đề thi và lời giải hóa phân tích

* Sinh viên nhận xét được ý này sẽ đuợc đủ số điểm mà không cần tính toán khoảng bước nhảy: “thực tế việc dựng đuờng cong chuẩn độ là để tìm chỉ thị thích hợp có điểm đổi màu nằm trong k

Đề thi môn Phân Tích Định Lượng Lớp Hóa 2006, 15/06/2008, 12:45 Thời gian: 120 phút (không tính 5 phút đọc đề)

1 Chuẩn độ kết tủa xác định ion Cl - bằng phương pháp Fajans (3 điểm)

Hãy:

- Xác định điều kiện chuẩn độ?

- Vẽ đường cong chuẩn độ khi nồng độ Ag + là 0.1N và Cl - là 0.1N?

- Chỉ thị sử dụng là các chất hấp phụ phát quang có tính acid yếu như fluorescence (pKa =8) hoặc các dẫn xuất của fluorescence như dichlorofluorescence (pK a =4) hay eosin (pK a =2) Hãy cho biết điều kiện môi trường của phản ứng chuẩn độ? Phản ứng chỉ thị diễn ra thế nào và cách nhận điểm cuối?

1.0đ Phương pháp Fajans chuẩn độ Ag+ bằng Cl- sử dụng chỉ thị hấp phụ

Phương trình phản ứng: Ag+ + Cl-  AgCl↓

Phản ứng phụ: Ag+ + OH-  AgOH↓ đen, phản ứng này xảy ra khi pH môi trường > 11

Điều kiện chuẩn độ định lượng εNQ < 0.001 

  0.001 0.001  1.875

pD pC D

C

T D

C

Ag

o o

AgCl o

cuoi

Nếu chấp nhận hệ số pha loãng là 2 thì pD = 0.3  pCo < 1.575  Co > 0.0266M

1.0đ Chuẩn độ dung dịch Ag+ là 0.1N và Cl- là 0.1N nếu chiếu theo các điều kiện bên trên thì thấy thỏa mãn điều kiện chuẩn độ chính xác đến 99.9%

Các điểm quan trọng:

 F = 0.99  pCl = pCo + pD + 2 = 3.3

 F = 1.00  pCl = ½ pTAgCl = 4.875

 F = 1.01  pAg = pCo + pD + p(F-1) = 3.3  pCl = 9.75 – 3.3 = 6.45

* Sinh viên nhận xét được ý này sẽ đuợc đủ số điểm mà không cần tính toán khoảng bước nhảy:

“thực tế việc dựng đuờng cong chuẩn độ là để tìm chỉ thị thích hợp có điểm đổi màu nằm trong khoảng bước nhảy, phép chuẩn độ này dùng chỉ thị hấp phụ tức là khi dùng dư Ag + nên luôn mắc sai số thừa, vậy nên không cần thiết phải xây dựng đường cong chuẩn độ”.

1.0đ Sự đổi màu của chỉ thị là do sự hấp phụ của chỉ thị ở dạng ion Fl- lên hạt keo dương

(AgCl)nAg+ khi dư Ag+ (quá điểm tuơng đuơng) Như vậy để có hiện tượng hấp phụ trên phải có đồng thời hai điều kiện: có hạt keo dương (AgCl)nAg+ và chỉ thị phải hiện diện dạng phân ly Fl- Đối với các chỉ thị hùynh quang như fluorescence hay dichlorofluorescence hay eosin là các acid

yếu (HFl), dạng Fl- xuất hiện đáng kể khi pH ≥ pKa và phải kèm theo điều kiện để không xảy ra phản ứng phụ sinh AgOH kết tủa Như vậy đối với các chỉ thị sau, khoảng pH cần thiết nên là:

 Fluorescence (pKa = 8): khoảng pH 8÷11, sử dụng đệm NaHCO3 pH 8.3 là phù hợp nhất

 Dichlorofluorescence (pKa = 4): khoảng pH 4÷11, chuẩn độ trong môi trường trung tính

 Eosin (pKa = 2): khoảng pH 2÷11, chuẩn độ trong môi trường tương đối acid

2 Chuẩn độ H 3 PO 4 0.1M bằng NaOH 0.1M (4 điểm)

Biết acid phosphoric có pK a1 = 2.12; pK a2 = 7.21; pK a3 = 12.36.

- Hãy xây dựng điều kiện chuẩn độ?

Điều kiện chuẩn độ riêng từng nấc:

Điều kiện chuẩn độ nấc 1: 0.5đ

- Hãy tính các giá trị ε NQ tại F=1.00 và F=2.00? 0.5đ

Tại F = 1.00, pH = ½ (pKa1 + pKa2) = 4.665 chuẩn độ hết nấc 1 tức chuyển toàn bộ H3PO4thành H2PO4-, 

10

10 10

665 4

21 7 12

2

665 4 1

2 1

1 4

2

2 4 4

F NQ

H

K K

H PO

H

HPO PO

H



Tại F = 2.00, pH = ½ (pKa2 + pKa3) = 9.785 chuẩn độ hết nấc 1 tức chuyển toàn bộ H2PO4thành HPO42-, 

10

10 10

785 9

36 12 21

7

785 9 2

3 2

2 2

4

3 4 4

F NQ

H

K K

H HPO

PO PO

H



- Hãy vẽ đường cong chuẩn độ (có giải thích cách áp dụng các công thức)? 1.0đ

Các thời điểm quan trọng của chuẩn độ:

 F = 0.99; chuẩn hết 99% H3PO4 dung dịch chứa 1% H3PO4 , dung dịch đệm pH = pKa +

10

% 100

21 7 2

10 2

1

% 100 10

2

1

2 10

36 12 3

%

a PO

H

Ind

K

3 (2 điểm) Một công ty về lĩnh vực xi mạ cần kiểm tra hàm lượng Cr(VI) của một dung dịch xi

mạ mới nhập về Nhà sản xuất dung dịch xi mạ này tuyên bố đã pha 220 g CrO3/L Sinh viên hãy vận dụng các hiểu biết đã thu được qua phần thực tập phân tích định lượng để thiết lập quy trình phân tích hàm lượng Cr(VI) trong mẫu này (Thiết lập điều kiện chuẩn độ, đuờng cong chuẩn độ, chọn chất chỉ thị, lượng cân mẫu, thể tích định mức, công thức định lượng ) Các dụng cụ và hóa

chất trong phòng thí nghiệm đều có đủ theo yêu cầu Cho biết E o V

Cr H O

Có hai phương án thực hiện: (sinh viên chỉ làm 1 trong 2 phương án là đuợc)

1 Phương án 1: Chuẩn độ trực tiếp Cr(VI) bằng Fe(II) chỉ thị diphenylamine có mặt H3PO4

và mội truờng acid có [H+]=1N, lúc này sẽ có phản ứng phụ tạo phức:

H

/ )

o

Cr H

O

2 3

o Ox

o R o F

Ox

F R NQ

n n

E E E X

n E

99.01

99.0lg6

6

*0591.05.01

lg0591.0

p p

m n

p

q mp

p m

mE pE

o R

o X tđ

124 1 0873 0 211 1

2

* 1 0

* 6

1 lg 0591 0 1 6 6

2 1 1

* 6 6

1

37 1

* 6 5 0

lg 0591 0

1

' '

p p n D

N m

q p

q p n E

R

3.102266.0116.033.1

101.12

1lg6

0591.02

*1.0

*6

2lg)21(6

0591.033.1

1lg

0591.0lg

10591.0

Nếu dùng chỉ thị diphenylamin có Eo = 0.76V thì vẫn nằm trong khoảng bước nhảy, màu chỉ thị đổi từ không màu sang xanh tím.

2 Phương án 2: Thêm một lượng dư KI vào dung dịch mẫu chứa Cr(VI) Khi thêm lượng dư dung dịch KI vào dung dịch Cr2O72- trong môi trường H2SO4  màu cam chuẩn sang màu vàng nâu (dung dịch A) do có Iod sinh ra theo phản ứng:

o Cr2O72- + 9KIdư + 14H+  3KI3 + 2Cr3+ + 6K+ + 7H2O

- Khi chuẩn độ KI3 sinh ra với Na2S2O3 có nồng độ biết chính xác, màu vàng nâu nhạt dần cho tới màu vàng rơm do Iod mất dần theo phuơng trình phản ứng:

o KI3- + 2Na2S2O3  KI + 2NaI + Na2S4O6

- Thêm chỉ thị hồ tinh bột, tiếp tục chuẩn độ cho đến hết màu xanh đen, lúc đó Na2S2O3 vừa

dư, dung dịch chuyển sang màu xanh lam của ion Cr3+ thì dừng chuẩn độ

- Trường hợp này không cần tính toán và vẽ đuờng cong chuẩn độ

Thực hành:

- C CrO 2 2M 6 6N

100

220

3    do đương lượng của Cr trong phản ứng chuẩn độ là 3

- Đuơng lượng của Na2S2O3 là 1 hay của Fe2+ là 1

- Nồng độ của Na2S2O3 dùng để chuẩn độ là 0.1N xác định chính xác qua dung dịch chất gốc K2Cr2O7 0.1000N

- Dung dịch Fe2+ 0.1000N đuợc pha từ chất gốc là muối Mohr có thêm 1 mL H2SO4 đậm đặc làm môi truờng bảo quản

- Dung dịch mẫu CrO3 cần đuợc pha loãng để có nồng độ xấp xỉ 0.1N Cần 100 mL dung dịch mẫu đã pha loãng, như vậy cần lấy khoảng 2 mL (bằng pipet bầu chính xác cho vào bình định mức 100 mL, định mức bằng nước cất đến vạch Dung dịch này có nồng độ Cr(VI) khoảng 0.13N

- Trường hợp dùng Na2S2O3 0.1 N làm chất chuẩn

o Hút 10 mL dung dịch mẫu đã pha loãng vào erlen, thêm 2 mL H2SO4 đậm đặc, 5

mL KI 10%, đậy erlen, để yên trong tối 15 phút

o Chuẩn độ KI3 sinh ra trong erlen bằng dung dịch Na2S2O3 0.1 N, cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng nhạt, thêm 10 giot chỉ thị hồ tinh bột, tiếp tục chuẩn độ cho đến khi mất màu, thể tích tiêu tốn khoảng 13 mL (VNa2S2O3) Lặp lại phép chuẩn

độ ít nhất 3 lần để tăng độ chính xác phép phân tích

- Trường hợp dùng Fe2+ 0.1000 N làm chất chuẩn

o Hút 10 mL dung dịch mẫu đã pha loãng vào erlen, thêm 2 mL H2SO4 đậm đặc và 2

mL H3PO4 đậm đặc vào erlen chứa mẫu Thêm chỉ thị diphenylamine Thêm 50 mL nước để pha loãng mẫu, chuẩn độ cho đến khi xuất hiện màu xanh ánh tím thì dừng,

ghi thể tích dung dịch Fe2+ tiêu tốn Lặp lại phép chuẩn độ ít nhất 3 lần để tăng độ chính xác phép phân tích.

100

* 3

* 10

) /

MCrO3: trọng lượng phân tử CrO3.Công thức tính toán nồng độ CrO3 khi dùng Fe2+ làm chất chụẩn cũng tương tự

3 2

2

100

* 3

* 10 )

/

Đề thi môn Phân Tích Định Lượng Lớp Hóa 2006A, 15/06/2008, 12:45 Thời gian: 120 phút (không tính 5 phút đọc đề)

1 Hãy xây dựng quy trình phân tích cho hỗn hợp H 2 SO 4 (≈20%) và H 3 PO 4 (≈25%) Biết rằng tỷ trọng của dung dịch mẫu là 1.4 g/mL H2SO4 có pKa2 = 2.0, H3PO4 có pKa1 = 2.12; pKa2 = 7.21; pKa3 = 12.36 Các hóa chất và dụng cụ có đủ theo yêu cầu (3 điểm)

Nồng độ M của mỗi acid trong mẫu: 0.25đ

4 2 857 2 98

280 98

* 100

1000

* 4 1 20 1000

%.

4 2

SO H M M

d C C

SO H

4 3 57 3 98

280 98

* 100

1000

* 4 1 25 1000

%.

4 3

PO H M M

d C C

PO H

Điều kiện chuẩn độ nấc 1: 0.25đ

Do H2SO4 có nấc 1 rất mạnh và nấc 2 có pKa2 =2 tương đối yếu nên khi chuẩn độ hỗn hợp

H2SO4và H3PO4, cả hai nấc H2SO4 và nấc 1 của H3PO4 được chuẩn đồng thời Nấc 2 của H3PO4được chuẩn riêng rẽ tiếp theo Độ chính xác của phép chuẩn độ mỗi nấc bị lệ thuộc vào H3PO4 và chấp nhận là 99% Xây dựng quy trình phân tích và tìm điều kiện chuẩn độ hỗn hợp H2SO4 và

H3PO4 tương tự như chuẩn độ riêng H3PO4 Do nấc 2 của H2SO4 có độ mạnh tương đuơng với nấc 1 của H3PO4 nên khi xét điều kiện chuẩn độ ở gần điểm tương đuơng có thể xem 2 acid là như nhau và lấy theo H3PO4 nhưng có nồng độ Co bằng tổng nồng độ mol của hai acid Trong mẫu, tỷ lệ nồng độ mol của hai acid là 2.857M/3.57M; nếu pha loãng sao cho nồng độ H3PO40.1M thì nồng độ H2SO4 sẽ là 0.08 M.

Các thời điểm quan trọng của chuẩn độ: 0.25đ; 0.25đ

 F = 0.99; chuẩn hết 99% H3PO4 và 99.5% H2SO4(tức 100% nấc 1 và 99% nấc 2)  dung dịch chứa 1% H3PO4 và 1% NaHSO4, pH = pKa + 2 = 4.21

 F = 1.00; dung dịch chứa muối Na2SO4 và muối NaH2PO4 và pH tính gần đúng theo muối lưỡng tính NaH2PO4: pH = ½ (pKa1 + pKa2) = 4.665

 F = 1.01; dung dịch chứa muối Na2SO4, 99% NaH2PO4 và 1% Na2HPO4 dung dịch đệm

Khoảng bước nhảy 1: 4.12÷5.21  khá hẹp  chọn chỉ thị hỗn hợp pT 5.1  sai số thừa

Khoảng bước nhảy 2: 9.21÷10.36  khá hẹp  chọn chỉ thị hỗn hợp pT 10.2  sai số thừa

Thực nghiệm: 0.25đ; 0.25đ

 Pha loãng dung dịch mẫu đến nồng độ H3PO4 khoảng 0.1M, nồng độ H2SO4 khoảng 0.08M Hệ số pha loãng: 3.57/0.1 = 35.7 lần Thể tích mẫu cần dùng khoảng 100 mL hút Vmẫu = 3 mL mẫu pha loãng thành 100 mL (có thể cân 4.2 g mẫu vào bình định mức

 hút 10.00 mL mẫu vào erlen 250 mL,

o thêm chỉ thị pT 5.1, chuẩn độ đến màu trung gian thì ngưng sẽ tốn khoảng VI

=17-18 mL NaOH 0.15 M

o Thêm chỉ thị pT 10.2, chuẩn độ đến màu trung gian thì ngưng, sẽ tốn khoảng VII = 24-25 mL NaOH 0.15 M.

 Mỗi chỉ thị nên chuẩn lặp tối thiểu 3 lần để tăng độ chính xác phép chuẩn độ

Tính tóan: 0.25đ

mau

NaOH I

II PO H M

V

C V V

10

* 4

mau

NaOH II

I SO H M

V

C V V

10

* 2

Hãy viết tất cả phương trình phản ứng diễn ra trong quy trình chuẩn độ này kèm theo các hiện tượng quan sát thấy.

- Cho biết: E o V

Cr H O

Cr 2 3 1 33

2  ,  / 2    ; E o V

O S O

S 2 0 09 2

0.25đ(dung dịch A) do có Iod sinh ra theo phản ứng:

o K2Cr2O7 + 9KIdư + 3H2SO4  3KI3 + Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O.0.25đ

- Khi chuẩn độ dung dịch A với Na2S2O3, màu vàng nâu nhạt dần cho tới màu vàng rơm do Iod mất dần theo phuơng trình phản ứng: 0.25đ

- Không chuẩn độ trực tiếp K 2 Cr 2 O 7 bằng Na 2 S 2 O 3 0.25đ; 0.25đ

Na2S2O3 là một chất khử tương đối yếu trong đó nguyên tố có tính khử là S có số oxyhóa trung bình là +2 Ở trạng thái oxyhóa này, S có thể bị khử về 0 hay -2 và cũng có thể bị oxyhóa lên

+2.5 (Na2S4O6) hay +4 hay +6 Các quá trình này diễn ra tùy thuộc rất nhiều vào điều kiện phản ứng và thường không tỷ lượng K2Cr2O7 là chất oxyhóa tương đối mạnh và sẽ oxyhóa Na2S2O3 về nhiều số oxyhóa khác nhau Như vậy phản ứng này không thỏa cho điều kiện của một phản ứng chuẩn độ Vì vậy người ta phải “giảm cấp” K2Cr2O7 bằng cách biến nó thành một chất có tính oxyhóa yếu hơn là KI3 để chỉ có thể oxyhóa tỷ lượng Na2S2O3 thành Na2S4O6.

- Không cho chỉ thị hồ tinh bột lúc bắt đầu chuẩn độ mà cho chỉ thị khi gần hết iod trong dung dịch (màu vàng rơm) 0.25đ; 0.25đ

Khi cho chỉ thị hồ tinh bột vào dung dịch có chứa KI3, ion I3- sẽ chui vào cấu trúc xoắn của phân

tử hồ tinh bột và làm cho cấu trúc này có màu Màu của tổ hợp này mất đi chỉ khi có một lượng

dư nhất định Na2S2O3 trong dung dịch Sự mất màu nhanh hay chậm tùy thuộc và luợng dư

Na2S2O3 và mức độ thâm nhập của I3- nông hay sâu trong cấu trúc xoắn của phân tử hồ tinh bột Nếu I3- quá nhiều, nó sẽ xâm nhập quá sâu vào hồ tinh bộ và cần phải dùng một luợng khá dư

Na2S2O3 làm mất màu để hệ phản ứng đạt đến điểm cuối  sai số thừa khá lớn

3 Chuẩn độ Ca 2+ bằng ETDA, dùng chỉ thị NET (4 điểm)

- Hãy xác định khoảng pH và khoảng nồng độ Ca 2+ để phản ứng chuẩn độ trên có độ chính xác > 99.9% 1.0đ

4 2

3 4

3 3

4

2 4

) ( 1

1

K K K K

H K

K K

H K

K

H K

H

H Y

pαCa(OH) = 10.7 – pCo– 0.3 - pαY(H) > 6  pCo + pαY(H) < 4.4

Sự phụ thuộc của giá trị pαY(H) vào pH ghi trong bảng sau:

pαY(H) 4.7 3.3 2.3 1.3 0.46 0.07 0.01

Dễ dàng nhận thấykhi nồng độ Ca2+ 0.1M thì có thể chuẩn độ định lượng trong khỏang pH từ

7-12 Nồng độ ion Ca2+ giảm đi 10 lần thì biên trái khoảng pH hữu hiệu tăng lên 1 đơn vị

- Hãy vẽ đường cong chuẩn độ dung dịch Ca 2+ 0.05M bằng EDTA 0.05M 1.0đ

Trong trường hợp này, pCo = 1.3  chuẩn độ định lượng trong khoảng pH tương ứng với pαY(H)

< 3.1 tức là pH tính gần đúng từ 7-12

 F = 0.99: pCa = pCo + pD + 2 = 1.3 + 0.3 + 2 = 3.6 (giá trị này không thay đổi theo pH môi trường).

 F = 1.00: pCa = ½ (pKCaY + pCo + pD - pαY(H) + pαCa(OH)) = ½ (10.7 + 1.3 + 0.3 - pαY(H)) = 6.15 – ½ * pαY(H) Giá trị này tùy thuộc vào pH môi trường, trong khoảng pH giới hạn đã tính từ 7-12 thì pCa dao động trong khoảng 4.5- 6.15

 F = 1.01: pCa = pKCa- pαY(H) – 2 = 8.7 - pαY(H) Trong khoảng pH đã tính từ 7-12 thì pCa dao động trong khoảng 5.4- 8.7

Sự phụ thuộc của pH vào phản ứng phụ giữa chỉ thị NET và H+ như sau:

pαNET(H) 4.6 3.6 2.6 1.6 0.6pK’Ca(NET) 0.8 1.8 2.8 3.8 4.8Đối chiếu với khoảng bước nhảy của đuờng cong chuẩn độ CaY trong khoảng pH 7-11, khi điểm cuối ở màu trung gian thì chỉ có các giá trị pH môi trường 10-11 thì điểm đổi màu của chỉ thị mới nằm trong khoảng bước nhảy Vậy trong điều kiện phản ứng chuẩn độ như trên, chỉ dùng đuợc chỉ thị NET trong khoảng pH từ 10-11 mà thôi

- Hãy chứng minh tại sao khó chuẩn độ Ca 2+ ở nồng độ thấp? Giải pháp đề ra là thêm MgY 2- Hãy nêu cơ sở lý thuyết chứng minh tinh hợp lý của giải pháp này 1.0đ

Nhận thấy ở nồng độ Ca2+ thấp: pCa tại F = 0.99 sẽ tăng lên làm thu hẹp khoảng bước nhảy của phản ứng chuẩn độ  điểm cuối nằm ngoài bước nhảy và mắc phải sai số thiếu Ví dụ như khi Co

= 0.001M thì pCaF=0.99 = 3 + 0.3 + 2 = 5.3, pCaF=1.01 = pKCa- pαY(H)– 2 = 8.7 - pαY(H) (=8.24 ở pH

10 và 8.63 ở pH11) Như vậy chỉ thị NET sẽ đổi màu trước điểm tương đuơng do pCacuối = 4.8 Ngoài ra chỉ thị màu sẽ khó nhận thấy do phức CaNET có màu đỏ nho yếu

Giải pháp cần thiết là dùng MgY thêm vào dung dịch Ca2+ đã có thêm chỉ thị NET, lúc đó xảy ra phản ứng sau

CaNET (đỏ nho nhạt) + MgY  CaY + MgNET (đỏ nho mạnh); tại pH = 10, phản ứng này

có pK’ = 10.24 + 5.4 – 8.24 – 3.8 = 3.6

Như vậy màu chỉ thị trong dung dịch là MgNET

Khi chuẩn với EDTA, sẽ có những phản ứng sau đây: Ca2+ + Y’  CaY,

Khi hết Ca2+ thì MgNET (đỏ nho mạnh) + Y’  MgY + NET (xanh chàm)

Như vậy điểm cuối của chuẩn độ là sự chuyển màu của phức MgNET thay vì CaNET,

Tuy nhiên khi thêm MgY vào dung dịch Ca2+ thì phải xét điểm cuối có nằm trong khoảng bước nhảy của chuẩn độ CaY hay không, tức là phải xét pCa

Trường hợp chuẩn độ tại pH 10

 Màu trung gian: pMg = pK’MgNET = 7.0 – 1.6 = 5.4 

MgY

CaY cuoi

C

C p pCa  4 7 

 Nhận thấy pCacuối tùy thuộc vào tỷ lệ nồng độ CaY/MgY  nếu CaY/MgY = 10/1 

4 6 4

4 7 4

C

C p pCa đối với điểm cuối ở màu rõ rệt Cả hai trường hợp này đều

có pCacuối nằm trong khỏang bước nhảy 5.3÷8.24 ở pH 10

Trường hợp chuẩn độ tại pH 11

 Màu trung gian: pMg = pK’MgNET = 7.0 – 0.6 = 6.4 

MgY

CaY cuoi

C

C p pCa  4 8 

 Màu rõ rệt: pMg = pK’NET + 1 = 6.4 

MgY

CaY cuoi

C

C p pCa  4 9 

 Nhận thấy pCacuối tùy thuộc vào tỷ lệ nồng độ CaY/MgY  nếu CaY/MgY = 10/1 

4 7 4

C

C p

4 8 4

C

C p pCa đối với điểm cuối ở màu rõ rệt Cả hai trường hợp này đều

có pCacuối nằm trong khỏang bước nhảy 5.3÷8.63 ở pH 11

Cho biết: EDTA có pKa1 = 2.0; pKa2 = 2.67; pKa3 = 6.7 và pK4 = 10.33; pKCaY = 10.7; pKMgY = 8.7; pKCaNET = 5.4; pKMgNET = 7.0; NET có pKa2 = 6.3; pKa3 = 11.6

Đề thi môn Phân Tích Định Lượng Lớp Hóa 2006A, 26/06/2008, 6:45 Thời gian: 120 phút (không tính 5 phút đọc đề)

Câu 1 3 điểm

Các xí nghiệp dệt nhuộm có nhu cầu giám sát chất luợng nuớc lò hơi qua việc xác định độ cứng của nước lò hơi Các thông tin sơ bộ sau: hàm lượng tổng ion Ca2+ và Mg2+ của nước lò hơi trong khoảng 10-3 đến 3.10-3M, các ion kim loại khác có nồng độ rất nhỏ so với nồng độ tổng Ca2+ và Mg2+, độ cứng tính bằng số mg CaCO3/L nước

Hãy giúp các xí nghiệp này thiết lập quy trình phân tích độ cứng của nước lò hơi bằng phương pháp chuẩn độ complexon, cụ thể như sau:

- Thiết lập quy trình phân tích bao gồm các phần chính sau đây:

+ Điều kiện chuẩn độ, đường cong chuẩn độ, pH đệm, chọn chỉ thị

+ Thực hành: pha chế các dung dịch EDTA, dung dịch đệm có pH và đệm năng thích hợp, chỉ thị, các bước thí nghiệm có hướng dẫn cụ thể về các dụng cụ đo, thể tích mẫu, đệm … cần dùng trong mỗi thí nghiệm

- Thiết lập công thức tính toán độ cứng và sai số phép chuẩn độ

Biết rằng các hóa chất và dụng cụ đều có sẵn trong phòng thí nghiệm, các hằng số vật lý của các hóa chất tra theo sổ tay hóa phân tích

- Theo giả thiết thì trong nước cứng chứa chủ yếu hai ion calcium và magnesium với

nồng độ khá thấp, vì vậy khi chuẩn độ hai ion này bằng EDTA thì cần phải lấy thể tích mẫu khá lớn (100 mL), dùng nồng độ thuốc thủ là EDTA có nồng độ cao hơn để hạn chế

sự pha loãng dung dịch 0.25 đ

- Nước lò hơi vẫn chứa các ion có thể gây cản trở đến phép chuẩn độ (gây cản trở đến

phản ứng chỉ thị) như Cu 2+ và Mn 2+Æ cần phải thêm hydroxylamin và cyanide

- Các hằng số bền pK CaY = 10.7, pK MgY = 8.7 0.25 đ

- Điều kiện chuẩn độ định lượng: pK’ > 6: nhận thấy phức MgY kém bền hơn CaY nên

chỉ cần chọn pH chuẩn độ sao cho pK’ MgY >là đủ, tức là pα Y(H) < 2.64

- [ ] [ ] [ ] [ ]

1 2 3 4

4

2 3 4

3

3 4

2

4 )

(

1

1

K K K K

H K

K K

H K

K

H K

H

H

Y

+ +

+ +

++

++

3 1

3 3

3

3 3

2

3 )

(

1010

1011

1

K

H K

K K

H K

K

H K

H

H Ind

α

- Æ pK’ CaInd = 3.8, pK’ MgInd = 5.4Æ phức chỉ thị với Mg 2+ bền hơn, phức MgY 2- kém bền hơn CaY 2-Æ khi thêm NET vào hỗn hợp Ca 2+ và Mg 2+ thì hình thành phức MgInd - 0.25 đ

- khi chuẩn độ hỗn hợp này với EDTA thì thứ tự chuẩn độ như sau:

- Phản ứng chuẩn độ: 0.25 đ

Ca 2+ + H 2 Y 2- Æ CaY 2- + 2H +

Mg 2+ + H 2 Y 2- Æ MgY 2- + 2H + MgInd - + H 2 Y 2- Æ MgY 2- + HInd -

Đỏ nho xanh chàm Kết thúc chuẩn độ, sự chuyển màu của chỉ thị là do Mg 2+ quyết định 0.25 đ

Đuờng cong chuẩn độ của Ca 2+ : 0.25 đ

• F = 0.99 Æ pCa = pC o + 2 = 3 + 2 = 5

• F = 1.00 Æ pCa = 0.5(pC o + pD F + pK CaY - pα Y(H) ) = 0.5 (3+10.7-0.46) = 6.62

• F = 1.01 Æ pCa = pK CaY - pα Y(H) – p(F-1) = 10.7 – 0.46 – 2 = 8.24