MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 1.1 Sơ lược về chuẩn độ thể tích 3 1.2 Phân loại 4 1.2.1 Chuẩn độ axit – bazơ 4 1.2.2 Chuẩn độ oxi hóa – khử 4 1.2.3 Chuẩn độ kết tủa 5 1.2.4 Chuẩn độ tạo phức 5 1.3 Chuẩn độ complexon 5 1.3.1 Sự tạo phức của kim loại – EDTA 5 1.3.2 Đường chuẩn độ 6 1.3.3 Các chất chỉ thị trong chuẩn độ compexon. 8 1.3.4 Các kĩ thuật chuẩn độ complexon 11 2.1. Hóa chất và dụng cụ 17 2.1.1 Hóa chất: 17 2.1.2 Dụng cụ 17 2.3. Pha chế và chuẩn hóa các dung dịch nghiên cứu 18 2.4 Các thí nghiệm nghiên cứu 22 CHƯƠNG 3 KếT QUả THảO LUậN 23 3.1 Chuẩn độ Ni2+ bằng phương pháp complexon . 23 3.1.1. Chuẩn độ trực tiếp Ni2+ với chỉ thị Murexit trong môi trường NH3 23 3.1.2 Chuẩn độ ngược Ni2+ bằng Mg2+ với chỉ thị Eriocrom đen T 25 3.1.3. Chuẩn độ EDTA bằng Ni2+ với chỉ thị Murexit trong môi trường NH3 27 3.2 Chuẩn độ Zn2+ bằng phương pháp complexon . 28 3.2.1 Chuẩn độ Zn2+ trong môi trường đệm axetat với chỉ thị PAR 28 3.2.2 Chuẩn độ Zn2+ trong môi trường đệm axetat với chỉ thị PAN 30 3.2.3 Chuẩn độ EDTA bằng Zn2+ với chỉ thị PAR trong môi trường đệm axetat. 32 3.2.4 Chuẩn độ EDTA bằng Zn2+ với chỉ thị PAN trong môi trường đệm axetat. 34 3.3 . Hệ dung dịch Fe – Zn. 35 3.4 . Hệ dung dịch Cu– Zn. 40 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI - VÕ THỊ THANH TRÚC NGHIÊN CỨU CÁC THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG ION KẼM VÀ NIKEN THEO PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC VÀ XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Bích Ngân Hà Nội – 10/2015 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Đào Thị Phương Diệp TS Nguyễn Bích Ngân, thầy cô tổ môn Hóa Phân Tích tận tình giúp đỡ, khích lệ kịp thời thời gian làm việc trường Đại Học sư phạm Hà Nội Ngoài ra, em xin cho em gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường ĐH Tây Nguyên, Ban Giám Hiệu trường ĐH Sư Phạm Hà Nội, khoa hóa học trường ĐH Sư Phạm Hà Nội, phòng thực hành hóa phân tích tạo điều kiện cho em học hỏi, trau dồi kiến thức nhằm nâng cao hiểu biết chuyên môn Trong trình làm luận văn này, em nhận giảng dạy bảo tận tình tạo điều kiện tốt nhất, với kính trọng lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đào Thị Phương Diệp TS Nguyễn Bích Ngân Vốn kiến thức thân có hạn, chắn không tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy cô giáo đồng nghiệp thông cảm giúp đỡ, mong thân ngày hoàn thiện Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè ủng hộ, động viên, giúp đỡ để em hoàn thành tốt luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2015 Học viên K23 Võ Thị Thanh Trúc MỤC LỤC CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 17 2.1 Hóa chất dụng cụ 17 3) Pha chế chuẩn hóa dung dịch NiSO4 0,0100M .19 4) Pha chế chuẩn hóa dung dịch Zn(NO3)2 0,0100M .19 5) Pha chế chuẩn hóa dung dịch Fe(NO3)3 0,0100M .20 3.1.1 Chuẩn độ trực tiếp Ni2+ với thị Murexit môi trường NH3 23 3.1.2 Chuẩn độ ngược Ni2+ Mg2+ với thị Eriocrom đen T, môi trường đệm amoniamoniac 25 3.1.3 Chuẩn độ EDTA Ni2+ với thị Murexit môi trường NH3 27 3.2.1 Chuẩn độ Zn2+ môi trường đệm axetat với thị PAR 29 3.2.2 Chuẩn độ Zn2+ môi trường đệm axetat với thị PAN .31 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Kết chuẩn hóa dung dịch Ni2+ EDTA 0,0100M 19 Bảng 2.2 Kết chuẩn hóa dung dịch Zn2+ EDTA 0,0100M 20 Bảng 2.3 Kết chuẩn hóa dung dịch Fe3+ EDTA 0,0100 M .20 Bảng 2.5 Kết chuẩn hóa dung dịch Cu2+ EDTA 0,0100M 21 Bảng 3.1 Kết chuẩn độ dung dịch Ni2+ 0,00985M EDTA 0,0100M với thị Murexit 25 Bảng 3.2 Kết chuẩn độ ngược Ni2+ 0,00985M EDTA 0,0100M Mg2+ 0,0100M với thị Ericrom đen T 27 Bảng 3.4 Kết chuẩn độ dung dịch Zn2+ 0,00999M EDTA 0,0100M với thị PAR 30 Bảng 3.5 Kết chuẩn độ dung dịch Zn2+ 0,00999M EDTA 0,0100M với thị PAN 32 Bảng 3.6 Kết chuẩn độ EDTA 0,0100M dung dịch Zn2+ 0,00999M với thị PAR 34 Bảng 3.7 Kết chuẩn độ EDTA 0,0100M dung dịch Zn2+ 0,00999M với thị PAN 36 Bảng 3.8 Bảng kết chuẩn độ hỗn hợp Fe-Zn với thuốc thử PAR, PAN .40 Bảng 3.9 Bảng kết chuẩn độ hỗn hợp Cu-Zn với thuốc thử PAR, Murexit (= 0,00999 M; = 0,01033 M; CEDTA= 0,0100M) .44 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đường chuẩn độ ion kim loại Mn+ EDTA Hình 3.1: Phép chuẩn độ Ni2+ với Murexit, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ .25 Hình 3.2: Phép chuẩn độ ngược Ni2+ Mg2+, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 27 Hình 3.3: Phép chuẩn độ EDTA Ni2+ với thị Murexit, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 28 Bảng 3.3 Kết chuẩn độ dung dịch EDTA 0,010M Ni2+ 0,00985M với thị Murexit .28 Hình 3.4: Phép chuẩn độ Zn2+ với thị PAR dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 30 Hình 3.5: Phép chuẩn độ Zn2+ với thị PAN, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 32 Hình 3.6: Phép chuẩn độ EDTA Zn2+ với thị PAR, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 34 Hình 3.7: Phép chuẩn độ EDTA Zn2+ với thị PAN, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 36 Hình 3.8: Phép chuẩn độ che Fe3+ để xác định Zn2+ với thị PAR, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 38 Hình 3.9: Phép chuẩn độ tổng Fe3+ Zn2+ kĩ thuật chuẩn độ ngược với Cu2+ dùng thị PAR, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 39 Mỗi thí nghiệm lặp lại lần, sau làm tương tự với thị PAN Màu dung dịch trình chuẩn độ thể hình 3.10 3.11 Kết trình bày bảng 3.8 39 Hình 3.10: Phép chuẩn độ che Fe3+ để xác định Zn2+ với thị PAN, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 39 Hình 3.11: Phép chuẩn độ tổng ngược Cu2+ với thị PAN, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 40 Hình 3.12: Phép chuẩn độ che Cu2+ để xác định Zn2+ với thị PAR, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 43 43 Hình 3.13: Phép chuẩn độ tổng Cu2+ Zn2+ với thị PAR, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 43 Hình 3.14: Phép chuẩn độ tổng Cu2+ Zn2+ với thị Murexit, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ 43 MỞ ĐẦU Hóa học môn khoa học thực nghiệm Thực nghiệm giúp người học củng cố lý thuyết, hình thành phát triển kĩ thực hành, khả tư sáng tạo Thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết, tạo niềm tin khoa học, từ giúp người học thêm hứng thú học tập nghiên cứu Trong dạy học Hóa học phổ thông, thí nghiệm đóng vai trò đặc biệt quan trọng, chưa ý mức Học sinh chủ yếu cung cấp kiến thức lý thuyết, phần thực hành Tâm lý học sinh ngại học khó áp dụng hóa học vào sống phổ biến Do đó, thực nghiệm hóa học phổ thông cần phải đẩy mạnh đầu tư nhiều Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi năm qua, việc dạy học thực hành hóa học chưa trọng mức Yêu cầu nội dung thi chọn học sinh giỏi Hóa học tỉnh Quốc gia trước năm 2011 chưa đề cập tới phần thực hành Trong kì thi Olympic Hóa học quốc tế (IChO), phần thực hành có thực hành hóa phân tích, tổng hợp vô cơ, hữu cơ, nên khó khăn cho em học sinh đội tuyển Việt Nam Bắt đầu từ năm học 2011-2012, theo Quy chế thi chọn Học sinh giỏi cấp Quốc gia ban hành theo Thông tư số 56/2011/TT-BGDĐT ngày 25/11/2011, kỳ thi chọn học sinh giỏi Quốc gia có thêm phần thực hành môn Vật lý, Hóa học, Sinh học Năm học 2011-2012, phần thi thực hành môn thực thông qua phương thức thi viết (viết phương án thực hành) Bắt đầu từ năm học 2012-2013, phần thi thực hành thức áp dụng kì thi chọn học sinh giỏi Quốc gia Đây cải tiến tích thi chọn Học sinh giỏi Quốc gia, đồng thời đặt nhiều thách thức cho giảng dạy thực hành hóa học bậc phổ thông Trên sở khảo sát đề thi Olympic hóa học quốc tế (IChO) từ năm 1996-2015, kết thống kê 20 lần thi IChO có đến 26 thực hành liên quan đến chuẩn độ thể tích Cụ thể là: Phương pháp chuẩn độ Axit – Bazơ xuất lần vào kì IChO 38; Phương pháp chuẩn độ tạo phức xuất 10 lần vào kì IChO 29, 32, 33, 36, 40, 42, 44, 45, 46, 47; Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử xuất 13 lần vào kì IChO 28, 30, 31, 32, 33, 36, 37,41, 42, 43, 44, 46, 47; Phương pháp chuẩn độ kết tủa xuất lần vào kì IChO 40 Do với mục đích xây dựng thí nghiệm hoàn chỉnh, giúp tập huấn kĩ thực hành bồi dưỡng Học sinh giỏi mà giúp minh họa phương pháp tính chất, chất hóa học phương pháp Bước đầu chọn phương pháp chuẩn độ tạo phức phép chuẩn độ phổ biến sử dụng 10/20 lần kì thi HSGQT từ năm 19962015 để xây dựng thí nghiệm Do chọn tên đề tài là: “ Nghiên cứu thí nghiệm xác định hàm lượng ion kẽm niken theo phương pháp chuẩn độ tạo phức xây dựng số thí nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi” CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Sơ lược chuẩn độ thể tích Để phân tích chất A người ta tìm cách chuyển vào dung dịch dung môi thích hợp (nước, axit, kiềm…) Sau lấy xác VA mL dung dịch thu thêm dần dung dịch B biết nồng độ vào B phản ứng vừa hết với A Biết nồng độ chất B thể tích V B dùng chuẩn độ để đạt tới điểm tương đương, ta tính dễ dàng nồng độ đương lượng chất A: C A N B = C N VB VA Dung dịch A cần xác định nồng độ gọi dung dịch cần chuẩn Dung dịch B biết nồng độ xác dùng để xác định nồng độ dung dịch khác gọi dung dịch chuẩn Quá trình thêm dần thuốc thử B vào dung dịch cần chuẩn gọi trình chuẩn độ Khi lượng chất B cho vào đủ để phản ứng vừa hết với toàn chất A có dung dịch ta nói phép chuẩn độ đạt đến điểm tương đương Trong chuẩn độ thể tích người ta thường dựa vào số tín hiệu (ví dụ thay đổi màu, xuất kết tủa…) chất tham gia phản ứng chất phụ có dung dịch để xác định điểm tương đương Chất thay đổi tín hiệu chuẩn độ gọi chất thị Thực tế thường ngừng chuẩn độ chất thị thay đổi tín hiệu, thời điểm chất thị đổi tín hiệu gọi điểm kết thúc chuẩn độ điểm dừng chuẩn độ Trong thực tế, điểm dừng chuẩn độ không trùng với điểm tương đương điều gây sai số chuẩn độ Sai số chuẩn độ thường hai yếu tố: - Do sử dụng chất thị không thích hợp (sai số thị) - Do kĩ thuật chuẩn độ : sử dụng pipet, buret không cách… Trong phương pháp phân tích thể tích, phải nghiên cứu yếu tố làm giảm sai số đến mức thấp Các ưu điểm phương pháp chuẩn độ thể tích hóa chất dễ kiếm rẻ tiền, màu sắc phong phú, thị nhiều, độ nhạy cao, độ xác cao, độ chọn lọc cao 1.2 Phân loại Dựa vào tính chất phản ứng, chuẩn độ thể tích chia làm loại: chuẩn độ axit- bazơ, chuẩn độ oxi hóa khử, chuẩn độ kết tủa, chuẩn độ tạo phức Trong chuẩn độ tạo phức dựa phản ứng complexon 1.2.1 Chuẩn độ axit – bazơ Đặc điểm phương pháp dựa vào phản ứng axit với bazơ để xác định nồng độ dung dịch axit bazơ Trong trình chuẩn độ nồng độ ion H + ion OH- thay đổi nghĩa pH dung dịch thay đổi Đường biểu diễn biến thiên pH với lượng dung dịch chuẩn cho vào gọi đường chuẩn độ axit – bazơ Để xác định điểm tương đương trình chuẩn độ, người ta dùng chất thị axit – bazơ, thường hợp chất hữu có tính axit – bazơ, loại thị có khả đổi màu theo pH, chất thị có khoảng đổi màu định Chỉ số chuẩn độ pT chất thị giá trị pH mà màu chất thị thay đổi, giá trị phụ thuộc chất chất thị thứ tự phép chuẩn độ Đối với phép chuẩn độ xác định, cần chọn thị có khoảng chuyển màu nằm bước nhảy chuẩn độ, cần chọn pT màu thị đổi rõ gần sát với pH tương đương Để chuẩn hóa nồng độ dung dịch chuẩn chuẩn độ axit – bazơ phải dùng chất gốc đáp ứng đầy đủ yêu cầu: axit, bazơ nguyên chất, bền, không bị phân hủy bảo quản, dễ tinh chế để kiểm tra độ tinh khiết phản ứng xảy chuẩn hóa dung dịch chuẩn phải theo tỉ lệ hợp thức Các chất chuẩn để chuẩn hóa axit thường dùng: borat, natricacbonat… Các chất chuẩn để chuẩn hóa bazơ thường dùng: kalihiđrophtalat, axit oxalic… 1.2.2 Chuẩn độ oxi hóa – khử Dựa phản ứng trao đổi electron để xác định chất dạng oxi hóa dạng khử Để xác định chất oxi hóa người ta dùng dung dịch chuẩn dung dịch chất khử có nồng độ xác ngược lại để xác định chất khử người ta dùng dung dịch chuẩn dung dịch chất oxi hóa Dung dịch chuẩn oxi hóa : KMnO4, K2Cr2O7, I2-Na2S2O3, KBrO3, KIO3… Dung dịch chuẩn khử : TiCl3, Muối Mohr… Trong phương pháp oxi hóa khử có trường hợp không cần sử dụng chất thị mà nhận điểm cuối Ví dụ chuẩn chất khử dung dịch KMnO4, giọt dung dịch KMnO4 dư làm cho dung dịch có màu hồng dấu hiệu để kết thúc chuẩn độ Còn đa số trường hợp phải dùng chất thị Chất thị oxi hóa khử chất mà dạng oxi hóa dạng khử có màu khác Màu sắc chất thị biến đổi phụ thuộc vào oxi hóa dung dịch Một số chất thị oxi hóa khử quan trọng: + Điphenylamin + Điphenylbenziđin + Axit điphenylamin sunfonic + Ferroin 1.2.3 Chuẩn độ kết tủa ZnIn+ + H2Y2- + CH3COO- → ZnY2- + Màu hồng HIn + CH3COOH màu vàng Tại điểm kết thúc chuẩn độ, dung dịch chuyển từ màu hồng sang màu vàng (hình 3.5) Lấy xác 10,00 mL Zn 2+ (0,00999M), thêm 1,0 mL CH3COOHCH3COONa có nồng độ 1M giọt thị PAN, lắc để trộn Chuẩn độ EDTA (0,0100M), dừng dung dịch chuyển từ màu hồng sang màu vàng (hình 3.5), lặp lại thí nghiệm lần Thay đổi thể tích CH 3COOHCH3COONa thêm 2,0 mL; 3,0 mL; 4,0 mL; 5,0 mL ; 10 mL Tính toán so sánh với nồng độ Zn2+ (0,00999 M) chuẩn để xem phép sai số khả xác định điểm cuối chuẩn độ rõ ràng Kết trình bày bảng 3.5 Hình 3.5: Phép chuẩn độ Zn2+ với thị PAN, màu dung dịch (từ trái sang phải) trước cho thị, trước sau điểm kết thúc chuẩn độ Bảng 3.5 Kết chuẩn độ dung dịch Zn2+ 0,00999M EDTA 0,0100M với thị PAN V đệm axetat (mL) 1 Vi EDTA (mL) 10,45 10,45 10,40 32 q(%) 10,43 0,01043 +4,4 10 10,35 10,10 9,95 9,90 9,95 10,35 10,10 9,95 9,95 9,95 10,30 10,05 9,90 9,95 9,95 10,33 10,08 9,93 9,93 9,95 0,01033 0,01008 0,00993 0,00993 0,00995 +3,4 +0,9 -0,6 -0,6 -0,4 Từ kết chuẩn độ cho thấy lượng dung dịch đệm axetat cho vào có ảnh hưởng đến kết thí nghiệm Thí nghiệm cho kết ổn định có sai số nhỏ (