣớng dẫn
và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận
LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1

Chương 1: Tổng quan

1.1. Cơ sở lý thuyết về tính toán cân bằng tạo phức và chuẩn độ tạo phức.....
4
1.1.1 Cơ sở lý thuyết về tính toán cân bằng tạo phức ......................................
4
1.1.2 Cơ sở lý thuyết về các phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức..........................
8
1.2 Tổng quan về phƣơng pháp trắc nghiệm khách quan..............................
17
1.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phƣơng pháp trắc nghiệm trên thế
giới và ở Việt Nam và quá trình dạy học...................................................

17
1.2.2 Trắc nghiệm khách quan và trắc nghiệm tự luận......................................
19
1.2.3 Các loại câu hỏi trắc nghiệm khách quan thông dụng.............................
22
1.2.4 Ƣu, nhƣợc điểm và vai trò của phƣơng pháp trắc nghiệm khách quan…….
27

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Danh mục các chữ viết tắt
Trang
TDKL: Định luật tác dụng khối l-ợng. 6
BTNĐ: Bảo toàn nồng độ. 6
ĐKP: Điều kiện proton. 8
MK: Mức không. 8
TPGH: Thành phần giới hạn. 8
TPBĐ: Thành phần ban đầu. 8
EDTA, H
4
Y, Complexon III: Axit etylenđiamin tetraaxetic 8


định lƣợng (chuẩn độ tạo phức)
109
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn http://www.lrc-tnu.edu.vn
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đất nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội
nhập quốc tế. Nhân tố quyết định cuộc thắng lợi của công cuộc công nghiệp hóa,
hiện đại hóa này chính là nguồn lực con người. Để nguồn lực con người Việt Nam

nghiệp vẫn còn nhiều hạn chế. Vì vậy, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “ Xây dựng hệ
thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan dùng để kiểm tra đánh giá kiến thức học
phần Hóa phân tích, chương Cân bằng tạo phức trong dung dịch”
2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài
2.1. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu phương pháp dùng câu hỏi trắc nghiệm khách quan trong kiểm
tra - đánh giá kiến thức chương Cân bằng và Chuẩn độ tạo phức trong Hóa Phân
tích dành cho hệ Cao đẳng và Đại học Sư phạm.
- Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan sử dụng cho việc kiểm
tra - đánh giá kiến thức chương Cân bằng và Chuẩn độ tạo phức, hệ Cao đẳng và
Đại học Sư phạm, nhằm đánh giá được kết quả học tập của sinh viên một cách
chính xác hơn, đồng thời giúp giáo viên rút ra kinh nghiệm để đổi mới phương pháp
dạy học, góp phần nâng cao hiệu quả dạy học.
2.2. Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tính toán Cân bằng tạo phức và các phương
pháp chuẩn độ phức chất học phần Hóa phân tích.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về nguyên tắc xây dựng câu hỏi trắc nghiệm
khách quan.
- Phân loại câu hỏi trắc nghiệm khách quan thành 4 loại chính
- Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan học phần Hóa phân tích (giáo
trình Đại học Sư phạm Hà Nội), chương Cân bằng tạo phức và Chuẩn độ phức chất.
- Thực nghiệm sư phạm đánh giá khả năng lĩnh hội kiến thức của sinh viên,
xử lý đánh giá độ khó và độ phân biệt của các câu hỏi trắc nghiệm khách quan. http://www.lrc-tnu.edu.vn
3
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan dùng để kiểm tra - đánh giá kiến
thức, kỹ năng về Hóa phân tích, chương Cân bằng tạo phức và Chuẩn độ phức chất,

TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở lí thuyết về tính toán cân bằng tạo phức và các phƣơng pháp chuẩn
độ tạo phức
1.1.1. Cơ sở lí thuyết về tính toán cân bằng tạo phức [3], [5], [7], [9], [12]
1.1.1.1. Một số khái niệm chung về phức chất
Phức chất được tạo thành do sự kết hợp của các phần tử đơn giản (phân tử,
ion) có khả năng tồn tại độc lập trong dung dịch. Các phức chất có thể trung hoà
điện hoặc tích điện âm hay dương. Phức chất gồm nhóm trung tâm (hay chất tạo
phức) liên kết với phối tử bằng tương tác tĩnh điện hay liên kết phối trí. Số phối trí
của phức phụ thuộc bản chất của ion trung tâm, bản chất của phối tử và quan hệ
nồng độ giữa chúng. Mỗi ion liên kết có một số phối trí cực đại N.
Trong dung dịch các phức chất phân li hoàn toàn thành ion phức và ion cầu
ngoại. Tuỳ theo độ bền khác nhau mà ion phức phân li nhiều hay ít thành ion tương
tác và các phối tử. Độ bền phức chất thuộc vào bản chất ion tương tác và phối tử.
Độ bền của phức chất cũng thay đổi theo bản chất của dung môi.
Để đặc trưng cho độ bền của phức chất người ta thường sử dụng các hằng số
bền (hằng số tạo thành) từng nấc. Người ta cũng hay biểu diễn phản ứng tạo phức
trực tiếp từ ion kim loại và phối tử, lúc đó ta có các quá trình tạo phức tổng hợp và
hằng số cân bằng tương ứng được gọi là các hằng số tạo thành tổng hợp hoặc các
hằng số bền tổng hợp.
a. Hằng số tạo thành từng nấc (hằng số bền từng nấc).
Trong trường hợp tổng quát: Sự tạo phức giữa ion kim loại M
n+
với phối tử L
m-

được biểu diễn theo sơ đồ sau (để đơn giản chúng tôi không ghi điện tích ion).
http://www.lrc-tnu.edu.vn
5






k
1
, k
2
…. k
n
là các hằng số tạo thành từng nấc hoặc hằng số bền từng nấc của
các phức chất tương ứng. Các giá trị của k cho biết độ bền của từng phức và cho
phép so sánh khả năng tạo phức từng nấc.
b. Hằng số tạo thành tổng hợp (hằng số bền tổng hợp)
Chúng ta có thể biểu diễn cân bằng tạo phức qua hằng số tạo thành tổng hợp
bằng cách tổ hợp các cân bằng từng nấc.

1
22
33
2
3
..........................
n
M L ML
M L ML
M L ML
M nL MLn



, …., 
n
=
1
n
i
i
k


(1)
Chú ý rằng cân bằng tạo phức tổng hợp được viết trực tiếp từ ion kim loại và
phối tử.  càng lớn thì phức chất càng bền. Từ  ta có thể biểu diễn trực tiếp nồng độ
các dạng phức theo nồng độ cân bằng của ion kim loại và phối tử. Trong các dung dịch
loãng khi ion hệ số hoạt độ của cấu tử bằng 1 thì:
[ML] = 
1
[M] [L] ; [ML
2
] = 
1
[M] [L]
2
….,
[ML
n
] = 
n
[M] [L]
n

proton hoá của phối tử...). Thông thường ở pH rất thấp thì có thể coi sự tạo phức
hiđroxo xảy ra không đáng kể và ở pH cao thì sự proton hoá của phối tử là không
quan trọng. Trong điều kiện thuận lợi khi biết được pH của dung dịch có thể đánh
giá định lượng hơn.
- Nếu sự tạo phức xảy ra từng nấc thì có thể so sánh mức độ xảy ra giữa các
nấc tạo phức và bỏ qua các dạng phức không quan trọng (các dạng phức tạo thành ít
hay tạo thành không đáng kể).
- Biết được dạng tồn tại chủ yếu ta có thể đánh giá cân bằng theo định luật
TDKL hoặc theo định luật BTNĐ đối với ion kim loại và đối với phối tử.
Như vậy, việc đánh giá cân bằng tạo phức thường đòi hỏi phải có những điều
kiện gần đúng hoặc phải tiến hành bằng những phương pháp tính gần đúng thích hợp.
Dưới đây sẽ xem xét một số tổ hợp tính gần đúng đơn giản.
a. Phối tử rất dư so với ion trung tâm (C
L
>> C
M
) và các giá trị hằng số bền
tổng hợp chênh lệch nhau nhiều. 
n
>> 
n-1
>> … >> 
1
khi đó có thể chấp nhận các
điều kiện gần đúng: Coi phức tạo thành có số phối trí cao nhất, khi đó có thể tính
theo định luật TDKL (nếu các quá trình phụ không đáng kể).
Ví dụ 1: Tính cân bằng trong dung dịch gồm Ag
+
0,00010M và NH
3

có thể coi phối tử tham gia tạo
phức hết với ion trung tâm. Để tạo thành phức có số phối trí thấp nhất, khi đó có
thể tính theo định luật TDKL (nếu các quá trình phụ không đáng kể).
Ví dụ 2: Một dung dịch gồm Fe
3+
1M và SCN
-
0,0010M.
Xét các điều kiện gần đúng: Vì C
Fe
3+
>> C
SCN
_
. Mặt khác k
1
(10
3,03
)>>k
2
(10
1,94
)
nên phức tạo thành chủ yếu là phức FeSCN
2+
.
c. Trường hợp C
L
>> C
M

4
( 10
1,64
). Nên không có dạng phức nào chiếm ưu thế.
d. Trường hợp phản ứng tạo phức được thực hiện trong những điều kiện xác
định (như: pH = const, nồng độ chất tạo phức phụ cố định, lực ion hằng định …).
Khi đó chúng ta chỉ cần quan tâm đến mức độ xảy ra phản ứng tạo phức chính
giữa ion kim loại và phối tử, việc tính cân bằng sẽ được tính theo hằng số bền điều
kiện ' (hay hằng số tạo thành điều kiện).
Xét trường hợp đơn giản:

M L ML 
 Phức chính

2
M H O MOH H


*

L H HL 
K
a
-1M X MX 
x Phức phụ

 

pH= 2. β’ = 0,573.
e. Nếu trong dung dịch có các cân bằng liên quan đến phản ứng axit - bazơ có
thể tính cân bằng theo ĐKP với MK là TPGH hoặc MK là TPBĐ
1.1.2. Cơ sở lí thuyết các phương pháp chuẩn độ tạo phức [6], [11]; [12]; [18]
Trong phương pháp thể tích, người ta thường dùng các phương pháp chuẩn độ
tạo phức sau:
1.1.2.1. Phương pháp chuẩn độ Complexon
Phương pháp Complexon là phương pháp phổ biến nhất. Dựa trên phản ứng
tạo phức của các ion kim loại với nhóm thuốc thử hữu cơ có tên chung là:
Complexon (sử dụng phổ biến nhất là Complexon III có tên là Axit etylenđiamin
tetraaxetic EDTA (H
4
Y)). Thuốc thử này có ưu điểm là tạo phức bền với hàng chục
ion kim loại và thoả mãn các điều kiện của các phản ứng dùng trong phương trình.
Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi đề cập chủ yếu đến phương pháp chuẩn độ này.
a. Sự tạo phức của EDTA với các kim loại
EDTA có công thức:

HOOC CH
2
N CH
2
HOOC CH
2
CH
2
N
CH
2
COOH

(4)
a
a
a
a
H Y H H Y K
H Y H H Y K
H Y H HY K
HY H Y K

  
  
  









Sự tạo phức hiđroxo của ion kim loại:

( 1)
21
( 2)
22
2
2


1
22
(8)
2 (9)
( 1 )(10)
n
n
n
nn
M X MX
M X MX
M nX MX n N








  




(Ở đây, coi X không tham gia phản ứng proton hoá, để đơn giản không ghi
điện tích các phần tử).
Phản ứng tạo phức chính giữa EDTA và ion kim loại:
M

http://www.lrc-tnu.edu.vn
10
' =
 
   
'
''
MY
MY
(14)
Trong đó: [MY]': Tổng nồng độ các dạng tồn tại của phức giữa ion kim loại và EDTA.
[MY]' = [MY] + [MHY] + [MOHY] (15)
Từ (15) với (12) (13) ta có:
[MY]' = [MY] (1 + K
MHY
[H
+
] + K
MOHY
[OH
-
]) (16)
[M]' = tổng nồng độ các dạng tồn tại của kim loại trừ các dạng phức với EDTA.
Tức là nồng độ ion kim loại chưa bị chuẩn độ.

   
   
'
11
' ( )

(18)
[Y]’ = tổng nồng độ các dạng tồn tại của EDTA trừ các dạng tạo phức với ion kim loại.
[Y’] = [Y] + [HY] + [H
2
Y] + [H
3
Y] + [H
4
Y] (19)
Từ (1)  (4) có:
     
4 3 2
1
1 1 2 1 2 3 1 2 3 4
1 2 3 4
'
a a a a a a a a a a
y
a a a a
h K h K K h K K K h K K K K
Y Y Y
K K K K



   



(20)

NN
n
jn
jn
B H X













(23)
1 2 3 4
4 3 2
1 1 2 1 2 3 1 2 3 4
a a a a
Y
a a a a a a a a a a
K K K K
h K h K K h K K K h K K K K


   

0
i
i
CV
VV
= [Y]' + [MY]' (26)
Lấy (25) trừ (26) có: [M]' - [Y]' =
00
0
i
i
C V CV
VV


(27)
Chia 2 vế cho C
0
V
0
biến đổi có:
P - 1 = ([Y]' - [M]')
0
00
i
VV
CV

với
00

* Sau điểm tương đương: P > 1, [M]' << [Y]' nên P-1 = [Y]'
0
00
i
VV
CV

(30)
Từ (14) ta có: [Y]' =
 
 
'
1
''
MY
M


(31)
Bởi vì ở tại điểm tương đương và sau điểm tương đương:
[MY]' =
00
0i
CV
VV
nên
 
 
00
0

Ở sát điểm tương đương lượng dư ion kim loại hoặc thuốc thử rất bé và cùng cỡ
với lượng tạo thành do sự phân li của phức MY, thì phải giải chính xác bằng cách tổ
hợp (28), (32) và chú ý rằng:

0 0 0
00i
C V CC
V V C C


(vì CV
i
 C
0
V
0
), ta có:q =
 
 
0
0
1
'
''
CC
M
M CC




M
.
pM = pM' - lg
M

Khi chuẩn độ nếu ' < 10
8
thì phải kể đến sự phân li của phức MY. Việc tổ hợp các
phương trình (28) (31) với chú ý rằng:
[MY]' =
 
00
0
'
i
CV
M
VV



Sẽ cho ta phương trình tổng quát để tính [M]' tại các điểm chuẩn độ bất kì.
[M]'
2

 
0 0 0 0
00
11
'0

chất chỉ thị.
http://www.lrc-tnu.edu.vn
13
1. Chất chỉ thị màu kim loại: Là những thuốc nhuộm hữu cơ tạo được với ion
kim loại phức có màu đặc trưng, khác màu của chất chỉ thị. Đây là chỉ thị quan
trọng nhất trong chuẩn độ Complexon.
2. Các chất chỉ thị 1 màu thường là không có màu hoặc có màu rất nhạt, tạo
được với ion kim loại phức có màu đặc trưng.
3. Chất chỉ thị huỳnh quang có khái niệm tạo phức với kim loại và do đó màu
hoặc cường độ huỳnh quang của chất chỉ thị bị thay đổi.
4. Chất chỉ thị oxi hoá - khử được dùng khi kim loại chuẩn độ tồn tại được ở 2
dạng oxi hoá và khử.
* Phân loại các chất chỉ thị kim loại
Các chất chỉ thị trong chuẩn độ complexon phải thoả mãn các điều kiện sau :
- Có độ nhạy cao, để quan sát sự đổi màu khi nồng độ chất chỉ thị bé cỡ
10
-6
- 10
-5
M .
- Phức phải có độ bền trong 1 phạm vi xác định. Nhưng phải kém bền hơn phức
giữa ion kim loại – EDTA thì sự chuyển màu mới rõ. Thường chọn chất chỉ thị sao cho :
10
4
< ’
MIn
< 10
- 4
’
MY


N' N
jn
j=1 n=1
[M]' = [M] + [M(OH) ] + [MX ]

với X: Chất tạo phức phụ.
[In]': Tổng nồng độ các dạng của chất chỉ thị không tạo phức với kim loại.
[In]' = [In] + [HIn] + [H
2
In] + …..
Từ (38) 
'
M In
MIn MIn
MIn




trong đó:
 
1
11
1*
NN
n
j
M j n
jn


  

Đối với chất chỉ thị H
3
In có 3 hằng số phân li K
a1
, K
a2
, K
a3
Tỉ số
 
 
'
'
MIn
In
là tỉ số giữa nồng độ chất chỉ thị tồn tại dưới các dạng phức kim
loại với nồng độ các dạng chỉ thị tự do (không tạo phức). Tỉ số này quyết định sự
chuyển màu của chất chỉ thị.
Từ (38)  [M]' =
 
 
'
1
.
''
MIn
MIn

khác nhau.
http://www.lrc-tnu.edu.vn
15
a. Chuẩn độ trực tiếp.
Trong phương pháp này, người ta điều chỉnh pH thích hợp của dung dịch
chuẩn độ bằng một hệ đệm sau đó thêm dung dịch chuẩn từ Buret thường là
Complexon III (Na
2
H
2
Y) vào dung dịch chuẩn độ cho đến khi đổi màu của chất chỉ
thị từ màu của phức kim loại chỉ thị sang màu của chất chỉ thị ở trạng thái không
tạo phức.
Sai số trong chuẩn độ trực tiếp được đánh giá theo phương trình.
 
 
0
0
1
'
''
CC
qM
M CC



→
 
1

sao cho :
12
7
10
M Y M Y
   

c. Chuẩn độ thế
Khi không thể chuẩn độ trực tiếp ion kim loại M
1
bằng EDTA thì có thể thay
thế M
1
bằng một lượng tương đương kim loai M
2
có thể chuẩn độ trực tiếp bằng
EDTA. Muốn vậy người ta cho một lượng dư dung dịch Complexonat M
2
(M
2
Y)
vào dung dịch chuẩn độ và sau khi phản ứng trao đổi :
M
2
Y + M
1


M
1

'
MY

phải lớn hơn 10
7
để đảm bảo độ chính
xác chuẩn độ.
d. Chuẩn độ gián tiếp.
Nếu chất phân tích không tham gia phản ứng trực tiếp với Complexon thì có
thể định lượng bằng cách chuẩn độ gián tiếp với EDTA. Phương pháp gián tiếp
được áp dụng khi phân tích các hỗn hợp kim loại. Ở đây kim loại trong hỗn hợp
phân tích được thay bằng một kim loại khác có thể chuẩn độ chọn lọc bằng EDTA
hoặc có thể tách dễ dàng khỏi kim loại thứ hai có trong hỗn hợp phân tích.
Ví dụ Có thể xác định sunfat bằng cách cho vào dung dịch phân tích một
lượng dư chính xác Ba
2+
dư bằng EDTA và sau khi tách kết tủa BaSO
4
thì chuẩn độ
Ba
2+
dư bằng EDTA.
1.1.2.4. Các phương pháp chuẩn độ phức chất khác
Ngoài phương pháp chuẩn độ Complexon, người ta cũng dùng phản ứng tạo
phức giữa CN
-
với Ag
+

để định lượng CN

+ Ag(CN)
2


2AgCN
Ag
+
+ Ag(CN)
2



Ag[Ag(CN)
2
] lgK
S
= - 10,9
Như vậy, tại điểm dừng chuẩn độ xuất hiện vẩn đục của kết tủa Ag[Ag(CN)
2
].
Cũng có thể chuẩn độ CN
-
bằng AgNO
3
dùng KI làm chỉ thị có NH
3
dư.
Phản ứng chuẩn độ: Ag
+
+ 3CN

2+
+ 2Cl
-


HgCl
2

2
= 10
12,78

Chỉ thị được dùng là điphenyl cacbazon và tạo được với Hg
2+
(dư) phức chất
có màu xanh tím. Phản ứng cho kết quả tốt ở pH = 3,0 ÷ 3,5
1.2. Tổng quan về phƣơng pháp trắc nghiệm.
1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phƣơng pháp trắc nghiệm trên thế
giới và ở Việt Nam vào quá trình dạy học
Trắc nghiệm khách quan xuất hiện từ thế kỷ XIX do một nhà khoa học người
Mỹ nghĩ ra nhằm đánh giá trí thông minh của con người. Đến thế kỷ XX, E.
Toocdaica là người đầu tiên dùng trắc nghiệm để đo trình độ kiến thức của học sinh
đối với một số môn học .[20]
Năm 1940 đã xuất hiện nhiều hệ thống trắc nghiệm đánh giá kết quả học tập
của học sinh, tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này còn ít và phạm vi áp dụng
còn nhiều hạn chế. Cùng với việc ứng dụng của công nghệ thông tin vào nhiều lĩnh
vực khác nhau của đời sống thì trắc nghiệm cũng có điều kiện phát triển mạnh. Đặc
biệt ở Mỹ có một nền công nghiệp về trắc nghiệm.
Năm 1963, với sự trợ giúp của máy tính điện tử để xử lý kết quả thực nghiệm
trên diện rộng đã tạo điều kiện phát triển cho phương pháp trắc nghiệm trong nhiều

và các phương pháp trắc nghiệm như: Đại học sư phạm Hà Nội, Đại học Vinh, Đại
học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, Đại học sư phạm Thái Nguyên....[20].
Năm 2006, Bộ Giáo dục- Đào tạo áp dụng phương pháp trắc nghiệm khách
quan cho môn Tiếng Anh, năm 2007 mới áp dụng 3 môn: Lý, Hóa, Sinh. Đến nay
đã áp dụng rộng rãi trong giảng dạy ở phổ thông và sử dụng đại trà hình thức thi
trắc nghiệm cho kỳ thi tốt nghiệp phổ thông trung học và tuyển sinh vào Đại học
Cho đến nay, đã có rất nhiều các khóa luận tốt nghiệp, luận văn thạc sỹ, luận án cao
học, các nghiên cứu của sinh viên, học viên và của giảng viên ở các trường Đại học
nghiên cứu và áp dụng hình thức này.