điều chế và tinh chế muối mohr

-Sinh viên đã thực hiện đề tài này với tinh thần ham mê và nhiệt tình trong việc học hỏi kiến thức chuyên môn cũng như tài liệu để vận dụng vào việc điều chế ra hợp chất FeSO4 từ bột sắt

KHOA SƯ PHẠM

ĐIỀU CHẾ VÀ TINH CHẾ MUỐI MOHR

Luận văn Tốt nghiệp Ngành: Sư Phạm Hóa Học

Th.s.GVC Nguyễn Văn Thân Ngô Khắc Không Minh

MSSV: 2051729

Cần Thơ, năm 2009

Đề tài: Điều chế và tinh chế Muối Mohr

Đây là một đề tài thực nghiệm đòi hỏi sinh viên phải nắm sâu lý thuyết tinh chế và tách các sản phẩm khỏi muối Mohr

-Sinh viên đã thực hiện đề tài này với tinh thần ham mê và nhiệt tình trong việc học hỏi kiến thức chuyên môn cũng như tài liệu để vận dụng vào việc điều chế ra hợp chất FeSO4 từ bột sắt kỹ thuật, sau đó vận dụng tối ưu các thiết bị, hóa chất, máy móc mà phòng thí nghiệm của bộ môn, của trường để tinh chế FeSO4 có độ tinh khiết cao

-Thái độ làm việc nghiêm túc, khiêm tốn học hỏi là điểm tốt ở sinh viên Ngô Khắc Không Minh Đây là điều đáng khen ngợi Đức tính này sẽ giúp sinh viên tiến xa hơn trong con đường học vấn

-Hình thức trình bày sạch đẹp, bố cục chặt chẽ

-Nội dung đáp ứng được yêu cầu đề tài đặt ra Tôi hoàn toàn nhất trí thông qua đề tài này

Cần Thơ, 10/5/2009 Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Thân

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thực hiện, đề tài “Điều chế và tinh chế muối Mohr” đã hoàn

thành theo đúng yêu cầu và mục tiêu đề ra Để hoàn thành đề tài này, ngoài nỗ lực của bản thân tôi còn nhận được sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và sự sự giúp đỡ của các bạn sinh viên trong lớp Nhân đây, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

+ Thầy Nguyễn Văn Thân – Thạc Sĩ, Giảng viên chính bộ môn Hóa - khoa Sư Phạm - trường Đại học Cần Thơ đã trực tiếp hướng dẫn và có những chỉ bảo sâu sắc giúp tôi hoàn thành đề tài này

+ Cô Huỳnh Kim Liên – Thạc Sĩ, Giảng viên chính bộ môn Hóa - khoa Sư Phạm - trường Đại học Cần Thơ đã có những góp ý chân thành và bổ sung cho tôi một số tài liệu nghiên cứu có giá trị để áp dụng vào việc thực hiện đề tài

+ Cô Phan Thị Thanh Hương – Cán bộ phòng thí nghiệm bộ môn Hóa - khoa Sư Phạm - trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện rất tốt cho tôi tiến hành thí nghiệm nghiên cứu

+ Anh Nguyễn Quốc Trụ – Cán bộ phòng thí nghiệm chuyên sâu - trường Đại học Cần Thơ đã giúp tôi kiểm tra thành phần và độ tinh khiết của muối Mohr

Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô bộ môn Hóa - khoa Sư Phạm - trường Đại học Cần Thơ trong suốt những năm qua đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích, làm nền tảng giúp tôi thực hiện thành công đề tài này Xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp

Sư phạm Hóa K31 đã quan tâm và có những đóng góp tích cực cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

W X

Sắt là kim loại được biết đến từ rất sớm, khoảng hàng nghìn năm trước công nguyên, khi mà con người lần đầu tiên biết luyện sắt từ quặng, mở đầu cho một thời đại văn minh - thời đại đồ sắt Sắt và hợp chất của sắt có nhiều ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống

Thật vậy, dung dịch Fe(II) có nhiều ứng dụng trong ngành hóa học phân tích, trong y học và trong công nghiệp luyện kim Tuy nhiên, do đặc tính của dung dịch Fe(II) dễ

bị oxy hóa thành Fe(III) Vậy phương pháp nào để bảo quản muối Fe(II)? Vì thế, vào thế kỷ XIX, nhà bác học người Đức Mohr Karl Friedrich đã tìm ra được loại muối kép có công thức là FeSO4(NH4)2SO4.6H2O có thể cất trữ được muối Fe(II) lâu ngày mà không bị biến dạng Về sau, để nhớ đến công lao của ông người ta lấy tên ông là tên của loại muối này

Vậy làm thế nào để tinh sạch muối Mohr sau khi điều chế? Đề tài "Điều chế và tinh chế

muối Mohr" sẽ đáp ứng phần nào yêu cầu này

Muối Mohr được điều chế từ bột sắt theo phản ứng:

Fe + H2SO4 + 7H2O⎯t⎯→0C FeSO4.7H2O + H2↑ FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O⎯⎯→FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O

Tuy nhiên, do nguồn nguyên liệu ban đầu có lẫn một số kim loại như Cu, As và một phần Fe(II) sau khi điều chế bị oxy hóa thành Fe(III) Do đó, để sử dụng dung dịch muối Mohr làm dung dịch Fe2+ chuẩn, ta phải loại các yếu tố đó tức ta phải tinh chế lại muối Mohr trước khi sử dụng

Bên cạnh đó, do kinh nghiệm và trang thiết bị trong phòng thí nghiệm còn hạn chế nên kết quả thu được chưa đạt mức độ tuyệt đối

để bảo quản muối Fe(II).Tuy nhiên trong quá trình điều chế và cất trữ, không thể tránh khỏi tạp chất lẫn trong muối và một phần Fe(II) bị biến đổi thành Fe(III) Do dung dịch Fe(II) có tầm quan trọng trong cuộc sống, đặc biệt là trong hóa học phân tích nên việc điều chế và tinh chế muối Mohr là điều cần thiết

Hiện nay, trong lĩnh vực hóa học phân tích và hóa môi trường, muối Mohr là thuốc thử cần thiết để định lượng hàm lượng các ion kim loại Muối Mohr càng tinh khiết thì độ chính xác của quá trình phân tích càng cao Vì vậy việc điều chế và tinh chế muối Mohr là vấn đề cần quan tâm

Tuy nhiên, tôi thực hiện đề tài này trong phòng thí nghiệm, chưa có các phương tiện phân tích hiện đại nên tính chính xác chưa cao Việc định tính và định lượng chỉ có độ chính xác tương đối

II CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

II.1 Các phương pháp

II.1.1 Phương pháp tổng kết kinh nghiệm

- Nhận đề tài

- Sưu tầm và đọc tài liệu

- Xây dựng cơ sở lý thuyết

- Phân tích, hệ thống rút ra bài học kinh nghiệm

- Viết bài

II.1.2 Phương pháp thực nghiệm

- Chuẩn bị:

+Nhận đề tài và địa điểm tiến hành thí nghiệm

+Soạn lý thuyết và chuẩn bị phương tiện, dụng cụ và hóa chất

+Dự đoán những vấn đề có thể xảy ra và khắc phục

- Tiến hành thực nghiệm và viết bài

II.2 Phương tiện thực hiện

-Hóa chất, dụng cụ thí nghiệm và một số phương tiện khác có sẵn trong phòng thí nghiệm:

-Các tài liệu tham khảo có liên quan

III CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

- Cấu hình electron hóa trị: 3d64s2

- Khối lượng nguyên tử: 56,847

I.1 Trạng thái tự nhiên và tính chất vật lý

I.1.1 Trạng thái tự nhiên

Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất, đứng hàng thứ tư sau O, Si và Al Trữ lượng của sắt trong vỏ trái đất là 15% Sắt là kim loại được biết đến từ thời cổ xưa, có lẽ

nó có nguồn gốc từ vũ trụ Trung bình cứ trong 20 thiên thạch từ không gian vũ trụ rơi xuống trái đất thì có một thiên thạch sắt Thiên thạch sắt thường chứa đến 90% Fe Thiên thạch sắt lớn nhất được biết đến có khối lượng gần 60 tấn

Những khoáng vật quan trọng của sắt là mahetit (Fe3O4) chứa đến 72% Fe; hemtit (Fe2O3) chứa 60% Fe; pirit (FeS2) và xiderit (FeCO3) chứa 35% Fe

Sắt có vai trò sinh học rất lớn, hồng cầu của máu động vật chứa phức chất hem của sắt

N

CH3 CH=CH2

CHHC

Fe NN

N

CH3CH=CH2

H3C

H2C

CH2COOH

CH2 CH3

CH2COOH

Hình 1:Phức chất của pophirin với sắt được gọi là hem

Nhiều nước trên thế giới có giàu quặng sắt như Thụy Điển, Nga, Pháp, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Mỹ,… Nước ta có mỏ mahetit lẫn hematit ở Trại Cau (Thái Nguyên); mỏ xiderit ở Tiến Bộ (Thái Nguyên) Mấy năm gần đây đã phát hiện mỏ mahetit ở Thạch Khê (Hà Tĩnh)

Cách đây 4000 năm loài người đã biết luyện Fe từ quặng Sắt được luyện cứng và bền hơn với bronzơ nên là vật liệu cạnh tranh với bronzơ Cách đây 3000 năm thời đại đồ sắt đã thay thế thời đại đồ đồng thiếc và phát triển cho đến ngày nay Hiện nay sắt và hợp kim của sắt chiếm 95% tổng lượng kim loại được sản xuất hàng năm trên thế giới

Mấy thế kỉ, nay sắt được sản xuất trên quy mô công nghiệp bằng lò cao Nguyên liệu

để luyện gang là quặng sắt, than cốc, chất chảy và không khí

• Luyện thép:

Thép là hợp kim của sắt chứa 0,2 đến 1,7% C, dưới 0,8% S,P và Mn, dưới 0,5% Si Thép tuy cứng nhưng dẽo hơn gang, dễ rèn Khi được làm nguội nhanh, thép trở nên rất cứng và khi được làm nguội chậm, thép trở nên mềm hơn Có hai loại thép chính là thép Carbon và thép hợp kim

Thép Carbon chia làm thép mềm, thép trung và thép cao Thép mềm chứa 0,2% C dùng làm vỏ xe ô tô, thép sợi, ống, đinh buloong Thép trung chứa 0,3-0,6% C dùng làm dầm và xà nhà, lò xo Thép cao chứa 0,6-0,7% C, dùng làm dao, búa, kéo, đục…

Thép hợp kim còn gọi là thép đặc biệt, ngoài những tạp chất có sẵn trong thép Carbon, còn chứa lượng lớn của một hay một số kim loại được đưa thêm vào như Al, Cr,

Co, Mo, Ti, Mn, W, V Kim loại đưa thêm này truyền cho thép những tính năng đặc biệt Ví

dụ như thép Carbon-Niken chịu nhiệt, không rỉ Thép Cr-Mo và thép Cr-V đều cứng, bền ở nhiệt độ cao vá áp suất cao, dùng làm các chi tiết của máy bay và máy nén

Feγ có kiến trúc tinh thể theo kiểu lập phương tâm diện và có tính thuận từ

Feδ có kiến trúc lập phương tâm khối như Feα nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy Khác với hầu hết các kim loại, Fe có tính sắt-từ: chúng bị nam châm hút và dưới tác dụng của dòng điện chúng trở thành nam châm Từ tính của Fe đã được phát hiện từ thời cổ xưa, cách đây hơn 2000 năm, người Trung Hoa đã biết dùng từ tính đó để chế tạo la bàn Đến nay, loại la bàn đó vẫn còn được sử dụng Nguyên nhân của tính sắt-từ không phải chỉ ở kim loại hay ion mà chủ yếu ở mạng tinh thể của chất

Sắt có rất nhiều hợp kim quan trọng

I.2 Tính chất hóa học của sắt

Sắt là kim loại có tính hoạt động trung bình

Ở điều kiện thường, không có hơi ẩm, Fe không tác dụng rõ rệt ngay với những nguyên tố phi kim điển hình như O2, S, Cl2, Br2 vì có lớp màng oxit bảo vệ

Khi đun nóng, phản ứng xảy ra rất mãnh liệt, nhất là khi Fe ở trạng thái chia nhỏ

Ở trạng thái chia nhỏ, Fe là chất tự cháy nghĩa là chúng có thể cháy trong không khí ở điều kiện thường Nguyên nhân của hiện tượng này là tổng bề mặt tiếp xúc rất lớn giữa các hạt kim loại với không khí và sự sai lệch mạng lưới tinh thể của hạt so với kiến trúc bền của kim loại

Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao hơn tạo nên

Fe tác dụng với S tạo nên FeS

Fe S t o C FeS

⎯→

⎯+

Sự có mặt của S làm giảm chất lượng của thép nên phải loại trừ khi luyện thép

Sắt là kim loại bền với kiềm ở trạng thái dung dịch và nóng chảy Sở dĩ như vậy vì oxit của Fe không thể hiện tính lưỡng tính

Trong dãy điện thế, Fe đứng trước H nên Fe tan trong dung dịch axit tạo ra muối Fe2+

và giải phóng H2 (ngoại trừ HNO3 và H2SO4 đặc, nóng)

2 2

Axit Sunfuric đặc và axit Nitric đặc thụ động với Fe khi nó nguội Vận dụng tính chất này, người ta chở những axit đặc trong xitec bằng thép

Đối với không khí và nước, Fe tinh khiết bền Cột sắt ở Đeli (Ấn Độ) được làm bằng

Fe gần như tinh khiết đã không hề bị rỉ hơn 1500 năm nay

Ngược lại, sắt có tạp chất bị ăn mòn dần dưới tác dụng đồng thời của hơi ẩm, khí O2

I.3 Điều chế bột sắt

Muốn điều chế bột sắt hạng tinh khiết phân tích, ta rải lớp mỏng bột Fe(OH)3 đã sấy ở 110-1200C và nghiền mịn trong ống bằng sứ hoặc thủy tinh chịu nóng Ống này để trong lò điện Dùng khí hydro tinh khiết và khô đuổi hết không khí ra khỏi dụng cụ rồi thường xuyên cho dòng khí đi qua, đun nóng dần ống đến đỏ sẫm Tiếp tục khử cho đến khi nước không tạo nữa (muốn thử khí trong ống đi ra, người ta chĩa dòng khí đó vào miếng kính nguội, nếu miếng kính không bị mờ thì quá trình khử đã hết)

Để ống nguội hoàn toàn trong dòng khí hydro và đổ bột sắt đã điều chế được vào lọ

có nút thủy tinh nhám

Cần tuân theo đúng điều kiện khử Nếu nung ống chưa đến nhiệt độ đỏ sẫm thì sẽ được loại sắt tự cháy khi tiếp xúc với không khí, nó bị oxy nhanh và nóng đỏ lên Ngược lại nếu tăng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đỏ sẫm thì không được sắt bột mà được một khối chảy

Cũng có thể dùng Fe2O3 thay cho Fe(OH)3 Muốn khử 100 gam Fe2O3 cần phải 6 giờ Thành phần chứa 0,05 – 0,15% oxy

Hydro dùng để khử phải được tinh chế trước Người ta cho hydro trước hết đi qua dung dịch Pb(CH3COO)2 1N, rồi qua dung dịch CuSO4 10% và cuối cùng qua H2SO4 để sấy khô

*Sắt tinh khiết có thể điều chế bằng cách điện phân Trong bình thủy tinh cỡ 1 lít gồm hai dương cực là hai tấm sắt Armo rộng 18 – 20 cm2, dày 2,5 mm Âm cực nằm giữa hai dương cực cách mỗi dương cực 3 cm Âm cực là tấm sắt tinh khiết, đánh sạch bằng bột

nhám, rộng 20 cm2, dày 0,5 – 1 mm Chất điện phân chứa 14,2% FeSO4 (tinh khiết); 7,3%

NH4Cl (tinh khiết) và 78,5% nước Dung dịch phải có pH giới hạn trong khoảng 2,9 -3,2

Điện phân trong khoảng 1,5 – 2 giờ ở 300C, giữ mật độ dòng điện 2,5A/dm2 và điện thế là

10V Sau đó lấy lớp sắt 5 -10 gam ở âm cực Có thể điện phân cho đến hết (trong 26 giờ)

*Tiêu chuẩn thuốc thử thị trường:

Sắt hạng tinh khiết phân tích phải có ít nhất 90% Fe, sắt hạng tinh khiết phải có ít

II Giới thiệu về muối Mohr (Ferrous amonium sulfate hay Mohr’s salt)

Hình 2: Muối Mohr và cấu trúc tinh thể muối Mohr

FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O là những tinh thể đơn tà màu xanh lục, trong suốt, khối

lượng riêng là 1,87, không bị biến đổi khi cất trữ Mất nước kết tinh ở nhiệt độ gần 1000C

Bảng 2:Độ tan của FeSO4.(NH4)2SO4 trong nước:

*Tiêu chuẩn thuốc thử thị trường:

Thành phần phải là những tinh thể màu xanh lục hoặc là bột tinh thể màu xanh lục Thành phần hạng tinh khiết hóa học và tinh khiết phân tích phải chứa ít nhất 99,7% FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O

Bảng 4: Lượng tạp chất tối đa cho phép trong các loại thành phẩm

FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O khác nhau như sau (%):

Tạp chất Tinh khiết

hóa học

Tinh khiết phân tích

Nguyên tắc điều chế muối Mohr:

Muốn điều chế thành phẩm hạng tinh khiết phân tích người ta hòa tan riêng một lượng FeSO4.7H2O (tinh khiết) và một lượng vừa đủ (NH4)2SO4 (tinh khiết) trong một ít nước, đun nóng cả hai dung dịch đến 60 -700C, rót chung vào bát sứ và sau khi đã axit hóa bằng H2SO4 đặc (tinh khiết hóa học) Người ta vừa để nguội, vừa khuấy liên tục Sau một ngày đem lọc hút bột tinh thể đã rơi xuống, rửa bằng rượu 50%, ép giữa 2 -3 tờ giấy lọc và phơi khô trong chổ mát cho đến khi tinh thể không dính đũa thủy tinh

Ứng dụng của muối Mohr:

Sắt là nguyên tố vi lượng rất cần thiết và quan trọng cho đời sống con người Thiếu sắt gây cho con người mệt mỏi, chóng mặt, hay cáu giận…Sắt là nguyên tố tham gia vào cấu tạo thành phần Hemoglobin của hồng cầu, myoglobin của cơ vân và các sắc tố hô hấp ở mô bào trong các enzim như catalaz, peroxidaza…Sắt là thành phần quan trọng của nhân tế bào

Do đó dung dịch chuẩn Fe2+ rất quan trọng trong y học, trong dược phẩm Mặc khác, dung dịch chuẩn Fe2+ còn rất cần thiết cho ngành hóa học phân tích và trong công nghiệp luyện kim

Trong hóa học phân tích, để pha dung dịch chuẩn Fe2+ chuẩn, ta phải pha muối Fe2+trong môi trường axit Sỡ dĩ phải làm điều đó vì tất cả các muối Fe(II) đều dễ chuyển thành các hợp chất Fe(III) theo cơ chế sau:

Fe2+ + H2O Fe(OH)+ + H+

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 Trong không khí có hơi nước, do đó các muối Fe(II) dễ dàng chuyển thành muối Fe(III) Vậy làm thế nào để bảo quản muối Fe(II)? Muối Mohr đáp ứng được điều này Do

đó, ứng dụng quan trọng của muối Mohr trong ngành hóa học phân tích là làm thuốc thử, dùng để pha dung dịch chuẩn Fe2+ Một trong những ứng dụng quan trọng của dung dịch chuẩn Fe2+ là dùng để định lượng hỗn hợp Fe2+ và Fe3+ bằng phương pháp chuẩn độ trắc quang vì Fe2+ tạo phức có màu với 1,10- phenanthroline Dung dịch chuẩn Fe2+ còn dùng trong chuẩn độ oxy hóa khử: chuẩn độ dung dịch KMnO4, K2Cr2O7

III Một số phương pháp tinh chế chất rắn

III.1 Phương pháp kết tinh lại

Phương pháp kết tinh lại là một phương pháp tinh chế quan trọng, dùng để làm sạch các chất rắn dễ tan khỏi các tạp chất khác hoặc để tách các chất rắn có tính chất gần giống nhau nhưng có độ tan khác nhau Phương pháp này dựa trên sự biến đổi độ tan của chất khi nhiệt độ thay đổi

Độ tan của một chất là hàm lượng của chất tan trong dung dịch bão hòa của nó Lợi dụng sự tăng độ tan của các muối khi đun nóng, có thể thu được dung dịch bão hòa ở nhiệt

độ sôi, lọc dung dịch để loại các tạp chất, rồi làm lạnh Khi đó sẽ thu được những tinh thể muối khá tinh khiết Sở dĩ như vậy, vì khi làm lạnh thì dung dịch trở nên quá bão hòa đối với chất chính, trong khí đó các muối – tạp chất có mặt với hàm lượng một vài phần trăm sẽ ở lại trong nước cái Đó là sơ đồ của quá trình kết tinh lại

Nếu phương pháp kết tinh lại để tách tạp chất ở lượng nhỏ thì khi kết tinh, tạp chất sẽ

ở lại trong dung dịch chứ không tách ra vì lúc đó dung dịch chưa bão hòa với tạp chất

Tùy thuộc vào độ bền của chất cần tinh chế theo nhiệt độ mà ta có thể kết tinh lại ở nhiệt độ phòng hoặc từ dung dịch nóng

+ Kết tinh lại ở nhiệt độ phòng: được thực hiện bằng cách cho bay hơi dần dần dung môi ở nhiệt độ phòng và thường thực hiện trong bình hút ẩm chân không, phương pháp này đòi hỏi mất nhiều thời gian

+ Kết tinh lại trong dung dịch nóng: được thực hiện bằng cách pha dung dịch bão hòa

ở nhiệt độ cao thích hợp Lọc dung dịch nóng để tách các tạp chất cơ học Nếu độ tan giảm mạnh khi giảm nhiêt độ thì làm lạnh dung dịch, chất rắn sẽ kết tinh Nếu độ tan của chất rắn

thay đổi không đáng kể khi giảm nhiệt độ thì nên cho bay hơi dung dịch đến khi xuất hiện váng tinh thể mới làm lạnh Muốn thu được chất rắn có độ tinh khiết cao thì thực hiện việc kết tinh lại vài ba lần

+ Lọc áp suất thấp:

Phương pháp này dùng để lọc nhanh, có thể dùng bơm hút nước hoặc bơm hút chân không để tạo áp suất thấp hơn áp suất khí quyển ở điều kiện bình thường Nhờ sự chênh lệch

áp suất mà dung dịch chảy nhanh hơn

Cắt giấy lọc vừa bằng phễu lọc Buchner Đặt giấy lọc vào phễu, tẩm ướt bằng ít nước,

mở bơm hút nước hoặc chân không Nếu hệ thống lọc đã kín (tờ giấy lọc ép chặt vào đáy phễu), trước tiên ta chuyển nước lọc rồi mới đến kết tủa lên phễu

III.1.2 Rửa kết tủa

- Rửa gạn:Rót dung dịch vào kết tủa chứa trong cốc thủy tinh Dùng đũa thủy tinh khuấy cẩn thận, để lắng kết tủa Rót dung dịch trong vào phễu lọc, đổ tiếp thêm vào một lượng nước rửa mới Lặp lại động tác này vài lần với nước rửa cho đến khi kết tủa sạch chất bẩn

- Rửa trên phễu lọc: chuyển toàn bộ kết tủa lên giấy lọc, chờ cho nước bên trên kết tủa chảy gần hết Rót theo đũa thủy tinh một lượng nước rửa sao cho vừa đủ ngập toàn bộ kết tủa Khi toàn bộ lượng nước rửa chảy hết, mới rót thêm một lượng nước rửa mới vào

Để kiểm tra xem việc rửa hòan tất chưa, ta thu một ít nước rửa vào ống nghiệm nhỏ, dùng hóa chất thử xem chất cần loại bỏ còn hay không Ví dụ ta cần loại bỏ ion Cl ta dùng thuốc thử là dung dịch AgNO3

III.2 Phương pháp thăng hoa

Thăng hoa là một quá trình làm bay hơi chất rắn, rồi đưa hơi ngưng tụ thành thể rắn

mà không qua trạng thái lỏng Phương pháp này chỉ áp dụng cho những chất rắn có áp suất hơi cao ở nhiệt độ phòng, ở nhiệt độ cao chúng có thể bị phân tích

III.3 Phương pháp kết tủa

Một trong những phương pháp đơn giản nhất để tách riêng các chất, nhất là để tinh chế các thuốc thử, là chuyển tạp chất hay chất chính thành kết tủa Điều đó có thể thực hiện được nếu khi tác dụng với một thuốc thử thích hợp, các cấu tử bị tách của hỗn hợp có thể tạo được hợp chất ít tan

Ngoài ra, người ta còn sử dụng rộng rãi phương pháp cộng kết các tạp chất vào các chất góp hữu cơ hoặc vô cơ, nghĩa là những chất mà khi kết tủa chúng sẽ đồng thời cộng kết

cả các tạp chất cần loại

III.4 Phương pháp chuyển vận

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để điều chế các chất tinh khiết đặc biệt dùng trong kỹ thuật bán dẫn và điện tử học vô tuyến

III.5 Phương pháp chưng cất

Cơ sở của sự tinh chế các chất bằng cách chưng cất là khi cho bay hơi hỗn hợp các chất lỏng thì hơi thu được thường có các thành phần khác nhau, hơi sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi của hỗn hợp Vì vậy, có thể đuổi được các chất dễ sôi ra khỏi hỗn hợp, hoặc ngược lại, có thể thu được chất chính và giữ tạp chất khó sôi lại trong thiết bị chưng cất

III.6 Phương pháp chiết

Phương pháp chiết để tách riêng các chất, đặc biệt là trong hóa học phân tích Gần đây, phương pháp này được chú ý nhiều trong việc điều chế chất tinh khiết và siêu tinh khiết Phương pháp chiết dựa trên việc tách một trong các cấu tử của dung dịch nhờ một dung môi hữu cơ không trộn lẫn với dung dịch Cấu tử bị chiết phân bố giữa lớp dung dịch

và lớp dung môi hữu cơ theo một tỷ lệ phụ thuộc vào hệ số phân bố

III.7 Phương pháp nóng chảy vùng

Phương pháp tinh chế này dựa trên sự khác nhau về độ tan của tạp chất trong chất rắn

và trong thể nóng chảy Mẫu chất rắn (ví dụ như thỏi kim loại cần tinh chế) được di chuyển qua một vùng đốt nóng hẹp Khi đó xảy ra sự nóng chảy từ từ những phần tử riêng biệt của mẫu nằm ở một thời điểm xác định trong vùng đốt nóng Các tạp chất trong mẫu sẽ tập trung

ở tướng lỏng cùng với tướng lỏng chúng dịch chuyển dọc theo mẫu Sau khi kết thúc sự nóng chảy

III.8 Phương pháp trao đổi ion và sự hấp phụ

Sự trao đổi ion là một trong số các phương pháp tách riêng có hiệu quả, đặc biệt là đươc áp dụng trong tinh chế triệt để một số chất Việc tách riêng được tiến hành bằng những nhựa trao đổi ion Chúng là những hợp chất cao phân tử chứa các nhóm H+ hoặc OH- có khả năng phản ứng (cationit hoặc anionit) Khi cho dung dịch chất điện li đi qua nhựa, lúc này sẽ xảy ra sự trao đổi các ion kim loại hoặc gốc axit với H+ hoặc OH -.Đáng được chú ý là ngoài các nhựa trao đổi ion thông thường còn có thể sử dụng than đã được oxy hóa, điều chế bằng cách dùng axit nitric hoặc các chất oxy hóa khác để xử lý than

IV Ứng dụng của phản ứng điện hóa vào tinh chế dung dịch chất điện li - phương pháp khử bằng hỗn hống kim loại

IV.1 Đặc điểm của phương pháp khử bằng hỗn hống

Dùng hỗn hống để khử các chất có những ưu điểm sau đây:

Các đường khử của H+ và H2O khi có mặt của Hg nằm trong khu vực các chất khử mạnh, do đó có thể dùng các chất khử rất mạnh như hỗn hống Na

Trong số nhiều hỗn hống khác nhau ta có thể chọn những hỗn hống có tính khử cần thiết Thế cân bằng của hai hệ:

M - ne Mn+

]lg[

059,0

n E E

Và M(Hg) - ne Mn+ + Hg

)]

([

][lg059,0' 0

Hg M

M n

E E

n++

=

Thế cân bằng này khác nhau rất ít, thường chỉ một vài chục milivolt khi hỗn hống có nồng độ cao

Tốc độ khuếch tán của kim loại trong hỗn hống có thể giới hạn tốc độ khử ở mức độ như tốc độ khuếch tán ion trong nước Khi dùng hỗn hống có thể tăng tốc độ khuếch tán bằng cách khuấy mạnh làm bề mặt điện cực tăng lên Do tất cả những tính chất đó của hỗn hống mà việc sử dụng chúng giống như thực hiện các quá trình khử điện hóa trên catot thủy ngân

Người ta đã biết nhiều ví dụ về việc sử dụng hỗn hống trong hóa học hữu cơ (đặc biệt hỗn hống natri) và hóa học phân tích Các hỗn hống có tính khử mạnh được sử dụng nhiều nhất là: hỗn hống natri (E0’=-2,7V), hỗn hống kẽm (E0’=-0,8V), hỗn hống cadimi (E0’= -0,4V), hỗn hống bitmut (E0’=0,3V) Tất cả hỗn hống này đều thuộc hệ nhanh hoặc khá nhanh Các hỗn hống Mangan, hỗn hống Crom thuộc hệ chậm Còn Fe và Ni không tạo nỗn hống

Tất cả các hỗn hống đều khử được Fe(III) và Vanadi(V) Hỗn hống Bitmut không khử được Vanadi(IV), chỉ có hỗn hống kẽm có thể khử được crom(III), titan(IV) và vanadi(IV) với tốc độ tương đối nhanh Trong quá trình khử bằng hỗn hống kẽm luôn luôn có khí hydro thoát ra Phản ứng khử bằng kim loại kiềm xảy ra mãnh liệt nhưng kim loại kẽm cũng khử được ion H+ với tốc độ lớn Cũng như trường hợp khử bằng các kim loại, đối với trường hợp khử bằng hỗn hống, ta có thể dùng các phản ứng hóa học để tăng cường sự khử một số chất này hoặc ngăn cản sự khử một số chất khác

Ví dụ: Thêm EDTA và đồng thời điều chỉnh pH có thể làm thay đổi tác dụng của các hỗn hống và mở rộng phạm vi của hỗn hống trong việc phân tích các chất vô cơ và hữu cơ

Hỗn hống chì (E0’= -0,2V)

Hỗn hống thiếc (E0’= -0,2V)

Hỗn hống bitmut (E0’= 0,3V) Fe(III)→Fe(II)

Ti(IV)→Ti(III)

Fe(III)→Fe(II) Ti(IV)→Ti(III)

Fe(III)→Fe(II) W(VI)→W(III)

Fe(III)→Fe(II) W(VI)→W(V)

Fe(III)→Fe(II) V(V)→V(IV)

Cr(VI)→Cr(III)

V(V)→V(IV) U(VI)→U(IV) Cu(II)→Cu(I) As(V)→As↓

và As(III) Cr(VI)→Cr(III)

V(V)→V(IV) U(VI)→U(IV) Cu(II)→Cu(I) As(V)→As↓

và As(III) Cr(VI)→Cr(III)

Cu(II)→Cu(I) As(V)→As(III) Cr(VI)→Cr(III)

IV.2 Các cách khử

IV.2.1 Cột khử Jôn (Johnes)

Phản ứng khủ xảy ra trong cột khử Jôn chứa hỗn hống rắn của kẽm Do quá thế của hydro trên thủy ngân rất lớn nên đôi khi dội qua cột hydro thoát ra rất ít và kim loại

ở cột được giữ nguyên trong một thời gian khá dài

Khử trong môi trường H2SO4 2N trong cột Jôn, trong điều kiện này có thể tiến hành các phản ứng khử sau:

Mo(VI)→ Mo(III) (0,4V)

Ti(IV)→ Ti(III) (0,0V) U(VI)→ U(IV) (0,4V)

V(V)→ V(II) (-0,2V)

Cr(III)→ Cr(II) (-0,4V)

asen(III), antimon(III) và thiếc(IV) bị khử đến các kim loại tương ứng, cần tách những ion này trước khi tiến hành khử Ion NO3- cũng ngăn cản sự khử Trong số các ion tạo thành sau khi khử, chỉ có ion Fe2+ và U(IV) khá bền trong không khí, đủ để định phân chúng

IV.2.2 Cột bạc (Ag)

Cho bạc kim loại vào đầy cột khử Trong môi trường HCl 1N, khả năng khử của bạc tăng lên cho bạc clorua tạo thành