Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Thực trạng và một số giải pháp nâng cao hiệu quả dạy-học phần thực hành phân tích định lượng hóa học

Bài 7 : Xác định Crom trong dung dịch K;CrạO;Bai § : Phương pháp iod Bài 9: Phương pháp bicromat Bài 10: Xác định độ cứng của nước bằng phương pháp Complexon Bai 11: Xác định một số ion

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRUONG DAI HỌC SƯ PHAM HO CHÍ MINH

KHOA HOA HOC

KHOA LUAN TOT NGHIEP

PHAN THUC HANH PHAN CLIN HOAHOC

GIÁO VIÊN HƯỚNG DAN: ThS LE NGOC TUSINH VIEN THUC HIEN: LAI THI KIM BIENLOP: K35C

THANH PHO HO CHÍ MINH- THANG 5 NAM 2013

LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin trân trọng cảm ơn thầy Lê Ngọc Tứ, người trực tiếp hướng

dẫn, giúp đỡ em về kiến thức và phương pháp dé em hoàn thành được khóa luận tốt

nghiệp này.

Em cũng xin trân trọng cảm ơn các Thay Cô trong Khoa Hóa học trường Đại

học Sư Phạm thành phó Hồ Chi Minh đã hướng dẫn, giảng dạy, cung cap kiến thức

cho em trong suốt bốn năm học qua.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên phụ trách phòng thực hành

hóa phân tích đã tận tình giúp đỡ em trong việc mượn hóa chất và dụng cụ phòng

thí nghiệm.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp Hóa K35A, K35B,

K35C, K36C đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt các Phiếu khảo sát để phục vụ cho khóa

luận tốt nghiệp này

Được sự giúp đỡ của Thay Cô và bạn bè, cùng với những nỗ lực của bảnthân, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp dé tài “Thue trạng và một số biện

pháp nâng cao hiệu quả dạy- học phan thực hành Phân tích định lượng Hóa

học”, xin kính trình Quý Thay Cô trong hội đồng cham khóa luận tốt nghiệp Dotrình độ nghiên cứu và thời gian có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót và

hạn chế Rat mong được sự góp ý và chỉ dẫn của Thay C6.

Em xin trần trọng cảm ơn.

Thành phố Hỗ Chi Minh, tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện

LAI THỊ KIM BIEN

1.3 Mộtsố giáo trình thực hành Phân tích định lượng: 9

1.3.1 Tại Khoa Hóa Học, Trường Đại học Sư Pham Thanh phố Hồ Chí Minh

HIỆN HÃY ::::iicicscisisiiniiiE112111023113012251235212355656163133313535395359385033363335341295388385235665858351 5

1.3.2 Tại các trường Dai hoc khác trong NUGC ccccccsccsteetseestecteeeeeseneenenens 5

WSs, WNMBI 1 ốốốốốốẽốốốốẽếẽốẽ 9

CHUONG 2:CƠ SỞ LY THUYET CAC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG

HA HH sueeegieeeeeeeceeeecetosebti00122031110611201002033203336123536036302833036335383358865538363853338.33.0 10

2.1 Phuong pháp phân tích khối lượng 2-©72©22222z<cczecrzecrsee 13

2.2 _ Phương pháp phân tích thẻ tich c ccccccssscsssesssesssesssssseesssssssessesseeenessneseees 18

2.2.1 Phuong pháp chuẩn độ axit- baZƠ -2- 2+222+22z22zzcczzcrxzcrsee 18

2.2.2 Phương pháp oxi hóa-Khứ c2 tưới 23

2.2.3 Phương pháp chuân độ kết tủa -.2- 22 ©2z2CEzzCEEzz2vzzrtrsrrrsrre- 26

2.2.4 Phương pháp chuẩn độ phức chất .¿- 22 22252222z222z222srzcsrres 28

3.1.3 Phân tích kết quả điều tra ccccccsccesocssocsssessseessesnsensvesssesssesseesavensvensves 37

:ñ In, eo ổ h 45

3.2 Khao sát các bài thực hành có trong giáo trình -<cccceeeiri 4§

3.2.1 Khảo sát bai 1: chuẩn độ Axit mạnh Bazơ mạnh - 55s: 48 3.2.2 Khảo sát bai 2: chuẩn độ axit yOu cc ccc ccs essecseeeseesseeceeeseeeseeeeeeeee SO

3.2.3 Khao sát bài 3: chuân độ baZơ YOu essccsssesssscsssessscssssseecssecsssecssecssnessnes 51

3.2.4 Khảo sát bai 4: chuân độ đa axit 0 cccccccccccsecsseessecssecssesssesseesseeeseeens 53 3:2:5 Khảo sát bài 5:.chuẩn độ đã tiaz0iisssisssssesssosisossssssisevsnesseosssesssssssssssossiees $6 3.2.6 Khảo sát bai 6: định lượng Fe bang phương pháp pemanganat 60

3.2.7 Khảo sát bài 7: định lượng Cu bang phương pháp iod 613/2:8 Kbido sátbäi8: Chitin GS kếttủa cc o.coooieieioesodi 62

3.2.9 Khảo sát bai 9: chuân độ phức chất 2: 2+22s2cscccseccsccs 64

B010 NHI Ta nŸŸ can nan nano 66

33 n0 EHNNB ẽ sẽ ŸŸẽỶŸnanraaaaneaenienienneaa 67

CHUONG 4:MOT SO GIAI PHAP NANG CAO HIEU QUA DAY- HOCPHAN THỰC HANH PHAN TICH ĐỊNH LƯỢNG HOA HỌC 68

4.1 Chỉnh sửa và bô sung nội dung giáo trình - 22 :+cssccscczcssvcs 68

4.1.1 Bài 2: Chuẩn độ axit yẾu i5: s 1122121112111 20112 11g11 g1 1 2 684.1.2 Bài 3: Chuẩn độ bazơ yếu 22-©22222+z222EZ2EE22EEEzeEEErrrzrrrrrree 68

4.1.3 Bài 5: Thí nghiệm Chuan độ hỗn hợp Na,CO, và NaOH bang HC! 69 4.2 _ Các bài thí nghiệm đề xuất -2-22©22CCzzcErxrrrserrrsrrreeree 72

4.2.1 Bài 2: Xác định hàm lượng sắt bằng phương pháp Dicromat 72

pháp chuẩn độ iod ¿222262 2222292212112111211721022212 2117211117171 012 112 se 73

4.3 _ Xây dựng phim minh họa các bài thực hành .-<<.c<exs2 75

KETLUAN:DE TU ẤT ssscsssscaccsssscsssssassasccsscscasssasszavessssssssiasasesseuasesanasaisesnevsasssel 77TAIHIẾU THAM KHẢO ke eeeeeeeeeeeeaeeeeooeerioooaorrr 79

EHU KẾ qoanggggaiinbskginoiingiigiitoiiG01000400101136300010161180138685163388081616036005600868686363) 81

DANH MỤC BANG

BANG 2.1 Một sô chỉ thị quan trọng và khoảng chuyên màu của chỉ thị 21

BANG 2.2 Khoảng pH đôi màu của chi thị ERIOT - 22222222 32

DANH MỤC HÌNH

HINH 2.1 Phương pháp lọc kết tủa 2-2-5522 12 1221 23 3112117317312110222 xe l6

HÌNH 2.2 Phương pháp chuẩn độ thẻ tích -2- 22 ©2z2zzetzxeecxeecvxeccrvec 18

HINH 2.3 Cơ chế đôi màu phenolphatalein 0 00 c0.cccesssseeesseeecssecessceeeeseeessees 19

HÌNH 2.4 Cơ chế đôi màu của phenol đỏ 2-2222 32Sv222222StccSxrrsrrrsrrree 20

HÌNH 2.5 Cơ chế đỗi màu của metyl đa cam 2022222222222 2S cs22rzcrrev 20

HÌNH 2.6 Đường cong chuẩn độ ion kim loại m"” bằng Na;H;Y 30

H

LỜI MỞ DAU

Phân tích định lượng được dùng để xác định quan hệ định lượng giữa các

thành phần của chất nghiên cứu, trong đó phân tích đóng vai trò là trung tâm

Trong xu thé hội nhập khu vực và toàn cau, chúng ta ngày càng phải nâng

cao chất lượng của mọi loại hình sản phẩm trong đó không ít sản phẩm có đóng góp

của chuyên ngành Hoá học Phân tích Đó là phân tích nguyên liệu và sản phẩm của

quá trình sản xuất trong nông nghiệp cũng như trong công nghiệp, phân tích các

mẫu trong nghiên cứu khoa học, phân tích lâm sàng, phân tích các mẫu phục vụ cho

quá trình điêu tra phá án, Một khối lượng không 16 các mẫu phân tích như vậykhông it mẫu liên quan trực tiếp tới sự thanh bại của một doanh nghiệp sức khoẻ,

và đặc biệt là sinh mạng của con người Điều đó nói lên nhu cầu thực tế đòi hỏi tính chính xác và tính đúng đắn của các kết quả phân tích Chính vì vậy các sinh viên Hóa học di đi vào chuyên ngành nao đều can trang bị những kiến thức về Phân tích

định lượng.

Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, Phân tích định lượng ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

Qua so sánh với nội dụng giáo trình thực hành phân tích định lượng hóa học

tại một số trường đại học như Đại học Sư phạm Quy Nhơn, Đại học Bách Khoa Hà

Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên- Dai học Quốc gia Hà Nội, cho thấy giáo trìnhthực hanh “Phan tích định lượng Hóa học” cho các đối tượng sinh viên khoa Hóa,

trường Đại học Sư Phạm Thành Phố Hỗ Chi Minh được thực hiện từ năm 2004 đến

nay còn it bài thực hành, cần được đồi mới và cập nhật dé phù hợp với sinh viên va

theo kịp những tiền bộ mới về kỹ thuật.

Từ thực tế bản thân trong việc học tập phan thực hành Phan tích định lượngHóa học và dưới sự định hướng của thay Lê Ngọc Tứ em đã tiến hành đề tài “Thyetrạng và một số biện pháp nâng cao hiệu qua day- học phần thực hành Phân

tích định lượng Hóa học”.

PHAN I:

TONG QUAN

CHƯƠNG!: CƠ SỞ LÝ LUẬN

1.1 Khái niệm thí nghiệm hóa học |

Thí nghiệm: Theo từ điển Tiếng Việt Nha xuất bản khoa học xã hội 1992 thi thí nghiệm có hai nghĩa Nghĩa thứ nhất: “Gay ra một hiện tượng, một sự biến đôi

nao đó trong điều kiện xác định dé quan sát, tim hiểu, nghiên cứu, kiêm tra hay

chứng minh" Nghĩa thứ hai: “lam thử dé rút kinh nghiệm" Theo đại từ điển Tiếng Việt Nhà xuất bán Văn hóa thông tin 1999 thì thí nghiệm là: “Lam thử theo những

điều kiện nguyên tắc đã được xác định dé nghiên cứu, chứng minh” Trong đề tài

nghiên cứu nay khái niệm thí nghiệm được giới hạn trong một phạm vi hẹp hơn là

“thực hiện các phản ứng, quá trình hóa học”

1.2 Mục đích của việc thực hành thí nghiệm! "> l3)

* Thí nghiệm là phương tiện trực quan

Thí nghiệm là nên tảng của việc dạy học hóa học Thí nghiệm là phương tiện trực quan chính yếu, được dùng phô biến va giữ vai trò quyết định trong quá trình dạy học hóa học Nó giúp sinh viên chuyên từ tư duy cụ thé sang tư duy trừu tượng

và ngược lại Khi làm thí nghiệm sinh viên sẽ làm quen được với các chất hóa học

vả trực tiếp nắm bắt các tỉnh chất lí, hóa của chúng Mỗi hóa chất thường có một màu sắc khác nhau như màu vàng lục, lục nhạt, xanh lục, xanh lá, xanh ve, neu

sinh viên không quan sát trực tiếp thì không thé nào hình dung được các mau sắc đó

như thế nảo Thực hành thí nghiệm cho sinh viên có cơ hội đề nhận thức và nhận ra

những ví dy thực hành của các chat đã dé cập trong lý thuyết, một điều quan trọng

là sinh viên Hóa học phải thấy một số các phản ứng Vì vậy mục đích quan trọng

của công việc thí nghiệm là để sinh viên thực hành khảo sát quá trình phản ứng của

các chất

* Thí nghiệm là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn

Có thé nói quá trình nhận thức của học sinh, sinh viên là một quá trình nhận thức độc đáo Độc đáo là ở chỗ họ luôn nhận thức được cái đúng Những tri thức ma

họ tiếp nhận đã được các nhà khoa học, giáo dục miệt mài nghiên cứu, đúc kết từ

thực nghiệm Song không phải những lý thuyết đưa ra đều được sinh viên chấpnhận dé đàng Sẽ thật là thú vị nếu ban thân họ chứng minh được những lý thuyết

mà họ được học là đúng du rằng đó la công việc ma những nhà nghiên cứu trước

đây đã làm Đối với bộ môn hóa học, thực hành thí nghiệm sẽ giúp cho sinh viên

sáng tỏ những van dé lý thuyết đưa ra “Học đi đôi với hành” - với ý nghĩa đó thực

hành thí nghiệm giúp sinh viên ôn tập và kiêm tra lại các vẫn dé lí thuyết đã học, trên cơ sở đó hiểu sâu sắc và nim vimg những nội dung cơ bản trong giáo trình lý thuyết.

Nhiều thí nghiệm rất gần gũi với đời sống, với các quy trình công nghệ Chính

vi vậy, thí nghiệm giúp sinh viên vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế cuộc

sông Khi quan sat các thí nghiệm sinh viên ghi nhớ lại các thí nghiệm, nếu sinh

viên gặp lại hiện tượng trong tự nhiên hay trong quy trình công nghệ, sinh viên sẽ

hình dung lại kiến thức cũ và giải thích được hiện tượng một cách dé dang Từ do

sinh viên phát huy tính tích cực, sáng tạo va vận dụng kiến thức nhạy bén trong

những trường hợp khác nhau.

* Rèn luyện khả năng thực hành

Trong tất cả các thí nghiệm khoa học, đặc biệt là thí nghiệm về hóa học, néukhông cân thận sẽ gây nguy hiểm có khi dẫn đến tử vong Khi thực hành thí

nghiệm, sinh viên phái làm đúng các thao tác cần thiết, sử đụng lượng hóa chất

thích hợp, phát tiên các kỹ năng thực hanh như kỹ năng điều khién máy móc, dụng

cụ thí nghiệm, kỹ năng quan sát hiện tượng và kỹ năng thu thập số liệu thí nghiệm nên sinh viên vừa tăng cường khéo léo và kỹ năng thao tác, vừa phát triển kỹ năng

giải quyết vấn đề Từ đó học sinh sẽ hình thành những đức tính cần thiết của người

lao động mới: cân thận, ngăn nắp, kiên nhẫn, trung thực, chính xác, khoa học, Đây

là điều mà thí nghiệm ảo không có được.

* Phát triển tư duy, tập làm nghiên cứu khoa học Thí nghiệm hóa học giúp sinh viên phát triển tư duy, hình thành thế giới quan duy vật biện chứng Phát triển những kỹ năng thiết kế, tỏ chức, sắp xếp các bước

tiễn hành thí nghiệm một cách thích hợp dé kiểm tra lý thuyết Học xử lý và giải

thích số liệu thí nghiệm Ngoài việc xử lý số liệu thông thường, điều quan trọng là

muốn đạt trình độ cao hơn trong một số môn ở Đại học nên thiết kế những thí

nghiệm nhằm phát triền khả năng suy luận khoa học cho sinh viên.

1.3 Một số giáo trình thực hành Phân tích định lượng:

1.3.1 Tại Khoa Hoa Học, Trường Dai học Sư Phạm Thanh pho Hỗ Chí Minh hiện

nay #21

* Tran Thị Yến (Chủ biên), Ngô Tan Loc, Nguyễn Hiền Hoang, Đỗ

Văn Huê, Nguyễn Thị Minh Huệ, Lê Ngọc Tứ (2004), Thực hành phân tích

định lượng, ĐHSP TP.Hồ Chi Minh.

Giáo trình gồm 9 bai thực hành Bài 1: Chuan độ axit mạnh bằng bazơ mạnh và ngược lại

Bài 2: Chuan độ axit yeu bằng bazơ mạnh

Bài 3: Chuẩn độ bazơ yếu bằng axit mạnh Bài 4: Chuan độ đa axit với hỗn hợp axit (H:PO,¿ + HCI) bằng bazơ mạnh Bài 5: Chuan độ đa bazơ với hỗn hợp bazơ (Na,CO,; + NaOH) bằng axit mạnh

Bài 6: Chuan độ oxi hóa — khử Phương pháp pemanganat

Bài 7 : Chuan độ oxi hóa — khứ Phương pháp iod

Bài 8 : Chuan độ kết tủa

Bài 9: Chuân độ complexon

1.3.2 Tại các trường Đại học khác trong nước

= Bộ môn Hóa Phân tích (2004), Giáo trình “Hướng dẫn thực hành

Phân tích định lượng”, Đại học Sư Phạm Quy Nhơn Í”'

Giáo trình gôm có 14 bài

Bai 1: Chuan độ bazo mạnh bang axit manhBai 2: Chuan độ bazơ yêu và đa bazơ bằng axit mạnh

Bài 3: Xác định thành phần Xút kỹ thuật Bài 4: Chuan độ axit mạnh và axit yêu bằng bazơ mạnh Bài 5: Chuan độ axit đa chức H;PO, và hỗn hợp HCl + H:PO¿.

Bai 6: Chuan độ oxi hóa - khử Phương pháp pemanganat

Bài 7 : Xác định Crom trong dung dịch K;CrạO;

Bai § : Phương pháp iod

Bài 9: Phương pháp bicromat

Bài 10: Xác định độ cứng của nước bằng phương pháp Complexon

Bai 11: Xác định một số ion bằng phương pháp Complexon

Bài 12: Phương pháp kết tủa - Xác định ham lượng Cl trong muối dn bằng

phương pháp Mohr vả phương pháp Volhard

Bài 13: Xác định hàm lượng ion Fe bằng Kaliferoxianua theo phương pháp kết

tủa

Bài 14: Xác định CI’, Br, , SCN” bằng phương pháp Falans

= Nguyễn Thị Như Mai, Đặng Thị Vinh Hòa (2002),Giáo trình

“Hướng dẫn thực hành Phân tích định lượng bằng các phương pháp hóa học”,Dai hoc Đà Lạt '°Ì

Giáo trình thực hành gồm 8 bài thực hành

Bài |: Cách sử dụng các dụng cụ do khối lượng và thê tích

Bài 2: Phương pháp trung hòa (Phương pháp chuẩn độ Acid-Bazo)

Bài 3: Phương pháp trung hòa Bài 4: Phương pháp Oxy hóa-khử phép đo Pemanganat Bài 5: Phương pháp oxy hóa-khử phép đo Dicromat va Tod

Bài 6: Phương pháp chuẩn độ kết tủa Bài 7: Phương pháp phân tích khối lượng

Bài §: Phương pháp Complexon

* Khoa Hóa (2004), Giáo trình thực hành “Phân tích định lượng”, Trường Đại học công nghiệp “

Phân bó thời gian: thực hành 90 giờ, mỗi bài 5 giờ (18 bài)Giáo trình gồm 19 bài:

Bai 1: Pha chế các dung dich

Bài 2: Định lượng axit mạnh - bazơ mạnh

Bài 3: Định lượng đơn axit yéu-bazo mạnh định lượng đơn acid manh-bazo

Bài 4: Định lượng đa acid và hỗn hợp acid Bài 5: Định lượng đa bazơ va hỗn hợp bazơ Bài 6: Định lượng mudi

Bài 7: Chuan độ Pemanganat định lượng Fe”, H;O; va NO»

Bài 8: Chuan độ Pemanganat định lượng Fe*, Cr°*

Bài 9: Phương pháp Iod định lượng vitamin C, SO3”

Bài 10: Phương pháp lod - Cromat định lượng HO), Cu** PbTM*

Bài 11: Định lượng Ca’*- Mẹ”!

Bài 12: Định lượng Zn”", Fe**, AI” và hỗn hợp AI “+ Fe**

Bài 13: Định lượng hỗn hop Mg?*°+ Zn** và hỗn hợp Mg**+ Ca**+ Fe**+ AI?Bai 14: Định lượng Ba** va SO,”

Bài 15: Phương pháp Mohr và Volhard định lượng ion CI

Bài 16: Xác định SO,” (hoặc Ba”)Bài 17: Xác định Fe`*

Bài 6: Các kỹ thuật chuẩn độ complexon (tiếp)

Bai 7: Xác định hỗn hợp AI”, Ca’*, Mg** (bài kiểm tra)

Bài 8: Xác định các halogenua, SCN’

Bài 9: Phương pháp Pemanganat

Bài 10: Phương pháp Dicromat

Bài 11: Phương pháp chuẩn độ iot-thiosunfat

Bài 12: Phương pháp chuân độ Bromat, lodat

Bài 13: Phương pháp phân tích trọng lượng xác định Mg”

Bai 14: Phuong pháp phân tích trong lượng xác định Fe

Bài 15: Xác định SO, bằng phương pháp trọng lượng va complexon

Phần 2: Phân tích mẫu thực tế

Bài 16: Xác định hàm lượng Mn trong gang

Bài 17: Phân tích Al, Cu, Zn trong hợp kim Devada

Bài 18: Xác định Fe, Cr, Ni trong hợp kim inox

Bài 19: Xác định Cu, Sn, Pb, Zn trong đồng thau Bài 20: Xác định hàm lượng Cu, Fe, Al, Zn trong hợp kim nhôm

Bài 21: Xác định hàm lượng Al,O., Fe:O¿, CaO MgO Bài 22: Xác định hàm lượng P20 trong phan bón NPK Bài 23: Xác định Mn trong quặng pirozulit

Bài 24: Xác định một số chỉ tiêu hóa học của nước bê mat

Bài 25: Xác định một số chi tiêu hóa học của nước vả nước thải

Bài 26: Phân tích một số chỉ tiêu của nước mắm Bài 27: Phân tích hàm lượng các loại đường trong sữa đặc có đường Bài 28: Phân tích một số chỉ tiêu hóa học của chất béo

Bài 29: Xác định một số chỉ tiêu hóa học của rượu uống

Bài 30: Xác định ham lượng foocmandehit, phenol trong nước udng

Xác định ham lượng KIO, trong mudi iot

" Bo môn Hóa Phân tích (2007), Giáo trình “Hướng dẫn thí nghiệm

Hóa Phân tích”, Đại học Bách khoa Hà Nội °Ì

Giáo trình gồm 27 bài thực hànhBài 1: Xác định SO4” (sunfat) theo phương pháp khối lượng

Bài 2: Xác định sat theo phương pháp khối lượng Bài 3: Xác định niken trong thép

Bài 4: Pha chế và chuẩn độ dung dịch HCI

Bài 5: Xác định nồng độ dung địch naoh bằng dung dịch HCI

Bài 6: Xác định hàm lượng Na;CO; trong Na,CO, ky thuật

Bài 7: Xác định nồng độ NaOH và Na;CO; trong hỗn hợp Bài 8: Xác định hàm lượng axit có trong dam và rượu vang Bài 9: Pha chế và xác định nồng độ dung dịch KMnO,

Bài 10: Xác định hàm lượng canxi trong đá vôi

Bài 11: Xác định nồng độ dung dich Fe** bằng KMnO,

Bài 12: Xác định sắt trong dung dich FeCl, bằng KMnO,

Bài 13: Xác định hàm lượng Mn trong thép hợp kim

Bài 14: Xác định nông độ Fe** bằng K,Cr;O;

Bài 15: Xác định Crom trong thép hợp kim Bài 16: Chuan độ dung dịch Na;S„O; theo phương pháp iốt

Bài 17: Xác định đồng trong CuSO,

Bài 18: Xác định antimon trong antimon kỹ thuật

Bài 19: Xác định Cl bằng dung dịch chuân AgNO,

Bài 20: Xác định Cl” bang dung dịch chuẩn Hg(NO,),Bài 21: Xác định kẽm bằng feroxianua kali theo phương pháp kết tủa

Bài 22: Xác định nồng độ complexon III bằng dung dịch ZnSO,

Bài 23: Xác định độ cứng chung của nước bằng complexon III

Bài 24: Xác định Ca bang phương pháp complexon

Bài 25: Xác định AI băng complexon III theo phương pháp định phân ngượcBài 26: Xác định Ni bằng complexon III

Bài 27: Xác định coban bang complexon III

1.3.3 Nhận vét

Qua nghiên cứu nội dung giáo trình thực hành Phân tích định lượng tại một

số trường đại học trong nước Chúng ta có thê nhận thấy được giáo trình thựchành Phân tích định lượng Hóa học biện có của khoa Hóa Đại học Sư Phạm Hỗ

Chí Minh có những đặc điểm sau:

= Véuu điểm:

Minh họa được cơ ban nội dung chương trình lý thuyết Phân tích định

lượng Hóa học như các phương pháp chuân độ axit-bazo, chuân độ oxi hóa-khử, chuẩn độ phức chất, chuẩn độ kết tủa.

= Vẻ nhược điểm:

Số lượng bài thí nghiệm còn hạn chế.

Một số phần lý thuyết quan trọng chưa có bài thực hành minh họa Ví dụ: thiếu phương pháp phân tích khối lượng, chuẩn độ oxi hóa- khử thiểu phương

pháp Dicromat,

Mau phân tích chủ yêu là những mẫu đơn giản như định lượng một ion kim loại, thiếu những mẫu đòi hoi độ khó cao dé nâng cao tinh than tìm hiểu của

sinh viên.

Các bài thực hành phân tích mẫu thực tế ít được quan tâm.

CHƯƠNG2: CƠ SỞ LÝ THUYET CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG

HÓA HỌC

Phân tích định lượng !""!

Phân tích định lượng có nhiệm vụ xác định lượng của các cau tử có trong đối

tượng phân tích (thường đánh giá tương đôi theo %4) Các cau tử ở đây có thé là cácnguyên tổ (cần hoặc không cần xét đến trạng thái kết hợp hoặc trạng thái oxi hóa —

khử ở trong chất phân tích, các gốc hoặc các nhóm chức (trong phân tích hữu co),

các hợp chất hoặc có thẻ là các pha (đơn chất hay hợp chất)

Có thê phân chia các phương pháp định lượng thành hai loại: các phương pháp hóa học, các phương pháp vật lý và hóa lý Trong phạm vi nghiên cứu của đẻ tài

này chúng ta chỉ đề cập đến các phương pháp hóa học

Các phương pháp hóa học dựa chủ yếu trên việc áp dụng các phản ứng hóa

học có liên quan đến cấu tử phân tích Sự khác nhau giữa các phương pháp hóa học

10

là do sự khác nhau về phương pháp đo lượng thuốc thử hoặc sản phẩm tạo thànhtrong phản ứng Ching hạn, dé xác định hàm lượng của cầu tử M có trong chất phântích người ta cho nó tác dụng với một thuốc thử R Phan ứng hóa học xảy ra hoàn

toàn và theo quan hệ hợp thức M+nR=MR, Dé xác định M có thé dùng dư thuốc

thử R Sau đó tách san pham tạo thành thường ở dưới dạng kết tủa ít tan Dựa vào

khối lượng kết tủa thu được có thê tính được hàm lượng M trong chất phân tích.

Phương pháp nay dựa chủ yếu trên việc cân lượng sản phẩm phản ứng nên thường

được gọi là phương pháp khối lượng

Dé xác định M cũng có thé cho một lượng chính xác thuốc thử R đủ tác dụngvừa hết với M Thông thường người ta đo thẻ tích cúa dung dịch thuốc thử R có

nông độ chính xác đã biết, và từ đó tính được lượng cau tử cần xác định M Phương pháp phân tích như vậy gọi là phương pháp phân tích thê tích.

Sai số trong phân tích định lượng Ï””

= Sai số tuyệt đối

Khi định lượng một chất, ta gặp một trong hai trường hợp:

Lượng thật sự của chất đó là 4, sau khi tiền hành định lượng ta có kết quả là x,

Hiệu số e = x, - gọi là sai số tuyệt đối, biểu thị tính đúng của kết quả tìm ra.

e có the dương hay âm

Tuy nhiên trong thực tế, người ta không biết giá trị thực của đại lượng cần đo

ut Trong trường hợp đó muốn chắc chắn ta phải định lượng nhiều lần rồi lay kết qua trung bình cộng các lần đo X Mỗi kết quá riêng biệt dem so sánh với ¥ ta có:

Hiệu số đ = x, - # gọi là độ lệch tuyệt đối biểu thị tính chính xác các kết quả

điều tra.

* Sai số tương đối:

Sai số tuyệt đối không nói lên một khái niệm tông quát, nhưng có khi lại dẫn

tới những cách đánh giá sai lệch đáng tiếc, do đó người ta thường thay bằng cách

biêu thị sai số tương đối Sai số tương đối là ti số giửa sai số tuyệt đối và kết quảthực hoặc tỉ số giữa độ lệch tuyệt đối với kết quả trung bình

1]

== hoặc S = MIR

* Sai số hệ thông và sai số ngẫu nhiên:

* Sai số ngẫu nhiên: Do một nguyên nhân không biết trước, không tránh được,bao gồm các yếu tổ có thẻ thay đỗi bat thường qua mỗi lần định lượng

Muốn hạn chế sai số ngẫu nhiên, ta cần cha ý đến các điều kiện có thé khắc phục: làm nhiều lần phân tích, lay kết quả trung bình, nếu có sai lệch quá đáng thì

bỏ đi Ngoai ra can xử lý kết qua bằng thống kê

* Sai số hệ thong: Do một nguyên nhân xác định, biến thiên một chiều (luôn >

0, hoặc luôn < Ø), nghĩa là giá trị thí nghiệm luôn luôn lớn hơn hoặc bé hơn giá trị

thực

Sai số hệ thống có thẻ xuất phát từ:

Bản thân phương pháp phân tích

Do dụng cụ phân tích kém chính xác

Do thuốc thử hóa chất kém tinh khiết, nồng độ không đúng,

Do ca nhân người phân tích

= Xử lý kết qua phân tích theo phương pháp thống kê:

* Giá trị trung bình cộng x

Là giá trị gần với giá trị thực của đại lượng cần đo với xác suất cao nhất trong

SỐ các giá trị đo được của đai lượng cần đo

Gia sử ta tiến hànhn phép độc lập đại lượng X với các kết qua: Xj,

* Phương sai S”

* Độ lệch chuân S: La căn bậc hai của phương sai

* Biên giới tin cậy:

e =t=

vn

Khi đo một đại lượng nào ta có Z, thay đổi tùy người đo, số lần đo Nhưng vẫn

dé ta quan tâm là từ ¥ cho phép ta đánh giá được khoảng gia trị của :

#-ty<ph<#+t =

"n “vn

= Kiểm tra thống kê các dữ liệu thực nghiệm:

* Chuan Fisher (F): Chuan F dùng so sánh độ lặp lại của hai dãy thí nghiệm:

c2

F= 3 (chon sao cho S? > S?)

+

Sau đó tra bảng F (p=0,95 ứng với kị, k; là bậc tự do của hai day thí nghiệm)

Nếu Fry < Fy, kt, 2) suy ra độ lặp lại của hai phương pháp là đồng nhất ứng

ứng với độ tin cậy p

“ Chuẩn t Tìm sai số hệ thống:

Đề xác định khối lượng cau tử M có trong đối tượng phân tích X người ta tach

hoàn toàn M ra khỏi các cầu tử khác dưới dạng một hợp chất hóa học có thành phânxác định, ví dụ M,,A, Dựa vào lượng can của X và của M,,A, ma tính khối lượng

M hoặc hàm lượng % của M có trong đối tượng phân tích.

Có thể tách cấu tử xác định dưới dạng hợp chất ít tan Nếu cấu tử xác định dễbay hơi hoặc có thẻ dé dàng chuyển thành hợp chất dé bay hơi ở những điều kiện

thực nghiệm xác định, thì có thé ding phương pháp đuôi bằng cách đun nóng hoặc nung mẫu phân tích ở nhiệt độ cao và dựa vào khối lượng hao hụt khi xử lý phân

tích mà suy ra hàm lượng cau tr xác định trong đối tượng phân tích

13

Cũng có thẻ giữ lại cầu tử xác định sau khi bị đuôi ra khỏi mẫu phân tích bằngmột số chất hấp phụ thích hợp Dựa vào độ tăng khối lượng của các chất hấp sau thínghiệm mà suy ra ham lượng cau tử xác định có trong mau phân tích.

Phương pháp phân tích khối lượng kết tủa đóng vai trò quan trọng và có ứng

dụng rộng rãi nhất Các giai đoạn cơ bản cả quá trình phân tích khối lượng kết tủa

tích cũng như quyết định đến các thao tác xử lý kết tủa về sau Việc chọn thuốc thử

phải căn cứ vào đạng kết tủa và dạng cân.

« Yéu cầu đối với dạng kết tủa và dạng cân

Dạng kết tủa là dạng hợp chất tạo thành khi cho thuốc thử làm kết tủa phản

ứng với cấu tử xác định Dạng cân là dạng chất mà ta đo trực tiếp khối lượng của nó

dé tính kết quả phân tích.Trong nhiều trường hợp dạng kết tủa va dang cân là một,

ví dụ BaSO,, AgCl, Trong nhiều trường hợp dạng kết tủa có thành phần không

xác định nên không thé căn cứ vào đó dé tính kết quả phân tích, nên sau khi làm kết

tủa phải xử lý hóa học và xử lý nhiệt dé tính kết quả phân tích, nên sau khi làm ket

tủa phải xử lý hóa học và xử lý nhiệt dé chuyên thành dang cân có thành phân xác

Kết tủa tạo thành phải dé xử lý (khi lọc, rửa).

Dễ dang chuyển thành dang cân khi say và nung

Thuận lợi nhất là chọn được kết tủa ở trạng thái tinh thé to hạt vì ít hap thụ

chất ban, dé lọc, dé rita.

“ Dạng cân phải thỏa man các yêu cau sau:

Có thành phan hóa học ứng đúng công thức Bên hóa học nghĩa là không bj thay đối trong quá trình thao tác phân tích về

sau (không bị oxi hóa bởi không khí, không hút âm hoặc hap phụ khí cacbonic va

không tự phân hủy).

Chứa cấu tử phân tích với hàm lượng cảng thấp càng tốt Điều này nhằm giảm

đến mức thấp nhất ảnh hướng của các sai số thực nghiệm đến kết quả cuối cùng.

« Lwa chọn điều kiện làm kết tủa

* Lượng chất phân tích:

Không nên lấy lượng cân chất phân tích quá bé vì sẽ mắc phải sai số lớn khi

cân Mặt khác, cũng không được lay lượng cân quá lớn vi sẽ thu được quá nhiều kết

tủa, làm mat rất nhiều thi giờ dé lọc, rửa và không tiện khi làm việc với các dang

dụng cụ phân tích thông thường (phéu lọc, chén nung, cốc ) Thông thường khiphân tích những hợp chất xác định trong đó chỉ cần phân tích hàm lượng một cấu tửchính thì chi cần phân tích hàm lượng cân từ 0,22 (đối với các kim loại nhẹ ) đến1g (đối với quặng silicat ) Khi phân tích các lượng vết thi tùy theo mẫu mà có

the lay lượng cân lớn từ 10-1008.

= Chat làm kết tủa:

Chất làm kết tủa thường chọn sao cho độ tan kết tủa tạo thành là bé nhất, và

phải có tính chọn lọc, nghĩa là không làm kết tủa đồng thời các ion khác có trong

dung dịch phân tích Phải chọn chất làm kết tủa và lượng dư của nó sao cho sau khi

làm kết tủa, lượng cấu tử xác định còn lại trong dung dịch không vượt quá giới hạn

độ chính xác phép cân (0.0002g) Thông thường nông độ thuốc thir làm kết tủa bao

giờ cũng lớn hơn nhiều lần nồng độ cấu tử cần xác định

Khi làm kết tủa các kết tia tinh thé thì nên tiễn hành làm kết tủa chậm từ các

15

dung dịch loãng bằng các thuốc thử loãng Nếu kết tủa là vô định hình (một sốhidroxit, sunfua), nhất là kết tủa ưa nước, thì tốt nhất là làm kết tủa các dung dịchđặc bằng các thuốc thử có nông độ cao và làm kết tủa nhanh, nhằm mục đích lam

giảm bẻ mặt chung và giảm thé tích kết tủa Sau khi làm kết tủa xong lại pha loãng

với nước trước khi lọc dé giải hap một phân lớn các ion lạ ra khỏi bề mặt kết tủa vả

làm cho việc lọc được để dàng.

« Nhiệt độ

Nói chung, thường làm kết tủa khi đun nóng Đối với kết tủa tỉnh thê thì việcdun nóng có tác dụng làm tăng độ tan, làm giảm độ quá bao hòa tương đối và giảmđược số trung tâm kết tinh ban dau, tạo được kết tủa tinh thẻ to hạt

Đối với kết tha vô định hình, việc đun nóng giúp đông tụ và làm to hạt.

Doi với các kết tủa có độ tan tăng khi dun nóng thì trước khi lọc phải làmnguội và phải rửa bằng nước rửa nguội Đối với kết tha keo có độ tan bé như Fe(III)

hidroxit thì phải lọc nóng và rửa bằng nước rửa nóng đề tránh sự pepti hóa.

« Loe và rửa kết tủa

Hình 2.1 Phương pháp lọc kết tủa

Trong nhiều quy trình phân tích khối lượng người ta dé nghị đẻ lắng dung địchmột thời gian trước khi lọc Đối với kết tủa tỉnh thé việc dé lắng có tác dụng thúc

đây quá trình mudi, do đó kết tủa tách ra sạch hơn, to hạt, dé lọc Thời gian làm

mudi có thé kéo dai từ nửa giờ đến 24 giờ Tuy vậy cần xem xét từng trường hợp cụ

16

thé dé tránh sai số có thé xảy ra.

Lọc là biện pháp nhằm tách tủa ra khỏi dung dịch

Nếu tủa được nung ở nhiệt độ cao: dùng phéu thủy tinh và giấy lọc hau như

không tro (lượng tro sau khi nung từ 3x10 — 5x10°g) Giấy lọc có kích thước lỗ

xốp thay đôi, thường gồm 3 loại: lỗ xốp mịn, lỗ xốp trung bình va lỗ xốp khá lớn

vỏ hộp có màu khác nhau được qui ước tủy theo nhà sản xuất và được lựa chọn sao cho tủa không chui được qua giấy lọc mà thời gian lọc không quá chậm Vi dụ:

ở Đức, giấy lọc băng xanh được sử dụng cho các kết tủa hạt mịn, giấy lọc băng

vàng đùng cho kết tủa hạt trung bình và giấy lọc băng đỏ dùng cho kết tủa hạt lớn hoặc kết tủa vô định hình.

Đối với kết tủa dé bị khử trong quá trình đốt cháy giấy lọc hoặc nung (do

carbon của giấy) hoặc nếu tủa được say đưới 250°C dùng phéu thủy tinh cả Mang

lọc là lớp thủy tinh cà nhỏ hay lớp bột amiang Độ mịn của màng lọc cũng được

lựa chọn phụ thuộc vảo kích thước tủa.

Rửa tủa: là dùng dung dich rửa dé làm sạch tủa Dung dịch rửa thường có các đặc điểm:

Nóng (dé tăng quá trình giải hap)

Chứa ion chung so với tủa chính (dé làm giảm độ tan tủa)

Có thé chứa lượng nhỏ acid hay bazo dé làm giám sự thủy phânCần thêm chất điện ly thích hợp đề giảm hiện tượng peptit hóa (tủa vô định

hình sau khi đôngtụ trở lại dang keo) Thường dùng NH;NO: hay các acid dé bay hơi khi chuyên sang dạng cân.

Thực ra, quá trình lọc và rửa tủa thường được tiễn hành song song Việc rửa

tủa được thực hiện nhiều lần bằng cách lọc gạn tủa với các lượng nhỏ dung địch

rửa sao cho lượng dung dịch rửa dùng vừa đủ dé làm sạch tủa nhưng không làm

tan tủa và đỡ tốn thời gian

¢ Chuyén kết tủa sang dạng cân

Đề chuyển dang kết tủa sang dang cân thường dùng phương pháp sấy khô và nung nhằm mục dich đuôi hết nước hấp phụ hoặc nước kết tinh, hoặc chuyền hoàn

17

toàn thành hợp chất có thành phần xác định, hoặc phan hủy hoàn toan tạp chất giữlại trên kết tủa khi rửa.

Phương pháp phô biến dé chuyên dạng kết tủa thành dang cân là nung ở nhiệt

độ từ 600°C — 1100°C.

Nếu thành phần hóa học chất kết tủa không thay đôi khi chuyển sang dạng cân

(BaSO,, PbSO,, AgCl, ) thì không cần nung ở nhiệt độ quá cao.

Đối với các kết tủa bị thay đôi thành phần hóa học khi chuyển sang dang cân(ví dụ kết tủa Fe(HI)hidroxt) thì phải nung ở nhiệt độ đủ cao

« Cân

Cân dùng dé xác định khối lượng dạng cân thu được là cân phân tích (chính

xác 0.0001g hay hơn nữa) Luôn luôn phải sử dụng phép cân lặp để xác định khối lượng của tủa: bì (vật chứa tủa) được say hay nung trước ở cùng nhiệt độ sẽ say và nung tủa Dé nguội trong bình hút âm và cân, được khối lượng my (g) Bì

cùng tủa được sấy (nung) để nguội và cân, có khối lượng ml (g)

Bình tam giác chứa Dung

fi Pa dich mau va chi thi

Hình 2.2 Phương pháp chuẩn độ thể tích

2.2.1 Phương pháp chuẩn độ axit- bazơ

Một trong các phương pháp phân tích thể tích quan trọng là phương pháp

chuẩn độ axit- bazo, dựa trên sự tương tác giữa các axit- bazo vả được dùng dé định

18

lượng chúng.

« Chi thị axit — bazơ

Chi thi dùng trong chuẩn độ axit — bazơ phải thỏa mãn yêu cầu cơ bản là sự

đổi màu của chi thị phải thuận nghịch theo sự thay đôi pH của dung dich trong quá trình chuẩn độ.

Chi thị axit - bazơ thường là các axit hay bazơ hữu cơ yếu và mau của hai

dang axit va bazo phải khác nhau.

Dạng tôn tại của chi thị có thé là HIn, HIn*, HIn’, (hay InOH ) và có thể chia thành 3 loại chủ yêu sau :

* Cac chỉ thị thuộc loại phenolphtalein :

Phenolphtalein, Thymolphtalein, Naphtolphtalein

Co chế đôi mau của phenolphtalein :

Phenolphtalein có khoảng chuyên màu từ pH = 8 (không màu) đến pH = 9,8

Hình 2.3 Cơ chế đổi màu phenolphataleinTM

* Các sulfophtalein: phenol đỏ, brom phenol xanh, crezol do

Cơ chế đôi màu của phenol đỏ: phenol đỏ có khoảng chuyền màu từ pH = 6,2

19

(mau vàng) đến pH = 8,0 (mau do).

TOL OU, TO

CY” so | )

Mau đỏ (pK, = 1,5) Mau vàng (pK› = 7,9) Màu đỏ

Hình 2.4 Cơ chế đổi màu của Phenol đó '`*

* Các hợp chat azo: metyl da cam, tropeolin, metyl đỏ, metyl vàng có

màu vàng trong môi trường trung tinh và kiềm, màu đỏ trong môi trường trong axit.

Cơ chế đổi màu của metyl da cam: Metyl da cam có khoảng chuyên mau tử

pH = 3,1 (mau đỏ) đến pH = 4.4 (mau vàng)

+Ol

Ôn nn ¬ NHHC)—Á Denen—( s0;

ủ — +H

Mau do (dang quinon) Mau vang (dang benzcn)

Hình 2.5 Cơ chế đổi màu của Meryl da cam"!

¢ _ Khoảng pH chuyền mau Khoảng pH tại đó chỉ thị đôi màu gọi là khoảng chuyên màu của chỉ thị Mỗi chỉ thị (dạng axit) trong dung địch có cân bằng phân ly như sau:

HIn S H” + In K* (Hang số cân bang điều kiện)

Trong đó pK# = pK +lg Tin) Tỉ số i là giá trị quyết định mau của dung

dịch.

Gia sử dang In của chỉ thị có mau vàng, dang HIn có mau đỏ thì ta sẽ thay

20

Có những chi thị axit — bazo có thé đôi màu khi chưa đạt được tỉ lệ giữa hai

dang axit và bazơ là 1/10 nên có khoảng chuyên màu nhỏ hơn 2 đơn vị (Ví dụ:

metyl đa cam có khoảng chuyển màu chỉ từ pH = 3,1 đến pH = 4.4)

Đối với loại chỉ thị chỉ có một màu, tức là chỉ có một trong hai dạng axit hoặc

bazơ liên hợp có mau, ví dụ: chi thị có dạng HIn ma dạng HIn không có mau thi

màu của chỉ thị sẽ do dang In quyết định Nếu C là giá trị nồng độ của In cần đạt

tới để có thé nhận biết mau của nó và C, la nông độ ban đầu của nó thì pH của dung

dich tại đó màu của In bat đầu xuất hiện là: pH=pK* ng

Như vậy, pH làm đổi màu phụ thuộc nông độ chất chỉ thị Ví dụ: Trong dungdịch phenolphtalein bão hòa, màu hồng xuất hiện khi pH = 8 còn trong dung dịchloãng hơn 10 lần thi pH = 9 mới xuất hiện mau hồng

: 0,1 và

Metyl do Côn 60% BA Bazơ

Bromcresol lục Côn 20% | 0,02 Axit

Bede [Rie [0 Ban | Hồn | Ving [AS |

Bromphenol

l Vàng Nâu

xanh

Tropeolin OO zi Do Vang

¢ Chis6 chuẩn độ pT của chỉ thi

Trong khoàng pH chuyên màu của chỉ thị có một giá trị pH, tại đó mau của chi

thị chuyên đổi là rõ nhất Giá trị pH này gọi là chi số chuẩn độ của chỉ thị và kí hiệu

là pT Chỉ số chuẩn độ pT phụ thuộc vào chỉ thị và thứ tự của phép chuẩn độ

Vị dụ:

- Đối với phenolphtalein: khi chuan độ axit bằng kiêm, dung dịch chuyền từ

không màu sang màu hồng tại giá trị pH = 9 nên chỉ thị có pT = 9 Khi chuẩn độ

kiềm bằng axit, dung dich chuyên từ màu hồng sang không mau tại giá trị pH = 8

nên chỉ thị có pT = 8.

- Đối với metyl đa cam: khi chuẩn độ axit bằng kiềm, dung dịch chuyên từmàu đỏ sang màu vảng tại giá trị pH = 4.4 nên chỉ thị có pT = 4.4 Khi chuẩn độ

kiềm bằng axit, dung dịch chuyển từ màu vàng sang hong cam tại giá trị pH = 4 nên

chỉ thị có pT = 4 Ngoài ra, giá tri pT còn phụ thuộc vao nhiệt độ, dung môi lực ion

của dung dịch.

« Nguyén tắc chọn chỉ thị cho một phép chuẩn độ:

Đề phép chuẩn độ có tính chính xác cao, ta phải chọn chất chỉ thị nào có khoảng chuyên màu trùng với khoảng bước nhảy chuân độ của phép chuan độ tốt

nhất là chọn chỉ thị có giá trị chỉ số chuẩn độ pT gần trùng với giá trị pH của dung

địch chuẩn độ tại thời điểm tương đương.

Chú ý: Muốn tăng độ chính xác của một phép chuan độ cần phải:

Chọn chi thị chính xác (là những chỉ thị có pT = pH„; của phản ứng chuẩn độ)

Lượng chỉ thị cho vào bình chuân độ phải giống nhau đối với các lần chuẩn độ

khác nhau.

Cho ít chỉ thị (2 - 3 giọt) vi chi thị axit — bazo là những axit hoặc bazơ yếu

dẫn tới tiêu hao dung dịch chất chuẩn.

Chuân độ đến màu giống nhau (cần có bình đối chứng)

Nên sử dụng một chỉ thị nhất định cho một phép chuẩn độ cụ thé.

2.2.2 Phương pháp oxi hoa-khir

Trong phương pháp chuân độ oxi hóa khứ người ta tiến hành phản ứng chuân

độ, là phản ứng trao đôi electron giữa dung dịch chuẩn chứa chất oxi hóa (hoặc khử)

với dung dich chất phân tích chứa chất khử (hoặc chất oxi hỏa) Đề nhận biết điểm

tương đương người ta dùng các chất chỉ thị.

¢ Đường chuẩn độ oxi hóa- khử

Đường cong chuân độ oxi hóa khử biêu diễn sự phụ thuộc giữa thế của dung dich chuẩn độ và thé tích chất chuan đã dùng (đồ thi E — V) hoặc biểu diễn sự phụ

thuộc giữa thế của dung dịch chuẩn độ và tỉ số đương lượng giữa các chất tham giaphan ứng chuẩn độ (đồ thị E — P)

Khi cho một thé tích xác định dung địch chuẩn của chat oxi hóa (hay khử) vàodung dịch cần chuẩn độ chứa chất khử (hay chất oxi hóa) thì xảy ra phan ứng oxi

hóa khử, làm thay đôi nông độ của các chat phản ứng sao cho khi cân bằng thé oxi

hóa của hai cặp oxi hóa khử trở nên băng nhau tại mọi điểm của đường cong Dé

tính thé tại các thời điểm chuẩn độ ta có thé dùng phương trình Nernst áp dụng cho

các hệ oxi hóa khử bất kỳ tham gia trong phản ứng Tuy vậy, thường sử dụng như

23

Trước điểm tương đương: Tính thé của hệ theo thé của cặp oxi hóa khử chat

phân tích can chuẩn độ.

Sau điểm tương đương: Tính thế của hệ theo thế của cặp oxi hóa khử chất

chuan

Tại diém tương đương: tô hợp các biêu thức tinh thé của cả hai cặp oxi hóa khử (chat phân tích và thuốc thử) Thế nay 1a thé hỗn hợp của ca hai cặp.

© Các chất chi thị dùng trong chuẩn độ oxi hóa- khử ÏŸ'

Trong chuẩn độ oxi hóa khử thường dùng các loại chất chỉ thị sau đây:

s Các chất chi thị đặc biệt phản ứng chọn lọc với một dạng nào đó của

cặp oxi hóa khử và gây ra sự đôi màu (loại chỉ thị này không nhiêu).

Ví dụ: Hồ tinh bột tao màu xanh với iot.

SCN’ tạo màu đỏ với ion Fe”

Bản thân chất oxi hóa hoặc khử trong phép chuẩn độ có màu và màu của haidang oxi hóa và khử của nó khác nhau Ví dụ: MnO, có màu tím còn Mn** hau

như không mau (phương pháp Pemanganat).

* Chỉ thị oxi hóa khử: chat chỉ thị có tính oxi hóa khử va mau của hai

đạng oxi hóa và khử khac nhau Màu của chỉ thị thay đôi phụ thuộc thế của chất chỉ

thị và của hệ chuẩn độ (Loại chỉ thị này có nhiều và có vị trí quan trọng trong chuân độ oxi hóa khử).

Phản ứng oxi hóa khử của chỉ thị là phản ứng thuận nghịch:

Inox + ne S InkhirMàu của dung dịch chuân độ khi có chất chỉ thị oxi hóa khử phụ thuộc vào tý

Với E”" là thế thực của chỉ thị.

Nếu cường độ màu của hai dạng xấp xi nhau thì khoảng chuyên màu nằm

trong khu vực tỷ số nồng độ Am giao động từ = đến 10, khoảng thé tương ứng

bằng:

E= En ‡ “= (625°C)

E= E*n + — (ở3ŒC)

n

Đối với các chất tham gia phan ứng chuan độ ta có thé chuyên đổi trạng thái

oxi hóa lên cao hơn hay xuống thấp hơn dé chuân độ cho thích hợp Các giai đoạn

oxi hóa và khử trước chuẩn độ này phải theo đúng các yêu cầu nghiêm ngặt là phảnứng phải xay ra hoàn toan với tốc độ nhanh và phải có khả năng loại bỏ các chất oxi

hóa hay chất khử dư Phản ứng phụ này phải chọn lọc, tránh làm ảnh hưởng các

thành phần khác trong mẫu phân tích

Một số chat chỉ thị oxi- hóa khử thông dụng ":

Diphenylamin: C¿H;NHC;H;, diphenylamin không màu, đầu tiên bị oxi hóakhông thuận nghịch đến diphenylbenzidin không mau, chat này bị oxi hóa tiếp tụcđến benzidin màu tím Điện thé chuẩn E” hầu như không phụ thuộc vào pH của

dung dich, trong môi trường H,SO, 0,5-1M thì E” = 0.76V Chi thị thường được dùng trong phép chuân độ dicomat, pemanganat, vanadat, Xeri(IV) bang Fe(II).

Feroin: là phức của ion Fe** với o-phenantrolin tạo thành ion phenantrolin)Fe(II) Feroin có mau đỏ khi bị oxi hóa thì chuyên thành phức của Fe**

phứctri-(1,10-có mau xanh nhạt Phan ứng của chỉ thị là thuận nghịch Điện thể chuẩn của nótrong dụng dịch axit nông độ 1M (HCI hay HạSO;) là 1,06V, sự chuyên mau xảy ra

rõ ở thé 1,12V Chat chi thị đường dùng dé chuẩn độ Fe’* bằng Xe**

Axit diphenylamin sunfonic

Được dùng với dang muối Na hay Ba trong nước với nông độ từ 0,2% đến

0,5% Chi thị khi bị oxi hóa có màu đỏ tím như mau của KMnO, Sự chuyền màu rat rõ như trong trường hợp diphenylamin Thế thực của chi thị ở pH = 0 là 0,84V.

Có thé dùng chất chỉ thị nay trong phép chuẩn độ các chất oxi hóa bằng Fe”.

© Các thuốc thử dùng trong chuẩn độ oxi hóa- khử

Trong chuẩn độ oxi hóa khử có the dùng thuốc thử (chất chuẩn) là các chất

25

oxi hóa hay các chất khử.

Các chất oxi hóa: KMnO¿, K;Cr;O¿, Ce(SO,);, I;, KIO;, Ca(ClO);

Các chất khử: Fe**, Na2S203, As2O3, HạCzO,, Na;C;O,, K;Fe(CN);¿

Căn cứ vào thuốc thử sử dụng, người ta chía ra các phương pháp có tên gọi

khác nhau như: phương pháp Pemanganat, phương pháp Đicrômat, phương pháp

lot, phương pháp Xeri

2.2.3 Phương pháp chuẩn độ kết tủa

Phan ứng tạo thành kết tủa được sử dụng trong hai phương pháp phân tích, đó

là phương pháp chuẩn độ kết tủa (thuộc phương pháp phân tích thẻ tích) và phương pháp phân tích khỏi lượng.

Số phản ứng kết tủa được ding trong phương pháp chuẩn độ rat hạn chế do:

Trong các dung dịch loãng các phản ứng kết tủa xay ra rất chậm Đặc biệt ở

gần điểm tương đương, khi nồng độ các chất rat nhỏ thì vận tốc phản ứng nhỏ

không thỏa mãn yêu cau của phép phân tích thé tích

Phản ứng tạo kết tủa thường kèm theo phản ứng phụ làm sai lệch kết quả do

không bao đảm được tính hợp thức (ví dụ: các phản ứng phụ như: hap phụ, cộng

AgNO; + NaCl — NaNO3 + AgCl

Các quá trình xảy ra trong hệ là:

Phản ứng chính là phản ứng kết tủa:

Ag’ + Cr -> AgCH Ks!

Phan ứng phụ là phan ứng tạo phức hydroxo:

Ag’ +H,0 > AgOH + H* nị (hay là B*)

© Đường cong chuẩn độ

Trong chuan độ kết tủa nghười ta xây dựng đường công chuẩn độ là đường

biểu điển sự phụ thuộc của -lg [Ag*] tức là P(Ag”) hay -lg (CI) tức là P(CI) vào tỉ

Từ đó ta có Ks’ = Nếu trong dung dich không có sự tao phức phụ khác

thì œa„+ phụ thuộc pH của dung dịch Dé xây dựng đường cong chuân độ người ta

tính toán các giá trị [Ag”] va [CI].

Theo định luật bảo toàn nông độ ban đầu ta có:

V+ Vo

+): c+C

q= (Ag) - a

Nếu q = + 2% thì bước nhảy chuẩn độ (BNCD) theo Pei- kéo dai từ Pei-= 4

đến Paạ- = 6 và theo Pag+ thi sẽ kéo dai từ Pag+ = 6 đến Pag+ = 4 Duong cong

chuẩn độ hoàn toàn đối xứng

Bước nhảy chuẩn độ phụ thuộc nồng độ các chất chuan vả tích số tan của hợpchat ít tan được tạo ra trong phản ứng chuẩn độ ấy

Nếu phản ứng tạo hợp chất ít tan theo kiểu M:2A hay 2M:A thì đường cong

chuẩn độ không đối xứng qua diém tương đương nữa.

xảy ra hoản toàn, đúng tỷ lượng và không có phản ứng phụ.

Trong chuẩn độ complexon, chất tạo phức thường sử dụng là axit

etylendiamin tetraaxetic (còn gọi là complexon II hay EDTA) có công thức:

EDTA ít tan trong nước, vì vay hay dùng dưới dạng muối dinatri Na,H,Y,,

thường gọi là complexon III (thói quen vẫn gọi là EDTA)

EDTA tạo phức ben với các ion kim loại và trong hầu hết trường hợp phản

ứng tạo phức xảy ra theo tỉ lệ ion kim loại : thuốc thir = 1: |

Mn'+Y” s MY"? §

Hang số tạo phức phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có bản chất của ion

kim loại MTM (ion kim loại tạo phức với ion Y) va môi trường.

Thường thì các phép chuan độ complexon được tiễn hành khi có mặt các chấttạo phức phụ dé duy trì pH xác định nhằm ngăn ngừa sự xuất hiện kết tủa hydroxitkim loại.

¢ Đường cong chuẩn độGiả sứ chuẩn độ Vọ ml ion M (dé đơn giản không ghi điện tích) có nồng độ Cpmol/l bằng dung dịch EDTA có nồng độ C mol/l và thê tích tiêu tốn là V ml

Sau tương đương: p>1, [M]' < [Y] thừa chuan độ q = [Y]ƒ

Tai tương đương: q=0 nên ta được:

, 1 CC,

[M] = mm

Đường cong chuẩn độ các ion kim loại M bằng dung dịch complexon III(NazH;Y) biểu diễn sự phụ thuộc của đại lượng pM theo P, thường có dang sau:

_ CoVo

Vạ+V

Hình 2.6 Dường cong chuẩn độ ion kim loại MU bằng Na›H;Y Í l2)

Đường chuẩn độ complexon cũng có dang như các đường chuan độ đã học (axit-bazo, oxi hóa-khử ), ở gần điểm tương đương có bước nhảy chuẩn độ, bước nhảy chuân độ phụ thuộc vào các giá trị ` pH, C Cp (hằng số bền điều kiện của

phức pH của môi trường, nồng độ của ion kim loại và của EDTA)

Trong đó ta thấy B’ phụ thuộc pH và nồng độ của chất tạo phức phụ, khi cho

thêm dung dịch đệm NH; + NH;CI dé tạo pH = 9-10 thì ion MTM sẽ tác dụng với các

phan từ NH; tạo phức theo phan ứng

MTM + NH; S M(NH;)?*

« Chỉ thị trong chuẩn độ complexon

Trong chuẩn độ complexon, để xác định điểm cuối thường dùng một số loại

chỉ thị như sau:

* Chi thị một màu: Loại chỉ thi này có màu nhạt hoặc không có màu,

tạo được với ion kim loại phức có màu đặc trưng (Vi dụ: ion SCN’ tạo với ion Fe”phức có mau đỏ, ion Co** phức có màu xanh ) Tùy theo thứ tự chuẩn độ mà màu

mat đi hay xuất hiện vào điểm cuỗi chuẩn độ.

* Chỉ thị huỳnh quang: là loại chỉ thị khi tạo phức với ion kim loại lam

cho chỉ thị có màu hay cường độ huỳnh quang của chỉ thị bị thay đổi (có thé làm tắt

hoặc làm mạnh lên cường độ huỳnh quang của chỉ thị tại điềm tượng đương do lúc

đó phức với ion kim loại đã hết, trong dung dịch chỉ có phức của ion kim loại với

EDTA).

* - Chi thi oxy hóa khử: Nếu chỉ thị kim loại tạo phức có được hai dạng

30

oxy hóa và khử thì sử dụng chỉ thị oxy hóa khử.

* — Chi thị mau kim loại (chi thị complexon) đó là các thuốc nhuộm hữu

cơ, tạo được với ion kim loại phức có màu đặc trưng, khác với mau của chi thị dang

tự do Điểm cuối chuân độ được xác định dựa theo sự thay đổi màu của phức kim

loại chỉ thị (Min) sang màu chi thị của dang tự do (In) hoặc ngược lại.

Một chỉ thị màu kim loại sẽ được sử dụng trong chuan độ complexon khi thỏa

mãn các yêu câu sau day:

Có độ nhạy cao: Chỉ cần một lượng vô cùng nhỏ cua chỉ thị liên kết với ion

kim loại người chuẩn độ cũng có thé nhìn thay sự thay đổi màu tại điểm cuối chuẩn

độ như vậy phan ion kim loại liên kết với chỉ thi là không đáng kẻ (10-10 M),

không cần tính đến khi tính sai số của phép chuẩn độ.

Phức giữa chi thị và ion kim loại (dang Min) phải có độ bền tương đối cao

trong phạm vi của phép chuân độ và phải kém bên hơn phức giữa ion kim loại vảthuốc thử EDTA (dạng MY):

10°< ` vita < `wy.10Ÿ

Dé việc xác định điểm cuối chuan độ được chính xác, phản ứng tạo phức giữa

ion kim loại va chỉ thị phải xảy ra nhanh, hoàn toàn thuận nghịch.

¢ Cơ chế đôi màu của chỉ thị trong chuẩn độ complexon như sau:

Phản ứng tạo phức màu giữa ion kim loại M và chỉ thị In xảy ra theo phản ứng:

M+lIn=MIn Pwia

Hai dang In và MIn có màu khác nhau Khi chuẩn độ bằng EDTA, đầu tiên ionkim loại M tự do (phần không liên kết với chỉ thị) tạo phức với EDTA, khi đến

điểm tương đương, EDTA sẽ tác đụng với phức giữa ion kim loại va chỉ thị (Min),

tạo nên phức MY và giải phóng ra chỉ thị ở dang In có màu khác với mau của dạng Min:

Mi, + Y“ S MY +In K = fur

Min

Phản ứng này xảy ra tại điểm tương đương va do dang Min có màu khác với

31

dang In nên người ta có thê đừng chuân độ đúng với điểm tương đương (Điểm

tương đương trùng với điểm cuối chuẩn độ) Nếu phức Min không chuyển hoàntoàn sang dạng In thì ta sẽ có sai số chuân độ

Ví dụ: chuan độ ion MgỶ* bằng EDTA sử dụng chỉ thị Eriocrom đen T Dung

dich Mg” ban dau, sau khi điều chính môi trường cho phủ hợp với phép chuẩn độ.thêm 3-4 giọt chỉ thị thì có một phan vô củng nhỏ Mg”° sẽ tác dụng với chỉ thị

Eriocrom đen T tạo nên phức MgIn (Mgin có màu đỏ man ở môi trường pH=10),

còn phan lớn vẫn tồn tại dưới dạng Mg” tự do Khi chuẩn độ bằng EDTA, trước hết

ion Mg** tự do sẽ tác dụng với EDTA tạo phức MgY, khi hết ion Mẹ” tự do,

EDTA sẽ tác dụng với MgIn tạo nên phức MgY và giải phóng ra ion của chi thị la

In có mau cham Giọt dung địch chuẩn EDTA cuối cùng phải làm mat ánh đỏ của

dung dich cần chuân độ va ta dừng phép chuan độ

« Một số chỉ thị màu kim loại hay dùng

* Chỉ thị Eriocrom đen T (còn gọi tắt là ERIOT-kí hiệu ET-00)ERIOT Ia một thuốc nhuộm azo, có công thức là:

Ot OH

Hoss “TO

Ont Trong dung địch có sự phan ly như sau:

NaHaIn => Na+ + HạIn'

HạIn' = HạIn” + H* K, = 1053HIn” SIn* +H" Kz = 107115Mau của chit hij ERIOT thay đôi phụ thuộc vao nông độ của các dạng khác

Khi giá trị 7< pH <11 thì chỉ thị ERIOT ở dạng HIn* có màu xanh Nhiều ion

kim loại (Ca, Mg, Ni, Cu, AI, Hg, Cd, Pb, Ti, Fe, Co, nhóm Pt ) tạo với dạng nay

của chỉ thị hợp chất phúc có màu đỏ với độ nhạy rat lớn (10 ~ 10”)

M”' + HIn” SMlIn + H* K' =Bu.K:

Tỉ số — quyết định sự chuyển mau của chất chi thị, điều đó chứng tỏ sự

chuyên mau của chỉ thị phụ thuộc vào pH của dung dịch.

= Murexit

Murexit là muối amoni của axit pupuric CạHO,N‹ Trong môi trường axit

mạnh anion HHy,In.

Anion H.In’ của murexit nằm trong dung dich axit mạnh Axit pupuric là da

axit có pK,=0, pK;=9,2, pK3;=10,9 nên mau của các dang chat chi thị phụ thuộc pH

của dung dịch Trong dung dịch nước có pH < pK; chất chỉ thị có màu đỏ tím, trong

khoảng pH từ pK pK; có màu tím hoa cà và khi pH = pK; chat chỉ thị có màu xanhtím Murexit tạo với Ca?” ở pH = 12 phức có mau đỏ, tạo với Co”*, Cụ”, Ni”” ở pH

trong khoảng 7-9 (dung dich đệm amoniac) phức có màu da cam, tạo với ion Ag*

trong dung dich đệm NH; có pH 10-15 phức mau đỏ.

Murexit là chất chỉ thị tốt cho việc chuẩn độ trực tiếp các ion Ca**, Cu”, Ni",

A£e”

¢ Các phương pháp tiễn hành chuẩn độ Complexon

®* Chuan độ trực tiếp

Trong phương pháp này người ta điều chỉnh pH can thiết của dung dịch cần

chuẩn (thường là complexon HI) cho đến khi mau của phức kim loại với chỉ thị sang màu của chỉ thị ở dạng không tạo phức Để ngăn ngừa sự tạo hydroxit kim loại

ở pH chuẩn độ người thường thêm các chất tạo phức phụ tương đối yếu, vi dụ dùng

33