Cách tính chuẩn độ — từng bước

Các phép tính chuẩn độ axit-bazơ giúp bạn tìm nồng độ hoặc lượng chất chưa biết từ thể tích chuẩn độ đã đo được. Trong hầu hết bài toán, bạn tính số mol của dung dịch đã biết, dùng phương trình cân bằng, rồi giải đại lượng chưa biết.

Nếu axit và bazơ phản ứng theo tỉ lệ $1:1$, công thức rút gọn là:

$$C_a V_a = C_b V_b$$

Công thức rút gọn này chỉ đúng khi một mol axit phản ứng với một mol bazơ. Nếu các hệ số không phải $1:1$, hãy dùng phương trình cân bằng thay vì cố áp dụng công thức rút gọn.

Thực chất phép tính chuẩn độ đang làm gì

Một phép tính chuẩn độ xoay quanh điểm tương đương. Tại điểm đó, axit và bazơ đã phản ứng đúng theo tỉ lệ mol trong phương trình cân bằng.

Hãy dùng quy trình này mỗi lần làm bài:

1. Viết phương trình phản ứng đã cân bằng.
2. Đổi nồng độ và thể tích đã biết thành số mol.
3. Dùng tỉ lệ mol từ phương trình.
4. Giải nồng độ hoặc thể tích chưa biết.

Nếu bạn tính trực tiếp số mol bằng $n = CV$, hãy dùng nồng độ theo $\mathrm{mol/L}$ và thể tích theo $\mathrm{L}$. Nếu bạn dùng phương trình tỉ lệ có thể tích ở cả hai vế, đơn vị thể tích có thể giữ là mL miễn là chúng giống nhau.

Công thức tổng quát cho chuẩn độ axit-bazơ

Với phản ứng đã cân bằng có dạng

$$aA + bB \rightarrow \text{products}$$

điều kiện tại điểm tương đương là:

$$\frac{n_A}{a} = \frac{n_B}{b}$$

Dùng $n = CV$, ta được:

$$\frac{C_A V_A}{a} = \frac{C_B V_B}{b}$$

Đây là công thức đáng tin cậy. Công thức rút gọn $C_a V_a = C_b V_b$ chỉ là trường hợp đặc biệt khi $a = b = 1$.

Ví dụ có lời giải: Tìm nồng độ axit chưa biết

Giả sử $25.0\ \mathrm{mL}$ axit clohidric, HCl, được chuẩn độ bằng natri hiđroxit, NaOH, có nồng độ $0.100\ \mathrm{mol/L}$. Điểm tương đương đạt được sau khi thêm $18.6\ \mathrm{mL}$ NaOH. Hãy tìm nồng độ của HCl.

Bắt đầu với phương trình phản ứng đã cân bằng:

$$\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O}$$

Đây là phản ứng $1:1$, nên số mol HCl và NaOH bằng nhau tại điểm tương đương.

Bước 1: Tính số mol NaOH đã thêm

Đổi thể tích NaOH sang lít:

$$18.6\ \mathrm{mL} = 0.0186\ \mathrm{L}$$

Sau đó tính số mol NaOH:

$$n(\mathrm{NaOH}) = CV = 0.100 \times 0.0186 = 0.00186\ \mathrm{mol}$$

Bước 2: Dùng tỉ lệ mol

Vì phản ứng là $1:1$:

$$n(\mathrm{HCl}) = 0.00186\ \mathrm{mol}$$

Bước 3: Tính nồng độ HCl

Đổi thể tích axit sang lít:

$$25.0\ \mathrm{mL} = 0.0250\ \mathrm{L}$$

Sau đó giải:

$$C(\mathrm{HCl}) = \frac{n}{V} = \frac{0.00186}{0.0250} = 0.0744\ \mathrm{mol/L}$$

Vậy nồng độ axit clohidric là $0.0744\ \mathrm{mol/L}$.

Cách lập luận này giống nhau trong hầu hết các bài toán chuẩn độ: thể tích đo được cộng với nồng độ đã biết cho số mol, và tỉ lệ mol cho đại lượng chưa biết.

Khi nào $C_a V_a = C_b V_b$ không dùng được

Học sinh thường ghi nhớ $M_1 V_1 = M_2 V_2$ quá sớm. Điều đó dễ gây sai khi phản ứng không phải $1:1$.

Ví dụ, axit sulfuric phản ứng với natri hiđroxit như sau:

$$\mathrm{H_2SO_4} + 2\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na_2SO_4} + 2\mathrm{H_2O}$$

Ở đây, một mol axit phản ứng với hai mol bazơ. Tại điểm tương đương:

$$\frac{C_{\mathrm{H_2SO_4}} V_{\mathrm{H_2SO_4}}}{1} = \frac{C_{\mathrm{NaOH}} V_{\mathrm{NaOH}}}{2}$$

Nếu bạn đặt sai hai tích $CV$ bằng nhau, đáp án sẽ sai lệch một hệ số $2$. Chính phương trình cân bằng giúp bạn tránh lỗi đó.

Những lỗi thường gặp trong phép tính chuẩn độ

Xem điểm kết thúc là hoàn toàn chính xác

Trong thí nghiệm thực tế, điểm kết thúc theo chất chỉ thị chỉ là một ước lượng của điểm tương đương. Trong nhiều bài tập sách giáo khoa, hai điểm này được xem là như nhau trừ khi đề bài nói khác.

Quên cân bằng phương trình

Tỉ lệ mol đến từ phương trình cân bằng, không phải từ tên các chất. Nếu hệ số sai, toàn bộ phép tính sẽ sai.

Trộn lẫn đơn vị một cách bất cẩn

Nếu bạn dùng trực tiếp $n = CV$, hãy đổi thể tích sang lít. Nếu bạn dùng dạng tỉ lệ như $\frac{C_A V_A}{a} = \frac{C_B V_B}{b}$, đơn vị thể tích có thể giống nhau ở hai vế, nhưng vẫn phải nhất quán.

Nhầm lẫn giữa nồng độ và số mol

Một thể tích lớn của dung dịch loãng có thể chứa cùng số mol như một thể tích nhỏ của dung dịch đậm đặc. Phản ứng phụ thuộc vào số mol, không chỉ riêng nồng độ.

Khi nào dùng phép tính chuẩn độ axit-bazơ

Các phép tính này được dùng để tìm nồng độ chưa biết, chuẩn hóa dung dịch và kiểm tra xem dung dịch đã pha có đúng nồng độ như mong đợi hay không.

Chúng cũng xuất hiện trong các bài toán trung hòa nói chung. Bất cứ khi nào đề bài hỏi bao nhiêu axit phản ứng với bao nhiêu bazơ, ý tưởng stoichiometry tương tự thường nằm bên dưới.

Thử thêm một bài toán chuẩn độ nữa

Hãy chỉ thay đổi một con số trong ví dụ đã giải, chẳng hạn như thể tích NaOH, rồi giải lại từ đầu. Đó là cách nhanh nhất để kiểm tra xem bạn đã hiểu phương pháp hay chưa mà không học thuộc công thức rút gọn một cách máy móc.