Đề thi mơn Phân Tích Định Lượng Lớp Hóa 2006, 26/06/2008, 6:45 Thời gian: 120 phút (khơng tính phút đọc đề) Câu (2 điểm) Acid tartaric, H2C4H4O6 (M = 150.087), acid yếu chức có pKa1=3.0 pKa2 = 4.4 Cần định lượng acid mẫu chứa khoảng 80% acid tartatric dung dịch NaOH 0.1M xác định điểm cuối thị màu Hãy thiết lập quy trình phân tích hàm lượng acid tartaric mẫu (Thiết lập điều kiện chuẩn độ, đuờng cong chuẩn độ, chọn chất thị, lượng cân mẫu, thể tích định mức, cơng thức định lượng ) - Đây acid yếu có ∆pK = 1.4 chuẩn tổng hai nấc 0.25 đ - Phản ứng chuẩn độ: 0.25 đ H2C4H4O6 + OH- Ỉ HC4H4O6- + H2O HC4H4O6- + OH- Ỉ C4H4O62- + H2O - Xây dựng đường cong chuẩn độ: xét nấc - Điều kiện chuẩn độ: εNQ < 0.001: pKa2 + pCo + pD = 4.4 + pCo + pD < Æ pCo + pD < 3.6 Chấp nhận hệ số pha lỗng =2 tức pD = 0.3 Ỉ pCo < 3.3 tức Co>5 10-4N - Thực tế để nâng cao độ xác, nên chọn Co ≥ 0.05 M Ỉ thỏa điều kiện chuẩn độ 0.25 đ - Đường cong chuẩn độ: 0.25 đ o F = 1.99 Ỉ pH = pKa2 + = 6.4 o F = 2.00 Æ pH = 14 - 0.5 (pKb + pCo + pDF=2) = 14 - 0.5 (9.6 + 1.3 + 0.3) = 8.4 o F = 2.01 Ỉ pH = 14 – (pCo + + pDF=2.01) = 10.4 - Chọn chất thị: chuẩn độ tổng hai nấc nên xem trường hợp tương tự chuẩn độ acid yếu đơn chức xét đến việc chọn thị có pT thích hợp có độ xác cao có thể, tức F0.999 F1.001, tức 7.4 < pT < 9.4 Các thị phù hợp gồm có: thị hỗn hợp pT = 8.3 phenolphthalein số thị hỗn hợp khác có pT 7.5, 8.9 9.0 (tham khảo cách pha thị hỗn hợp sổ tay hóa phân tích) 0.25 đ - Pha chế: o thể tích dung dịch mẫu: cần 100 mL o Lượng acid: m = C tartaric acid * Vtartaric acid 1000 *M * 100 = 0.9380 g (chọn nồng độ mẫu 80 xấp xỉ 0.05M) 0.25 đ o Chuẩn độ: Nạp NaOH vào buret, chuẩn độ lặp 10 mL dung dịch acid tartatric hút từ bình định 100 mL, ghi thể tích VNaOH tiêu tốn (sau lấy trung bình) 0.25 đ o Cơng thức định lượng: đuơng lượng acid % acid tartaric mẫu tính sau: % acid tartaric = V NaOH N NaOH 100 * * * M Acid tartaric * 100 0.25 đ V Acid tartaric 1000 Câu (3.5 điểm) Chuẩn độ dung dịch NaOH chất chuẩn “gốc” potassium hydrogen phthalate (KHP), pKa1 = 2.93; pKa2 = 5.41; đuợc thực cách cân trực tiếp lượng xác định KHP rắn thay hút thể tích xác định KHP 0.1000N vào erlen Quy trình mắc sai số từ nhiều nguồn gây sai số khác Hãy phân định (có giải thích) trường hợp sau đây, nguồn gây sai số sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống hay khơng gây sai số Nếu có gây sai số dự đốn nồng độ NaOH xác định đuợc so với nồng độ NaOH không mắc sai số Phản ứng chuẩn độ sau C8H5O4– + OH– Æ C8H4O42– + H2O (a) Cân dùng để lấy KHP không đuợc hiệu chuẩn phù hợp khối lượng cân lệch âm 0.15g Do cân lệch âm, tức khối lượng hóa chất hiển thị cân ln thấp khối lượng thực tế 0.15 g (ví dụ: đọc cân 5g thực tế 5.15g) làm cho phân tích viên ln lấy luợng hóa chất nhiều 0.15 g so với luợng hóa chất muốn lấy Ỉ nồng độ KHP ln cao nồng độ muốn lấy Ỉ thể tích NaOH cần để chuẩn KHP ln cao thực tế Ỉ nồng độ NaOH tính (tỷ lệ nghịch với thể tích NaOH) ln thấp thực tế Ỉ sai số hệ thống, sai số âm (thiếu) 0.5 đ (b) Chỉ thị sử dụng phản ứng chuẩn độ đổi màu pH KHP acid yếu, chuẩn độ NaOH, điểm tương đương nằm môi truờng kiềm nhẹ, (pH ≈ 14 - 0.5*(pKb1 + pCo) = 9.05) thị đổi màu khoảng pH 3-4 chắn điểm cuối nằm trước điểm tương đuơng Sai số hệ thống, sai số âm 0.5 đ (c) Có bọt khí kẹt đầu buret lúc bắt đầu chuẩn độ lúc kết thúc chuẩn độ Bản thân bọt khí chiếm thể tích nhật định đó, bọt khí kẹt đầu buret bị thay dung dịch chất chuẩn Ỉ thể tích dung dịch NaOH đọc buret lớn thể tích NaOH thực tế dùng để chuẩn lượng KHP erlenỈ nồng độ NaOH tính tốn đuợc thấp nồng độ dung dịch thực tế Ỉ sai số hệ thống, âm (thiếu) 0.5 đ (d) KHP sử dụng lần chuẩn lặp đuợc cân riêng erlen khác chỉnh zero lúc cân erlen thứ Khối lượng erlen lần lặp khác nhau, khối lượng erlen lần lặp sau lớn hay nhỏ khối lương erlen Ỉ zero lần cân sai số mắc phải lần cân sau sai số hệ thống, âm hay dương, không phân định đuợc sai số erlen âm hay dương 0.5 đ (e) Không sấy khô KHP trước dùng Do khơng sấy khơ, có lượng nước tồn KHP nên hàm luợng KHP mẫu thấp thực tế, thể tích dung dịch KHP sử dụng phản ứng chuẩn độ cao thực tế Ỉ tính hàm lượng NaOH lớn thực tế Ỉ sai số dương 0.5 đ (f) Khơng sấy khô NaOH trước dùng Do không sấy khô, có lượng nước tồn NaOH nên hàm luợng NaOH mẫu thấp so với hàm luợng NaOH mẫu khan kết phép chuẩn độ không ảnh hưởng (không gây sai số) nồng độ NaOH tính đuợc từ phép chuẩn độ phụ thuộc vào nồng độ chất gốc KHP 0.5 đ (g) Quy trình chuẩn độ u cầu pha lỗng KHP nước đến 25 mL phân tích viên lỡ pha loãng đến 35 mL số mẫu chuẩn lặp Độ pha lỗng khơng làm thay đổi số mol hay số đuơng lượng KHP erlen, không ảnh hưởng đáng kể tới khoảng bước nhảy đuờng cong chuẩn độ Ỉ khơng ảnh hưởng đến điểm cuối phản ứng chuẩn độ trường hợp Ỉ khơng có sai số 0.5 đ Câu (3.5 điểm) Hàm lượng Fe mẫu thiên thạch đuợc xác định chuẩn độ oxyhóa khử với KMnO4 Hịa tan 0.4185-g mẫu acid dùng cột Walden khử định lượng Fe3+ Fe2+ Chuẩn độ KMnO4 0.02500 M, với hỗn hợp bảo vệ Zymmerman, tốn 41.27 mL Cho + o o E Fe = 0.77V , E MnO = 1.51V , [H ] = 2N 3+ − / Fe + ,8 H + / Mn + Hãy nêu cấu tạo cách sử dụng cột Walden: Chứa Ag kim loại môi trường HCl nồng độ phù hợp có tính tóan trướcỈ oxyhóa khử cột phụ thuộc vào nồng độ HCl Khi sử dụng, nồng độ HCl dung dịch mẫu phải với nồng độ HCl cột theo tính tốn 0.5 đ Viết phương trình phản ứng 0.5 đ Trong ống khử Walden: Fe3+ + Ag + HCl Ỉ Fe2+ + AgCl + H+ Khi chuẩn độ: KMnO4 + 5Fe2+ + 8H+ Ỉ Mn2+ + K+ + 5Fe3+ + 4H2O Vẽ đuờng cong chuẩn độ Điều kiện chuẩn độ: o' o E MnO = E MnO + − − ,8 H + / Mn + ,8 H + / Mn + ε NQ = [X R ]F =1 [X Ox ]F =1 [ ] 0.0591 0.0591 * lg H + = 1.51 + lg =1.538V 0.25 đ 5 ⎛ 0.0591 0.0591 ⎞ o' ⎟⎟ * 0.25 đ < 0.001 ⇒ ∆E o ' = E Ro ' − EOx > ⎜⎜ + n n x R Eo=1.538-0.771 =0.767V>(0.0591/1+0.0591/5)*3 0.25 ã F=0.99 ặ E0.99 = E X + o' F 0.0591 lg = 0.771 + 0.0591* = 0.89V 0.25 đ 1− F n X E Xo ' + nR E Ro ' * 0.771 + *1.538 = = 1.41V 0.25 ã F=1 ặ E F =1 = n X + nR o' ã F>1 ặ EF =1.01 = ER − 0.0591 (F − 1) = 1.538 − 0.0591 * = 1.514V 0.25 đ nR Tính % theo khối lượng Fe2O3 mẫu thiên thạch - Số đuơng lượng KMnO4 tiêu tốn phản ứng chuẩn độ: 41.27*0.0250*5 = 5.15875 mili đương lượng Đây số mol Fe có 0.4185 g thiên thạch 0.5 đ - % Fe2O3 thiên thạch: % Fe2 O3 = 5.15875 * 55.847 159.6882 * * 100 = 98.4219 ≈ 98.42 % 0.5 đ 1000 * 0.4185 * 55.847