Khoá luận tốt nghiệp xây dựng quy trình phân tích hàm lượng một số ion, ứng dụng trong phân tích thực tế bằng phương pháp chuẩn độ thể tích

Xây dựng một số quy trình phân tích hàm lượng một số ion, ứng dụng trong phân tích thực tế bằng phương pháp chuẩn độ thể tích..... Mặt khác, phương pháp này cho kết quả trục tiếp Ví dụ:

BÙI THỊ THOA

XÂY DựNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG MỘT SỐ ION, ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH THựC TẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN Đ ộ THẺ TÍCH

KHÓA LUẬN TỔT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • •

C h u yên n gàn h : H óa học p h ân tích

Người hướng dẫn khoa học

T h S v ũ T H Ị K I M T H O A

HÀ NỘI - 2015

L Ờ I C Ả M ƠN

Để hoàn thành khóa luận này em xin bày tỏ lòng cảm 0’n sâu sắc tói cô giáo - ThS Vũ Thị Kim Thoa, đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt quá trình em thực hiện đề tài này.

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Hóa, các

cô chú quản lí thư viện trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đề tài

VI thời gian có hạn nên chắc chắn đề tài của em còn nhiều thiếu sót kính mong sự đóng góp của các thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 20ỉ 5

Sinh viên

Bùi Thị Thoa

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chon đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng nghiên c ú n 3

5 Phương pháp nghiên c ú n 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Phương pháp phân tích thể tích 4

1.2 Chuẩn độ axit - bazơ 5

1.2.1 Chất chỉ thị 6

1.2.2 Các loại chỉ thị axỉt - bazơ 7

1.2.3 Các trưòng họp trong chuân độ axit - bazơ 7

1.3 Chuẩn độ oxi hóa - khử 7

1.3.1 Phương pháp pemanganat 8

1.3.2.Phương pháp dỉcromat 8

1.3.3 Phương pháp ỉo t 9

1.4 Chuẩn độ tạo p h ứ c 10

Ị.4.1 Thuốc th ử 10

1.4.2 Sự tạo phức của EDTA với các ỉon kim loại 11

1.5 Chuẩn độ kết tủ a 12

1.5.1 Phương pháp Mohr: dùng chỉ thị K 2 CrƠ 4 12

1.5.2 Phương pháp Volhard 13

1.5.3 Phương pháp Fajans 14

1.6 Các phương pháp nâng cao độ chọn lọc của phép xác định 15

1.6.1 Phương pháp ch e 15

1.6.2 Phương pháp giải che 18

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN c ứ u VÀ KẾT QUẢ 19

2.1 Xây dựng một số quy trình phân tích hàm lượng một số ion, ứng dụng trong phân tích thực tế bằng phương pháp chuẩn độ thể tích 19

2.2 Kết q u ả 50

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

M Ở Đ Ầ U

1 Lí do chon đề tài

Hóa học phân tích là ngành khoa học ứng dụng tổng họp các thành tựu của các ngành khoa học khác có liên quan như: hóa học, vật lý, toán học - tin học, sinh học - môi trường, vũ trụ , hải dương học, địa chất, địa lý, Đặc biệt, nó đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc kiểm tra sản xuất trong công nghiệp hóa chất Nhờ việc phân tích thường xuyên hàm lượng cấu tử trong các nguyên liệu, các bán thành phẩm, cũng như kiếm tra chất lượng các sản phẩm mà người ta có thể điều chỉnh kịp thời các quy trình công nghệ và tránh được lãng phí có khi rất lớn trong các nhà máy, xí nghiệp Phân tích định lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong điều tra cơ bản tài nguyên (phân tích quặng, đất, nước, ) phục vụ cho các mục đích kinh tế và quốc phòng Do sự liên quan mật thiết giữa phân tích định lượng với sản xuất như vậy, nên cùng với sự phát triển của sản xuất, các phương pháp phân tích định lượng không ngùng được hoàn thiện đế phục vụ yêu cầu của sản xuất

Đây là một ngành khoa học có sự tích họp cao của nhiều ngành khoa học tự nhiên mà mục đích cuối cùng của nó là đem lại lợi ích tối đa cho khoa học, đời sống và sự phát triển của con người

Trong những năm gần đây, các phương pháp phân tích hiện đại phát triển rất mạnh mẽ Ưu điểm của các phương pháp này là độ nhạy cao, tốc độ phân tích nhanh, dùng 1'ất phổ biến trong các phép phân tích vết cũng như trong phân tích hàng loạt để kiểm tra sản xuất Mặt khác, tâm lí của mọi người làm phân tích vẫn thích đo đọc trên máy (ấn nút, bật, ngắt điện để đọc số liệu) hơn là chỉ đơn thuần lắc, đổ, đun nóng, quan sát Điều đó càng thúc đẩy sự mở rộng phạm vi ứng dụng của các phương pháp hiện đại Tuy nhiên, các phương pháp hóa học vẫn đóng vai trò quan trọng và cần thiết trong phân tích hiện đại Đối với nhiều nguyên tố nếu hàm lượng không quá

bé thì độ chính xác của bất kì phương pháp nào cũng không thể vượt quá độ chính xác của phương pháp phân tích hóa học Mặt khác, phương pháp này cho kết quả trục tiếp( Ví dụ: sự xuất hiện kết tủa trắng AgCl của phép chuẩn

độ ion c r bằng ion Ag+, hay là khi chuẩn độ Ag+ dư bằng SCN', chỉ thị Fe3+ ban đầu xuất hiện kết tủa trắng, tại điểm dừng chuẩn độ khi có dư SCN' thì xuất hiện màu hồng của phức FeSCN2+ ); các phương pháp hóa học chỉ đòi hỏi các dụng cụ rẻ tiền, đơn giản, ở bất kì phòng thí nghiệm nào cũng có; rèn luyện kĩ năng tiến hành thí nghiệm, một kĩ năng không thể thiếu với người giáo viên giảng dạy bộ môn hóa học tại các trường phổ thông

Hóa học phân tích thực chất là ngành phân tích đóng vai trò quan trọng trong khoa học, kỹ thuật, trong nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản để phát triển tiềm năng, khai thác tài nguyên khoáng sản, đánh giá chất lượng sản phẩm Xã hội ngày càng phát triển thì vấn đề ô nhiễm môi trường,sự nhiễm độc thực phẩm, sự gia tăng của các dịch bệnh là điều không thể tránh khỏi Việc tìm hiểu và nghiên cún trong suốt quá trình học trong trường là điều rất cần thiết; sinh viên phải tự trau dồi kiến thức cũng như hình thành cho mình những kĩ năng cơ bản, để sau này khi ra trường sinh viên có thể vận dụng các kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề liên quan đến thực tế

Trên cơ sở đó,em đã chọn đề tài:

“Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng một số ion, ứng dụng trong phân tích thực tế bằng phương pháp chuẩn độ thể tích”.

2 Mục đích nghiên cún

Đe xây dụng quy trình phân tích hàm lượng một số ion, ứng dụng trong phân tích thực tế bằng các phương pháp chuẩn độ thể tích

3 Nhiệm yụ nghiên cún

- Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng một số ion

- Tìm mẫu thực tế có ion cần phân tích

- Xác định hàm lượng ion có trong mẫu bằng phương pháp chuẩn độ thể tích.

4 Đối tượng nghiên cứu

Thiết kế các bài thí nghiệm định lượng các chất trong hỗn hợp bằng phương pháp chuẩn độ thể tích

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp tiến hành thực nghiệm

VB.CB= V A CA

=>Ca = VB Cb/ Va(N)Quá trình thêm dần thuốc thử B vào dung dịch cần chuẩn được gọi là quá trình chuẩn độ Khi lượng chất B đã cho vào vừa đủ đế phản ứng vừa hết với toàn bộ chất A trong dung dịch thì ta nói rằng phép chuẩn độ đã đạt đến điểm tương đương

Điểm ngừng chuẩn độ (được coi gần đúng điểm tương đương) là điểm tại đó, chất chỉ thị đổi màu (phương pháp hóa học) Trong thực tế, điểm dừng chuẩn độ có thể không trùng với điểm tương đương và điều đó gây ra sai số chuẩn độ Sai số chuẩn độ thường do 2 yếu tố:

- Do sử dụng chỉ thị không thích họp ( sai số chỉ t h ị)

- Do kĩ thuật chuẩn độ: sử dụng pipet, buret không đúng, giọt dung dịch ở buret ra quá lớn,

Tính toán kết quả phân tích thể tích

Trong chuẩn độ trưc tiếp người ta dùng pipet lấy chính xác VB ml dung dịch cần chuấn B, thêm dung dịch chuẩn A có nồng độ CA mol/1 (đã được biết chính xác) từ buret vào dung dịch Bcho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn Ghi thể tích VA ml trên buret và tính nồng độ dung dịch B

Tính theo đinh luât hơp thức: Khi phản ứng giữa chất A và chất B đạt

tới mức độ hoàn toàn ( không còn dư cấu tử phản ứng), thì tọa độ phản ứng đối với mỗi chất đạt tới trạng thái cực đại, và các tọa độ cực đại này phải bằng nhau và chung cho mọi chất phản ứng Tọa độ cực đại bằng số mol ban đầu chia cho hệ số hợp phức của mỗi chất

Chang hạn, đối với phản ứng :

v ạ A + V A B > V c C + v d D ( 1 )tổng số mol ban đầu,n° CAVA CBVB (mmol)

Tính theo quy tắc đương lương: Đối với phản ứng (1), giả sử

Đa = Klmoìw và ĐB = Klmolm (Klmol = khối lượng mol)

- Đổi nồng độ mol của các chất sang nồng độ đương lượng

Cn(A) = nACM (A)CN(B) = nBCM (B)

Áp dụng quy tắc đương lượng

Số mđ = CN (A) VA = CN (B) VB

o Cm (B) = ^ = 24 mmol/ml (3)

Hệ thức (2) và (3) là đồng nhất nếiwB = Va nA = VB

1.2.Chuẩn độ axit - bazo’

Chuẩn độ axit - bazơ là việc xác định điểm cuối dựa trên sự biến đổi

pH đột ngột quan sát thấy ở gần điểm tương đương Ở gần điểm tương đương, nồng độ của các chất cần chuẩn và chất chuẩn quyết định khoảng biến đổi pH

Đe lựa chọn chất chỉ thị thích hợp cho từng trường họp chuẩn độ cần phải

nắm được quy luật biến đổi pH của dung dịch theo lượng chất chuẩn tiêu thụ

khi chuẩn độ Đường phụ thuộc giữa hai đại lượng này được gọi là đường

chuẩn độ Việc tính toán và xây dựng đường chuẩn độ cho phép lựa chọn hợp

lí chất chỉ thị và đánh giá được sai số chuẩn độ

Trong đường chuẩn độ có sự xuất hiện của bước nhảy chuẩn độ, sự

xuất hiện này cho phép mở rộng phạm vi mở rộng chất chỉ thị và có khả năng

chuẩn độ chính xác Thực tế, muốn chuẩn độ chính xác phải chọn được chất

chỉ thị thỏa mãn 2 yêu cầu:

- Có chỉ số chuẩn độ trùng hoặc rất gần với pH tại điếm tương đương

của phép chuẩn độ (pT « pHtđ )

- Phải đổi màu đột ngột tại điểm kết thúc chuẩn độ

Tuy vậy, do sự xuất hiện bước nhảy chuẩn độ mà ta không nhất thiết

phải chọn chất chỉ thị có pT = pHtđ mà có thể chọn bất kì chất chỉ thị nào có

chỉ thị chuẩn độ nằm trong bước nhảy chuẩn độ tương ứng với sai số cho

phép (q = ± 0,1 - 0,2%) Bước nhảy chuẩn độ phụ thuộc vào nồng độ của các

axit và kiềm dùng trong chuấn độ Neu nồng độ axit và kiềm càng lớn thì

bước nhảy chuẩn độ càng lớn và ngược lại nếu nồng độ các axit và bazơ càng

bé thì bước nhảy chuẩn độ càng hẹp và phép chuẩn độ càng kém chính xác

1.2.1 Chất ch ỉ thị

Những chỉ thị axit - bazơ là những axit hoặc bazơ yếu Phản ứng phân

li hoặc liên hợp của chất chỉ thị kèm theo sự chuyển vị cấu tạo bên trong dẫn

tới sự biến đổi màu Chúng ta đưa ra phản ứng điển hình của chỉ thị axit -

bazơ dưới dạng sau:

H20 + Hin -> H30 + + In hoặc In + H20 -> Hin + о н(màu axit) (màu kiềm) (màu kiềm) (màu axit)

Trong các dung dịch axit mạnh, chỉ thị ở dạng Hin là dạng chiếm un

thế, tương ứng với "Màu axit" Trong các dung dịch kiềm, các hạt In' sẽ chiếm ưu thế tương ứng với "Màu kiềm'' của chất chỉ thị đó.

1.2.2 Các loại ch ỉ thị axỉt - bazơ

N hũng ch ỉ thị phtalein: Phần lớn những chỉ thị không màu trong dung

dịch axit và có màu trong môi trường kiềm Trong môi trường kiềm mạnh, màu của chúng bị mất chậm

Các sunfonphtalein: Đặc trưng là có hai khoảng chuyển màu; một

khoảng quan sát thấy trong dung dịch khá axit, một khoảng khác trong môi trường trung tính hoặc kiềm vừa phải Khác với các chất màu phtalein, các chỉ thị loại này có dạng kiềm màu đỏ rất bền trong môi trường kiềm mạnh

Chỉ thị azo: Khi tăng độ kiềm của môi trường màu của phần lớn các

chỉ thị azo biến đổi từ màu đỏ sang vàng; điểm chuyển màu của chỉ thị chuyển dịch một chút về vùng axit Metyl da cam và metyl đỏ là những đại diện phổ biến nhất của loại chỉ thị đó

1.2.3 Các trường hợp trong chuẩn độ axit - bazơ

- Chuẩn độ bazơ mạnh bằng axit mạnh

- Chuẩn độ axit mạnh bằng bazơ mạnh

- Chuẩn độ đơn bazơ yếu bằng axit mạnh

- Chuẩn độ đơn axit yếu bằng bazơ mạnh

- Chuẩn độ hỗn hợp các đơn axit và đơn bazơ

- Chuẩn độ các đa axit và đa bazơ

1.3.Chuẫn độ oxi hóa - khử

Đe mô tả quá trình xảy ra khi chuẩn độ ta dùng đường chuẩn độ để biểu diễn sự phụ thuộc giữa thế với thể tích đã dùng (E - V) hoặc với tỉ số mol của các chất tham gia phản ứng chuẩn độ (E - P)

Khi cho thể tích xác định dung dịch chuẩn của chất oxi hóa hoặc khử vào dung dịch cần chuẩn độ thì xảy ra phản ứng oxi hóa - khử Phản ứng này làm thay đổi nồng độ của các chất phản ứng sao cho khi cân bằng, thế oxi hóa của hai cặp oxi hóa - khử bằng nhau tại mọi điểm của đường cong.

Căn cứ vào thuốc thử được dùng mà người ta phân loại phương pháp chuẩn độ oxi hóa - khử thành các phương pháp cụ thể: phương pháp pemanganat, phương pháp đicromat, phương pháp iot,

1.3.1.Phương pháp pemanganat

Pemanganat là chất oxi hóa mạnh Trong dung dịch axit, ion M n04‘bị khử thành ion Mn2+ không màu :

M n04'+ 8H+ +5e ^ Mn2+ + 4 H20 E°= 1,51VTrong dung dịch axit yếu, trung tính, bazơ, sản phẩm phản ứng khử

M n04‘ là M nơ2

Trong dung dịch kiềm mạnh, ion M n04~ bị khử thành manganat M11O4 :

Neu ion Permanganat được hòa tan trong dung dịch IM axit percloric

và axit nitric IM, thì điện thế lần lượt là 1,70 và 1,60V

1.3.2.Phương pháp dicromat

Nguyên tắc:

Kali đicromatcó tính oxi hóa trong môi trường axit

Cr20 72' + 14H+ + 6e ^ 2Cr3+ + 7H20 E° = 1,33VDung dịch chuẩn đicromat rất bền Có thể axit hóa bằng axit sulfuric, axit pecloric loãng Có thế chuẩn độ bằng đicromat ở nhiệt độ thường khi có mặt HC1 đến nồng độ 3,5M Ở nồng độ HC1 đặc hon và khi đun nóng thì có clo bay ra

Khi chuẩn độ với đicromat có thể dùng các chất chỉ thị điphenylamin, diphenylbenzidin, natri diphenylsunfonat.

Phương pháp này chủ yếu dùng đế chuẩn độ Fe(II)

СГ2О72' + 14H++ 6Fe2+ -*■ 2Cr3+ + 6Fe3++7H20Phạm vi ứng dụng:

Phản ứng này có thể dùng chuẩn độ ngược chiều chất oxi hóa

Có thể định lượng chất khử bằng phương pháp chuẩn độ thế hoặc chuẩn độ ngược

Cho chất khử phản ứng với mỗi Fe3+ dư và chuẩn độ Fe2+ tạo thành

Vì vậy I2 có thế oxi hóa được các chất khử trung bình ( H2S, H2SO3,

Sn(II) ) và ion iođua có thể khử được các chất oxi hóa trung bình trở lên (Fe3+, H2O2, Cr20 72\ M n04- )

Phương pháp này dựa trên cơ sở các quá trình oxi hóa - khử biến iot tự

do thành iođua và ngược lại:

I2 + 1 *— I3 và I3 + 2e <— 31Phạm vi ứng dụng:

Định lượng các chất khử hoặc các chất oxi hóa Một trong các chất khử được dùng để định lượng trong phương pháp này là Na2s20 3 Đe chính xác người ta dùng chỉ thị hồ tinh bột

Cho các chất oxi hóa tác dụng với KI dư, sau đó chuẩn độ lượng lot giải phóng ra bằng Na2S20 3

Có thể thêm dư dung dịch chuẩn iot vào chất khử sau đó chuẩn độ KI

dư bằng dung dịch chuần Na2S203

Phản ứng quan trọng là: I3 + 2S2O32' ^ s 40 62 + 31"

1.4 Chuẩn độ tạo phức

Hiện nay phương pháp chuẩn độ tạo phức phổ biến nhất là phương pháp chuẩn độ complexon dựa trên việc sử dụng các axit aminopolicacboxylic làm thuốc thử tạo phức để chuẩn độ các ion kim loại

1.4.1 Thuốc th ử

Phương pháp chuẩn độ dựa trên phản ứng tạo phức của các ion kim loại với các nhóm axit aminopolicacboxylic được gọi là phương pháp chuẩn độ complexon Các complexon là những dẫn xuất của các axit aminopolicacboxylic

Complexon I : là axit nitriltriaxetic (NTA), kí hiệu: H3Y, còn gọi là trilon A

C H 2 - C O O H

Complexon II là axit etylen diamin tetraaxetic (EDTA), kí hiệu: H4Y,

ít tan trong nước

Complexon III (trilon B): Muối đinatri của axit etylen điaminotetra

axetic (muối đinatri của EDTA), kí hiệu: Na2H2Y, trong phòng thí nghiệm vẫn hay quen gọi là EDTA

Các complexon tạo phức bền với nhiều ion kim loại Các phản ứng tạo phức này thỏa mãn tất cả các điều kiện của phân tích thể tích Do đó phương pháp chuẩn độ complexon trở thành một trong nhũng phương pháp phân tích phổ biến nhất EDTA là thuốc thừ được sử dụng nhiều nhất, EDTA là một axit có 4 nấc phân li: pKị = 2,0 ; pK2 = 2,67 ; pK3 = 6,16 ; pK4 = 10,26 Hai proton đầu tách ra khá dễ dàng, hai proton sau tách ra khó khăn hơn nhiều.Ngoài 4 ion của nhóm cacboxylic, phân tử EDTA còn có 2 nguyên tử nitơ, mỗi nguyên tử đều có đôi điện tử không phân chia (tự do), do đó có tiềm năng tạo 6 liên kết ion kim loại.

EDTA được kí hiệu là H4y có thể tồn tại ở 5 dạng sau : H4Y, H3Y ,

H2Y2\ h y 3' và Y4\ H4Y và Na2H2Y.2H20 có thể điều chế được ở dạng tinh khiết dùng làm dung dịch gốc Muốn vậy phải sấy ở nhiệt độ 130 - 135 c để làm mất nước

Thành phần của EDTA như là một hàm số của pH Trong dung dịch nước EDTA tồn tại ở 5 dạng, lượng tương đối của dung dịch này phụ thuộc vào pH

1.4.2 S ự tạo phứ c của EDTA với các ion kim loại

đủ bền, đó là cơ sở cho các phương pháp chuẩn độ

Ảnh hưởng của pH:

Sự nghiên cún cân bằng trong dung dịch chứa ion kim loại và EDTA chỉ rõ mức độ tạo phức phụ thuộc vào pH của dung dịch Khi chuẩn độ các cation tạo phức kém bền ( ví dụ : Mg2+, Ca2+) phải chuẩn độ trong môi trường kiềm Ngược lại, để chuẩn độ những cation tạo phức bền hơn ( ví dụ : Zn2+, Ni2+ ), có thể thực hiện ngay trong cả môi trường axit vừa phải

Phép chuẩn độ bằng dung dịch EDTA thường thực hiện trong các dung dịch đệm với các giá trị pH thích hợp, cố định

C hất chỉ thị;Các chất chỉ thị kim loại thuộc phổ biến, thường thuộc các loại sau:

Các thuốc nhuộm triphenylmetan: Ví dụ pirocatesin tím, xilen da cam, metalphtalein, thimolphtalexon

Các thuốc nhuộm azo: Ví dụ Eriocomden T; 4 - (2- Piridinazo) - Rezoxin (PA R ); 1 -(2 - piri đinazo)- 2 - n a p h to l( P A N )

Các chất chỉ thị thuộc loại khác : ví dụ murexit, aliraxin

1.5 Chuẩn độ kết tủa

Trong các phản ứng chuẩn độ kết tủa thì phép chuẩn độ đo bạc là phương pháp quan trọng nhất, dựa trên việc định lượng clorua bằng dung dịch chuẩn A gN 03 Tùy theo điều kiện thực nghiệm mà người ta sử dụng các phương pháp chuẩn độ: phương pháp Mohr, phương pháp Volhard và phương pháp Fajans

1.5.1 Phương pháp Mohr: dùng chỉ thị K2CrỠ 4

Phương trình phản ứng chuẩn độ: c r + Ag^AgClịtrắng

Vậy tại điểm cuối chuẩn độ sẽ xuất hiện màu nâu gạch, dạng huyền phù của Ag2C r0 4 Độ chính xác của phép chuẩn độ phụ thuộc vào pH của dung dịch, khoảng pH thích họp là từ 8,0 - 10,0 Neu dung dịch có môi trường axit

thì phải trung hòa bằng N aH C 03 Neu trong dung dịch có ion NH4+ thì phải chuẩn độ ở pH = 6,5 - 7,2 vì pH > 7,2 có sự hình thành rõ rệt NH3 làm tan một phần kết tủa Ag2C r04 và gây sai số.

Phương pháp này chủ yếu được dùng để chuẩn độ clorua mặc dù về nguyên tắc có thể xác định chính xác bromua và clorua

Tuy nhiên cần chú ý tới một số yếu tố có thế dẫn tới sai số:

- Khi chuẩn độ SCN' bằng A gN 03 cần lắc mạnh để tránh hiện tượng hấp phụ Ag+ bởi kết tủa AgSCN dẫn tới sự xuất hiện màu FeSCN' trước điểm tương đương

- Khi chuẩn độ ion СГ cần chú ý tới phản ứng phụ:

AgCl + SCN ^ AgSCN + C1 Dần tới việc thêm quá dư mới đạt tới điểm tương đương Muốn vậy phải hạn chế sự tiếp xúc của kết tủa AgCl với dung dịch bằng cách lọc tách kết tủa AgCl hoặc dùng dung môi hũu cơ thích họp không trộn lẫn với nước như nitrobenzen, vào hỗn hợp trước khi chuẩn độ Ag+ dư bằng SCN’ nhằm ngăn chặn tác dụng của AgCl với SCN\

- Khi chuẩn độ ion I theo phương pháp Volhard thì phải cho AgNƠ3

dư trước khi thêm Fe3+làm chỉ thị vì nếu không thì Fe3+ sẽ oxi hóa ion iođua

2Fe3+ + 2 I ~ 2Fe2+ + h

- Việc chuẩn độ phải thực hiện trong môi trường axit để tránh sự tạo

phức hiđroxo của Fe3+ Nồng độ axit (thường dùng HNO3) không được bé hơn 0,3M

1.5.3 Phương pháp Fajans

Các chất chỉ thị thường dùng là fluoretxein và các dẫn xuất của nó: điclofluoretxein,tetrabromfluoretxein(eozin),erythrosin( tetraiodoAuoretxein).Các chỉ thị hấp phụ là những axit yếu

Trong dung dịch có cân bằng: HÍÌX ^ H+ + XÍT

Khi chuẩn độ NaCl bằng A gN 03 thì tại điểm cuối chuẩn độ có sự thay đổi điện tích của kết tủa

Trước điểm tương đương kết tủa tích điện âm do có dư c r :

AgCl, Ag+: NO3' + fl'^A gC l, Ag+:fT +

NO3-■=>Như vậy một lớp tích điện dương được hình thành sẽ hút ion đicloíloretxein Khi đó trên bề mặt kết tủa xuất hiện màu đỏ - hồng

Độ chính xác của phép chuẩn độ với chất chỉ thị hấp phụ, phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Tính hấp phụ chọn lọc của chất chỉ thị: Trường họp lí tưởng nhất là

chất chỉ thị phải đổi màu ngay sau điểm tương đương khi điện tích kết tủa vừa

đổi dấu Nhưng điều này còn tùy thuộc vào quan hệ giữa lực hấp phụ của anion chất màu và anion lưới Sự hấp phụ không chỉ phụ thuộc vào tương tác tĩnh điện mà còn phụ thuộc vào tính chất phân cực của các c h ấ t, vì vậy anion chất màu rất dễ hấp phụ chạy đua với anion lưới Ví dụ: eozin có thể đẩy ion

c r và chiếm vị trí của ion tạo thế

AgCI, Cl'i Na + + f l B r ' ^ AgCl, flBr’i Na + + c r

Do đó sự đổi màu xảy ra trước điểm tương đương

Anh hưởng của pH : Chất màu hấp phụ chủ yếu ở dạng anion, mà nồng

độ của nó phụ thuộc vào pH, vì vậy phải duy trì độ pH thích họp

Fluoretxein là axit rất yếu ( Ka = 10'7), do đó không thể chuẩn độ ở pH <

7, vì khi ấy chất chỉ thị chỉ tồn tại ở dạng không phân li và khả năng hấp phụ bị hạn chế Đicloíluoetxein là axit mạnh hơn nên có thể chuẩn độ ở pH thấp

Tính chất bề mặt của kết tủa: Sự hấp phụ phụ thuộc nhiều vào bề mặt

tướng rắn Neu kết tủa bị đông tụ khi chuẩn độ thì chất chỉ thị hấp phụ sẽ kém tác dụng Cần tránh sự có mặt của các ion kim loại đa hóa trị ( ví dụ: Al3+, Fe3+ )có tác dụng làm đông tụ mạnh kết tủa Đe tránh đông tụ có thể cho vào hỗn hợp chuẩn độ một chất keo bảo vệ, ví dụ khi chuẩn độ c r có thể cho dextrin, gelatin Không chuẩn độ các dung dịch đặc quá vì sự đông tụ sẽ xảy

Ví dụ: - Trong phép chuẩn độ Ca2+ khi có mặt Mg2+ trong dung dịch kiềm mạnh, kết tủa Mg(OH)2 được tạo thành.

-Có thế che những kim loại khác bằng cách kết tủa hidroxit: sat (III), titan (IV), zirconi và thiếc (IV)

-Dùng ion F để che ion Mg2+, Ca2+, Al3+, trong điều kiện đã biết cũng

có thể che Fe3+ bằng F ,

Nhược điếm của phương pháp: có sự cộng kết một phần kim loại cần

xác định làm giảm độ chính xác của kết quả và là sự hấp phụ chất chỉ thị bởi kết tủa làm cho sự chuyển màu của chất chỉ thị không rõ rệt Ket tủa thường gây khó khăn cho sự nhận biết sự đổi màu ngay cả trong trường họp không xảy ra sự hấp phụ chỉ thị

Ion hydroxyl, hay được dùng làm chất kết tủa khi che nhôm bằng cách

chuyển nó thành aluminat thì phức tan lại được tạo thành, thực hiện phép che này khi kết tủa chuẩn độ hỗn hợp nhôm và canxi

Ion F : dùng che Sn (IV) khi xác định Sn (II)

Dùng axit sunfosalyxilic: để che Al3+ khi xác định Fe3+, che cả Al3+ và

Fe3+ khi xác định lactanoit

Amoniac là chất tạo phức đơn giản nhất, trong đó nguyên tử nitơ tham gia tạo liên kết phối trí, thường sử dụng làm họp phần của hỗn họp đệm khi chuẩn độ complexon Ngoài ra nó còn cản trở sự kết tủa hidroxit của các kim

loại tạo phức amin làm tăng giá trị (3A của các kim loại này Nhưng ở nồng độ lớn trong dung dịch, amoniac có thể cản trở phản ứng của kim loại với chất chỉ thị hoặc EDTA (ví dụ: cản trở phép chuẩn độ Cu2+ bằng chỉ thị Murexit.)Những họp chất trong nguyên tử lưu huỳnh tham gia vào sự tạo liên kết phối trí, là những chất che lựa chọn đối với các kim loại tạo sunfua không tan.Ion CN~ tạo phức với hầu hết các kim loại, bền hơn ammoniac, dùng CN' để che: Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ và các kim loại quý khi xác định kim loại kiềm thổ, các lactanoit, mangan và các kim loại khác.

Ion iođua: tác dụng rất lựa chọn, ở nồng độ nhỏ nó chỉ cản Hg (II), khi

sử dụng nồng độ lớn ion iodua có thể che cả Ca2+, Pb2+

H 2 0 2: dùng làm chất che titan (IV) Trong dung dịch axit H2O2 cản trở

sự tạo phức đa nhân của titan (IV) chỉ tác dụng chậm với EDTA, do đó tạo điều kiện chuẩn độ trực tiếp kim loại này

1.6.1.3 Che bằng phản ứng oxi hóa - khử

Trong một số trường hợp có thể che kim loại cản trở bằng cách chuyển chúng vào trạng thái hóa trị khác Có thể che bằng cách khử :

Ví dụ: Đối với Fe (III) bằng cách thêm vào hidroxylamin hoặc axit ascorbic Những hằng số bền của phức Fe (II) và Fe (III) gần 1010 lần nên những ion Fe (II) không cản trở phép chuẩn độ

Có thể khử sắt khi che bằng CN', khi đó ion [Fe(CN)6]4" tạo thành cản trở ít hơn so với ion màu [Fe(CN)6]3~ có tính oxi hóa khá mạnh

1.6,2 Phương pháp giải che

Trong nhiều trường hợp có thể giải che bằng cách làm biến đổi pH của dung dịch (tăng hoặc giảm pH )

Ví dụ: Khi chuẩn độ canxi trong dung dịch kiềm mạnh magie bị che ở dạng Mg(OH)2 sau đó có thể hạ thấp pH đến 9 - 10 để giải che và chuẩn độ nó

Khi che nhôm dưới dạng aluminat, có thể làm cho nó trở lại dạng chuẩn

độ bằng cách hạ thấp pH đến 5

Neu che bằng cách khử thì có thể oxi hóa kim loại tương ứng trở lại, sau đó chuẩn độ.Ví dụ: sắt bị che bằng axit ascorbic, Cu bằng s 20 32 có thể giải che khi oxi hóa

Những kim loại bị che bằng cách tạo phức để giải che cần tách phức ra khỏi dung dịch.Ví dụ: giải che [Zn(CN)4]2' và [Cd(CN)4]2' bằng cách thêm vào fomandehit:

4H+ + [Cd(CN)4]2' + 4CH20 ^ Cd2+ + 4HO - CH2 - CN

C H Ư Ơ N G 2

Đ Ố I T Ư Ợ N G N G H IÊN cứu VÀ KẾT QUẢ

2.1.Xây dựng một số quy trình phân tích hàm lượng một số ion,ửng dụng trong phân tích thực tế bằng phương pháp chuẩn độ thế tích.

Bài 1: Định lượng độ cứng của nuởc theo 2 dạng: Ca(H C03)2, M g(H C 03)2,

và CaCl2, MgCl 2

Nguyên tắc:

Hỗn hợp ion dung dịch gồm: Ca2+, Mg2+, H C O 3', C l\

Thí nghiêm 1: Xác định hàm lượng tổng Ca2+, Mg2+ trong nước bằng phương pháp chuẩn độ trục tiếp bằng EDTA, chỉ thị EriocrondenT, pH = 10, đệm amoni

Do: PMgin = 107,0> Pcain = 105’4

=> Trước khi chuẩn độ có sự tạo phức giữa Mg2+ và EriocromdenT:

Mg2+ 4- H2In ^ Mgln' + 2H+ pMgm' = 1 o7’0 Phản ứng chuẩn độ:

Mg2+ + H2Y2 ^ MgY2' + 2H+ (3 = ÌO10’57

Ca2+ + H2Y2' ^ CaY2' + 2H+ p = 108’69

Sát điểm tương đương:

Mgln' + H2Y2- ^ MgY2' + Hin2 + H+

=> Đuổi hết C 02 hỗn hợp còn lại: c r , H+, Mg2+, Ca2+

Thêm chính xác 1 lượng AgNƠ3 lấy dư ( C ,v ) vào hỗn họp trên:

Trước khi chuẩn độ:

C r + Ag+^ A g C lị Ks- '= 1010

Phản ứng chuẩn độ: Chuẩn độ lượng Ag+ bằng SCN‘, chỉ thị Fe3+:

Ag+ + S C N '^ AgSCNị Tại điểm dừng chuẩn độ: Khi dư SCN' thấy xuất hiện màu hồng của phức FeSCN2+:

Fe3+ + SCN' ^ FeSCN2+

Quy trình thí nghiệm

Chuẩn bi dung cu, hỏa chất

Rửa sạch buret, pipet, bình tam giác, cốc có mỏ, ống đong bằng nước cất Tráng buret bằng dung dịch chuẩn ở thí nghiệm 1: EDTA, thí nghiệm 2: SCN

Tráng pipet bằng dung dịch chuẩn độ ở mỗi thí nghiệm

=> Độ cứng của nước ở dạng MgCl2 và CaCl2 là:

Từ (1) và (2) => Độ cứng của nước ở dạng Mg(HCƠ3)2 vàCa(H C03)2 là :

Thêm chính xác 1 lượng A gN 03 lấy dư (C, V ) vào mẫu thử:

Trước khi chuẩn độ:

C r + Ag4^ AgCU Ks'' = 10'°

I 0 3- + Ag+^ A gI03i Ks-' = 107-51

Phản ứng chuẩn độ: Chuẩn độ lượng Ag+ bằng SCN‘, chì thị Fe3+

Ag+ + S C N '^ AgSCNỊtrắng Tại điểm dừng chuẩn độ, khi có dư SCN’ thì xuất hiện màu hồng của phức FeSCN2+

C Ag+ - V Ag+ _ C SCN_ • V SCN-

Pha 100 ml dung dịch từ a (g) chất rắn bằng nước cất

Dung dịch hồ tinh bột: cho 2 (g) tinh bột vào 1 lit nước, khuấy đều và đun sôi đến trong suốt, làm nguội

Chuẩn bi dung cu, hỏa chất:

Rửa sạch buret, pipet, bình tam giác, cốc có mỏ, ống đong

Dung dịch chuẩn độ : hỗn hợp dung dịch KIO 3 và NaCl

Dung dịch chuẩn: thí nghiệm 1 A gN 03, thí nghiệm 2 Na2s 20 3

Dung dịch phèn sắt (III) Fe(NH4)(S04).12H20 , nitrobenen, dung dịch

NH4SCN 0,0IM, dung dịch HNO3, dung dịch KI

Tiến hành chuẩn đô

Thí nghiêm 1:

Dùng pipet hút Vo ml dung dịch hỗn họp vào bình tam giác, thêm 5 ml HNO36M, thêm tiếp Vml AgNƠ3 0,0IM Thêm tiếp 3ml nitrobenzen, lml phèn sắt III, lắc kĩ cho đến khi kết tủa đông tụ lại Chuẩn độ hỗn hợp bằng dung dịch chuẩn NH4SCN (C M) cho đến khi xuất hiện màu đỏ thì ngùng chuẩn độ, ghi giá trị K s c n , lặp lại thí nghiệm 3 lần ghi ỹ s c N

Thí nghiêm 2:

Dùng pipet hút Vo ml hỗn hợp dung dịch cho vào bình tam giác, thêm

10 ml HC1 2M Thêm tiếp 20 ml dung dịch KI 5% Đậy kín bình và để yên trong bóng tối 10 phút Chuẩn độ bằng dung dịch Na2s 20 3 cho đến khi xuất hiện màu vàng rơm, thêm tiếp 2 ml dung dịch hồ tinh bột rồi tiếp tục chuẩn độ cho đến khi mất màu xanh lục thì ngừng chuẩn độ Ghi V s2o32", lặp lại thí

nghiệm 3 lần ghi V52ơ32'

%mK)03= C'° 3 — 214 100%

Bài 3: Thành phần của 1 loại muối ăn có chứa: NaCly CuCl2, FeSỠ 4 Bằng phương pháp thích hợp hãy xác định hàm lượng phần trăm các muối trong hon hợp đó.

Khi dư 1 giọt Ag+:

2Ag+ + CrƠ42<-Ag2Cr04>iđỏ gạch

—► Tại điểm cuối chuẩn độ sẽ xuất hiện kết tủa nâu gạch

Thí nghiêm 2 : Định lượng Fe3+ bằng cách che Cu2+ bằng Na2S20 3:

2Cu2+ + 8S20 32' ^ 2[Cu(S20 3)3]5' + s 4082'Định lượng tru’c tiếp Fe2+ bằng dung dịch chuẩn K M n04 cho tới khi dư dung dịch K M n04 sẽ xuất hiện màu hồng

Trước khi chuẩn độ khử hết Fe3+ thành Fe2+, dùng SnCl2 đun nóng:

Sn2+ + 2Fe3+ ^ Sn4+ + 3Fe2+

Lượng dư SnCl2 được oxi hóa bằng HgCl2:

2CĨ + Sn2+ + 2Hg2+^ Sn4+ + Hg2Cl2i Phản úng chuẩn độ:

5Fe2+ + M n04" + 8H+^ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H20 Thí nghiêm 3: Định lượng tổng Cu2+ và Fe2+ bằng phương pháp định lượng gián tiếp bằng KM nơ4

Trước khi chuẩn độ:

Kết tủa 2 ion Cu2+ và Fe2+ bằng c 2042'

Cu2+ + C2O42 CUC2O4 pKs = 7,5