Báo cáo thí nghiệm hoá phân tích

- EDTA và muối Natri dẫn xuất sẽ tạo ra những phức chất nối liên kết với những ion đa hóa trị trong dung dịch, các phức chấ ở những pH khác nhau sẽ có độ t bền khác nhau.. Cũng có thể ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - -

BÁO CÁO

THÍ NGHIỆM HOÁ PHÂN TÍCH

Môn học: Thí Nghiệm hoá phân tích Mã môn học: EACH210503_1_01CLC

Thực hiện: Nhóm 2 GVHD: Văn Thanh Khuê

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

I Mục tiêu thí nghiệm

- Xác định được độ cứng của một mẫu nước bất kỳ

- Làm được phép định phân ngược xác định ion kim loại bằng EDTA

II Nguyên tắc

1) Phương pháp định lượng bằng Complexon

- Là phương pháp định lượng dựa trên phản ứng tạo thành hợp chất nội phức của nhiều ion kim loại vớ một số i thuốc thử hữu cơ là các acid amin, polycacboxylic và các dẫn xuất của chúng gọi là các complexon Hay dùng nhất là Ethylene Diamine Tetra acetic Acid (EDTA), ký hiệu là H4Y

- EDTA và muối Natri dẫn xuất sẽ tạo ra những phức chất nối liên kết với những ion đa hóa trị trong dung dịch, các phức chấ ở những pH khác nhau sẽ có độ t bền khác nhau

- Complexon III hay Trilon B (Na2C10H N142O8) là muối dinatri của acid ethylene diamine tetra acetic (EDTA) có công thức cấu tạo:

N-CH CH2- 2-N Ký hiệu là Na2H2Y

- Có thể pha chế dung dịch trilon B có nồng độ chính xác theo lượng cân Cũng có thể pha chế dung dịch trilon B có nồng độ gần chính xác sau đó xác định lại nồng độ của dung dịch này bằng dung dịch chuẩn MgSO hay ZnSO44 - Phản ứng giữa ion kim loại và trilon B xảy ra như sau:

H Y2 2- +Zn2+→ ZnY2- +2H+

H Y2 2- +Mg2+→MgY2- +2H+

(Phản ứng xảy ra theo tỷ lệ 1:1)

- Để xác định điểm tương đương, thường dùng chất chỉ thị Eriocrom đen T (ETOO, 1-oxi-2-naphtylazo-6-nitro-2-naphtol-4-sunfonic) ký hiệu H3Ind - ở pH=10; phức chất giữ chỉ thị Eriocrom đen T (ETOO) và ion canxi cũng như

Magie có màu đỏ ợu vang Khi thêm trilon B vào dung dịch, trilon B sẽ dầrư n thế ỗ ETOO trong phân tử phức ất Khi phản ứng hoàn toàn dung dịch mấch ch t màu đỏ và trở thành màu xanh da trời tại điểm cuối chuẩn độ

- Độ nhạy cảu phản ứng tăng theo pH, tuy nhiên khi vượt quá pH=10 sẽ tạo thành kết tủa CaCO và Mg3 (OH)2 ảnh hưởng đến kết quả Thời gian định phân quá lâu cũng có thể tạo kết tủa CaCO3, tốt nhất không kéo dài quá 5 phút.

Định phân ngược: xác định Al3+

- Trong môi trường acid yếu việc định phân xác định Al bằng trilon B gặp khó khan do phức hydroxo của Al tác dụng với trilon B rất chậm

- Đun nóng dung dịch, vận tốc phản ứng tăng nhưng vẫn không thể dùng phản ứng này để định phân Al trực tiếp được

- Không giữ được Al3+ ở pH cần thiết cho sự tạo phức, ở pH=9 xảy ra sự kết tủa Al(OH)

- Phức giữa Al với Eriocrom đen T (AlInd) bền hơn phức giữa Al với trilon B (AlY-) nên complexon không đẩy được chỉ th ị.

- Trong đa số trường hợp người ta xác định Al bằng phương pháp định phân ngược

- Quá trình định phân ngược như sau:

+ Thêm vào dung dịch cần phân tích một lượng dung dịch chuẩn complexon dư

+ Thêm dung dịch đệm để thiết lập pH cần thiế t + Thêm chỉ thị thích hợp

+ Định phân lượng complexon dư bằng một dung dịch muối kim loại (thường là MgSO hoặc ZnSO44).

+ Chú ý:

+ Dung dịch đệm phải cho sau trilon B để tránh kết tủa Al(OH) Trước lúc 3

định phân, Eriocrom đen T không phá đượ phức complexonat nhôm c (AlY-) vì Eriocrom đen T cho vào sau với lượng rất ít, trong khi đó AlY

-được tạo phúc trước và trong điều kiện rất bền (dư H2Y2) + Al3+ +H2Y

2-dư→AlY- +2H+

+ Khi kết thúc định phân chỉ dư một giọt ZnSO 0,01M tạo nên phức giữ4 a Zn2+ với Erocrom đen T (ZnInd ) có màu đỏ mận.

-+ Complexonat kẽm phải kém bền hơn complexonat nhôm để ZnSO không 4

tác dung với lượng trilon B đã tạo phức với Al3+

- Dùng pipette lấy chính xác 10mL ZnSO 0.1N cho vào cốc có mỏ Sau đó 4

dùng nước cất định lượng tới 100mL bằng bình định mức a) Mô tả cách pha chế (ngắn gọn bao gồm dụng cụ cần thiết):

- Dùng pipet 10mL lấy chính xác 10mL dung dịch TrilonB 0,1000N cho vào bình định mức 100mL (để giọt cuối cùng tự ảy xuống bình định mức dùng dụng cụ để đẩch y nhanh tốc độ ảy của dung dịch) và định mứ 100mL ch c

- Tiếp theo lấy chính xác 10mL Zn2SO4 0.1M bằng pipet pha loãng thành 100mL với nồng độ 0.01N ( lấy chính xác)bằng bình định mức rồi sau đó cho vào Erlen, them khoảng 5mL NH4Cl+NH4OH ( dung dịch đệm ) và một ít chất chỉ ị Eriocrom đen T th ( lấy bằng ½ hạt đậu xanh), lắc đều cho đến khi chỉ thị tan hết

- Sau đó chuẩn độ bằng dung dịch TrilonB trong burette cho tới kho dung dịch từ màu đỏ mận chuyển sang màu xanh trong Ghi thể tích TrionB đã tiêu tốn

- Lặp lại thí nghiệm trên 3 lần, lấy số trung bình - Tính nồng độ TrilonB có ghi rõ khoảng tin cậy

d) Nhận xét , giải thích hiện tượng và đánh giá kết quả phân tích

- Hiện tượ : ban đầu dung dịch có màu đỏ mận sau khi chuẩn độ chuyển sang màu ng xanh trong

Dung dịch trức khi chuẩn độ

Dung dịch sau khi chuẩn độ

- Giải thích hiện tượng:

+Khi chuẩn độ, dung dịch chứa EDTA và chỉ ị Eriocrom đen (ET-00) có màu đỏ th nho, do chỉ ị th ET-00 tạo phức với ion Zn2+ trong dung dịch ZnSO4 Phức này có công thức là Zn(ET-00)2 và có màu đỏ nho

+ Khi thêm dung dịch đệm NH4Cl+NH4OH vào dung dịch, pH của dung dịch sẽ được duy trì ở mức khoảng 10 Điều này là cần thiết để hạn chế sự phân ly của phức EDTA-Zn2+ và tăng hằng số bền của phức này

+ Khi tiếp tục thêm dung dịch complexon III (Na2H2Y) vào dung dịch, complexon III sẽ cạnh tranh với chỉ ị th ET-00 để tạo phức với ion Zn2+ Phức EDTA-Zn2+ có hằng số bền cao hơn phức ET-00-Zn2+, nên complexon III sẽ chiếm ưu thế và giải phóng chỉ ị th ET-00 ra khỏi phức

+ Khi lượng complexon III bằng lượng ion Zn2+, phả ứng chuẩn độ kết thúc Lúc n này, chỉ thị ET-00 sẽ tồn tại dưới dạng tự do và có màu xanh dương Điểm này gọi là điểm kết thúc của chuẩn độ

Do đó, dung dịch sẽ chuyển từ màu đỏ nho sang màu xanh dương khi chuẩn độ EDTA bằng phương pháp Complexon

- Đánh giá kết quả phân tích và nêu những tác nhân làm khác biệt về nồng độ EDTA giữa thực tế và lý thuyết:

+ Nồng độ của EDTA sau khi chuẩn độ lại là: (N)vơi độ chính xác của phép chuẩn độ lại EDTA là 95.3 % nên kết qua này tạm chấp nhận được và sai số ấp nhận được, ta ch có thể sử du ng dung dịch EDTA này làm chất chuẩn để tiến hành xác định nồng độ của các chất khác

+ Sau khi phan ứng xay ra hoàn toàn thì màu của dung dịch chứa trong Erlen chuyển sang màu đỏ tía

+ Cần lưu ý màu của Eriocrom đen T phu  thuộc vào pH nên khi định phân phai cho thêm dung dịch đệm 𝑁𝑁4𝑁𝑁 + 𝑁𝑁4𝑁𝑁 để có pH ở khoang trên

2 Xác định độ cứng chung của nước

a) Mô tả cách tiến hành thí nghiệm (ngắn gọn bao gồm dụng cụ cần thiết): - Chuẩn độ bằng nước máy:

+ Cho dung dịch Trilon B ( đã được xác định chính xác nồng độ) lên Burette + Lấy chính xác 100mL nước máy cho vào Erlen cỡ 250mL, sau đó thêm 5mL dung dịch đệm ( NH4OH + NH4Cl ), và cho thêm một ít chỉ ị Eriocrom đen T ở dạng khô th ( lấy bằng ½ hạt đậu xanh ), lắc đều đến khi chỉ ị ta ra hếth t

+ Định phân dung dịch trong Erlen bằng dung dịch chuẩn Trilon B cho đến khi màu của dung dịch chuyển từ màu đỏ tía sang màu xanh lơ, ghi thể tích Trilon B tiêu tốn + Phép xác định lặp lại 3 lần, lấy số ệu trung bình.li

- Chuẩn độ bằng nước cất để so sánh: + Các bước thực hiện như chuẩn độ ớc máy.nư

+ Thay nước máy trong Erlen bằng nước cất để đem đi chuẩn độ + Ghi nhận lại thể tích Trilon B tiêu tốn

d) Nhận xét , giải thích hiện tượng và đánh giá kết quả phân tích

- Hiện tượ : ban đầu dung dịch có màu đỏ tía sau khi chuẩn độ chuyển sang màu xanh ng lơ.

Dung dịch trứơc khi chuẩn độ

Dung dịch sau khi chuẩn độ

- Giải thích hiện tượng:

+ Trong nước máy, có chứa các ion kim loại như Ca2+ và Mg2+, gây độ cứng cho nước Để xác định lượng các ion này, ta có thể dùng EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) là một chất tạo phức với các ion kim loại theo tỉ lệ 1:1 EDTA có thể tồn tạ ở i nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào pH của dung dịch, nhưng dạng phổ biến nhất là muối dinatri của EDTA (Na2H2Y) hay còn gọi là complexon III

+ Khi chuẩn độ, ta dùng dung dịch đệm NH4OH + NH4Cl để duy trì pH ở khoảng 10, vì ở pH này, EDTA có khả năng tạo phức tốt nhất với Ca2+ và Mg2+ Ta cũng thêm một ít chất chỉ ị eriocrom đen (ET-00) vào dung dịch nước máy ET-00 là một acid th hữu cơ yếu, có khả năng tạo phức màu với các ion kim ại và cũng là chỉ ị axit-bazơ.lo th + Ban đầu, ET-00 sẽ tạo phức màu xanh lá cây với Mg2+ trong nước máy + Khi ta thêm từ từ dung dịch EDTA vào dung dịch nước máy, EDTA sẽ tạo phức với Ca2+ và Mg2+ theo tỉ lệ 1:1, giải phóng ET-00 ra khỏi phức

+ Khi hết Mg2+, EDTA sẽ tiếp tục tạo phức với Ca2+

+ Khi hết Ca2+, EDTA sẽ dư trong dung dịch Lúc này, ET-00 sẽ không còn tạo phức với bất kỳ ion kim loại nào, mà chỉ hoạt động như một chỉ ị axit-bazơ Vì pH củth a dung dịch là khoảng 10, ET-00 sẽ bị trung hòa bởi NH4OH trong dung dịch đệm và chuyển sang màu xanh lam

Trong đó, In2- là dạng ion của ET-00 có màu xanh lam

+ Sự chuyển màu từ xanh lá cây sang xanh lam cho biết điểm kết thúc của quá trình chuẩn độ Từ đó, ta có thể tính được nồng độ của Ca2+ và Mg2+ trong nước máy

- Đánh giá kết quả phân tích và nêu những tác nhân làm khác biệt về nồng độ EDTA giữa thực tế và lý thuyết:

Như chúng ta đã biết, tổng độ cứng là tổng của các muối Ca và Mg 2+2+

tan trong nươc Tuy nhiên, độ cứng của nươc, trong trường hợp này, là chi được tính dựa trên lượng CaCO có trong nươ3  c Do đó, chi có kết qua gần đúng của độ cứng của nươc 𝟎 𝟎𝟎𝟖𝟔𝟖 ± 𝟎 𝟎𝟎𝟎𝟗 (g/L) với độ chính xác

- Dùng pipette lấy chính xác 10mL Al2(SO4)3 0.1N cho vào cốc có mỏ Sau đó dùng nươc cất định lượng tơi 100mL bằng bình định mức

a) Mô tả cách tiến hành thí nghiệm (ngắn gọn bao gồm dụng cụ cần thiết): - Cho dung dịch Zn 0.01M lên Burette.2+

- Lấy vào Erlen 2mL dd Al cần xác định, thêm 10mL Trilon B 0.01M, 5mL dung 3+

dịch đệm ( NH OH + NH Cl) và một ít Eriocrom đen T ( bằng ½ hạt đậu xanh ).44

- Cho từ từ dung dịch Zn từ Burette xuống để phả ứng với lượng dư TrilonB trong 2+ n dung dịch cho đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang phức màu đỏ tía ( không mất trong 30s ) Ghi lại thể tích Zn tiêu tố2+ n

- Phép thử xác định lặp lại 3 lần, lấy số ệu trung bình.li

d) Nhận xét , giải thích hiện tượng và đánh giá kết quả phân tích

- Hiện tượng: ban đầu dung dịch có màu xanh sau đó chuyển sang màu đỏ tía

Dung dịch trước khi chuẩn độ

Dung dịch sau khi chuẩn độ

- Giải thích hiện tượng:

Sự thay đổi màu sắc khi chuẩn độ bằng phương pháp chuẩn độ complexon là do sự tạo phức giữa các ion kim loại trong dung dịch chuẩn độ với chất chuẩn (EDTA) và chất chỉ ị th (Eriocrom đen) Trong trường hợp này, dung dịch chuẩn độ có chứa Al3+ và Trilon B (tên khác của EDTA) và dung dịch đệm NH4OH+ NH4Cl để duy trì pH = 10 Chất chỉ thị Eriocrom đen có màu xanh lá cây khi kết hợp với Al3+ và có màu đỏ khi ở ạng thái tự do¹ Khi thêm tr Zn2+ từ buret vào dung dịch chuẩn độ, Zn2+ sẽ tạo phức với Trilon B và giải phóng Al3+, làm cho dung dịch chuyển màu từ xanh lá cây sang đỏ tại điểm kết thúc

- Đánh giá kết quả phân tích và nêu những tác nhân làm khác biệt về nồng độ EDTA giữa thực tế và lý thuyết:

+ Để xác định nồng độ Al3+, chúng ta phai chuẩn độ ngược vơi Trilon B và chi thị ETOO Chúng ta không thể ực hiện chuẩn độ ực tiếp  th tr bởi vì, trong điều kiện axit, phức hydroxo của Al phan ứng vơ  i trilon B rất chậm

+ Đun nóng dung dịch, vận tốc phan ứng tăng nhưng vẫn không thể dùng phan ứng này để định phân Al trực tiếp được

+ Không giữ ợc Al ở pH cần thiết cho sự tạo phức, ở pH = 9 đư 3+

xay ra sự kết tủa Al(OH)3

+ Phức giữa Al3+ vơi Eriocrom đen T (AlInd) bền hơn phức giữa Al vơi Trilon B (AlY nên complexon không đẩy-) được chi th ị  Vì vậy, cần sử du ng phương pháp chuẩn độ ngược để tìm ra nồng độ ực của Alth 3+ Ở giai đoạn đầu, thêm trilon B và dung dịch Al3+, chúng phan ứng vơi nhau theo phương trình:

𝑨𝒍𝟑++ 𝑯𝟐𝒀𝟐−𝒅ư → 𝑨𝒍𝒀 +− 𝟐𝑯+

+ Sau khi phan ứng giữa trilon B và Al3+ kết thúc, ta chuẩn độ EDTA dư bằng Zn2+ đã biết nồng độ chính xác của vơi chi thị ETOO:

𝒁𝒏𝟐++ 𝑯𝟐𝒀𝟐−𝒅ư → 𝑨𝒏𝒀𝟐− + 𝑯+

+ Khi chuẩn độ đến điểm cuối, dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu tím do sự tạo thành phức hợp ZnY Suy ra số mol Al bằng lấ2-3+ y số mol trilon B dư trừ đi số mol Zn2+ Chúng ta có nồng độ và khối lượng của trilon B và Zn2+ và khối lượng của Al3+:

(𝐶𝑇𝑟𝑖𝑜𝑛𝑙𝑜𝑛 𝐵(𝑁) × 𝑉𝑇𝑟𝑖𝑜𝑛𝑙𝑜𝑛 𝐵) − (𝐶𝑀 𝑍𝑛2+ × 𝑉𝑍𝑛2+)

- Kết qua tính nồng độ của Al3+ là) 𝝁 = 𝟎 𝟎𝟏𝟗𝟏 ± 𝟎 𝟎𝟎𝟏𝟕(M Kết qua này khá tốt vơi độ chính xác cho phần trămchuẩn độ là 91.1 %.

IV Các lưu ý thí nghiệm

- Kiêm tra du ng cu  truơc khi thi nghiẹm - Rưa qua cac du ng cu  thi nghiẹ  m băng nuơc cât

- Phai lây chinh xa c luơng dung di ch ZnSO 0,01M băng pipette

- Dung 1 mâu giây trăng đê dê quan sat đuơc sư đôi mau cua dung di ch - Khi đo c kêt qua phai đưng thăng lung đạt măt ngang vơi va ch đo - Ghi chep kêt qua đo cân thạn

- Khi làm thí nghiệm phải rửa sach dụng cụ bằng nước cất để tránh sự tạp nhiễm của các chất khác

V Trả lời câu hỏi

Câu 1:Viết các phản ứng xảy ra trong quá trình xác định độ cứng của nước bằng dung dịch trilon B Giải thích sự đổi màu của chất chỉ thị trong

Trong phương pháp này chất chỉ ị được sử dụng là thuốc nhuộm Eriocrom đen T, th chất này tạo với các cation Ca và Mg2+2+ các phức tạo thành có màu đỏ mận Các phức chất giữa chỉ ị th Eriocrom đen T với các cation Ca và Mg kém bền hơn 2+2+

phức giữa ion kim loại (Ca , Mg ) và trilon B Như vậy, khi cho chỉ ị vào dung 2+2+ th dịch nghiên cứu thì phức chất của chỉ ị với các ion Ca và Mg và trilon B tạth 2+2+ o thành các phức bền vững hơn Tại điểm tương đương thì màu đỏ mận của dung dịch sẽ chuyển thành màu xanh lơ do sự tạo thành các ion của chỉ thị (HInd ) trong dung

2-dịch ở khoảng pH=8-10

Câu 2: Tại sao trong phép định phân các ion kim loại bằng Trilon B dùng Eriocrom đen T làm chất chỉ thị phải thêm dung dịch đệm

- Trong môi trường acid yếu việc định phân xác định Al bằng trilon B gặp khó khan do phức hydroxo của Al tác dụng với trilon B rất chậm

- Đun nóng dung dịch, vận tốc phản ứng tăng nhưng vẫn không thể dùng phản ứng này để định phân Al trực tiếp được

- Không giữ được Al3+ ở pH cần thiết cho sự tạo phức, ở pH=9 xảy ra sự kết tủa Al(OH)3

- Phức giữa Al3+ với Ericrom đen T (AlInd) bền hơn phức giữa Al với trilon B (AlY-) nên complexon không đẩy được chỉ th ị.

Câu 4: Tại sao trong phương pháp trên người ta thêm dư nhiều Trilon B?

Ở pH từ 8~10 phản ứng giữa chất chị ị eriocrom đen T và Zn có thể biểu diễth 2+ n

H Y2 2-+ZnInd →ZnY-2-+H++HInd2- (ở pH=8~11) Đỏ tía không màu xanh

Do một trilon B sẽ tạo 2H làm thay đổi độ pH của dung dịch làm cho chất chỉ ị + th Eriocrom đen T dần bị ế ỗ trong phân tử phức chất (do màu của chỉ ị phụ th ch th thuộc pH nên khi độ pH thay đổi thì màu cũng thay đổi)

Câu 5:Lấy 25,00mL dung dịch có chứa Ca(HCO và CaCl cho tác 3)22dụng với HCl đun nóng, rồi kiềm hóa và chuẩn dộ bằng EDTA 0,05000M hết 24,00mL Lại lấy 100,00mL hỗn hợp, đem đun sôi để Ca(HCO3)2 chuyển hoàn toàn thành CaCO , dung dịch cạn đi còn khoảng 25mL Lọc, rửa tủa Nước lọ3c và nước rửa được co vào bình định mức 50mL, thêm nước tới vạch Lấy 20,00mL trong bình định mức đem chuẩn độ hết 14,40mL Trilon B 0,05000M Tính xem trong 1 lít hỗn hợp trên có bao nhiêu gam canxi dưới dạng chloride và bao nhiêu gam canxi dưới dạng hydrocacbonat

- Nồng độ CaCl khi chuẩn độ vớ 14,40 mL Trilon B:2 i