SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM CHUẨN độ kết tủa

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN MỤC LỤC MỤC LỤC……………………………………………………………………….1 A PHẦN MỞ ĐẦU:…………………………………………………………….1 Lý chọn đề tài:…………………………………………………………… 2 Mục đích nghiên cứu:……………………………………………………… Đối tượng phạm vi nghiên cứu:………………………………………… Nhiệm vụ nghiên cứu:…………………………………………………… ….2 Những điểm SÁNG SKKN……………………………………………… KIẾN KINH NGHIỆM B NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI:……………………………………………… Chương 1: Cơ sở lý luận liên quan đến SKKN:……………………………… I Đặc điểm chung chuẩn độ kết tủa:……………………………………… II Một số phương pháp chuẩn độ kết tủa:………………………………………5 Chương 2: Vận dụng lý thuyết chuẩn độ kết tủa bồi dưỡng học sinh giỏi…… I Xác định nồng độ chất dựa vào chuẩn độ kết tủa…………………………9 II Sai số chuẩnCHUẨN độ kết tủa:……………………………………………….11 ĐỘ KẾT TỦA Chương 3: Hệ thống tập đề thi………………………………… 12 I Đề thi học sinh giỏi quốc gia:……………………………………………… 12 II Đề thi chọn đội tuyển Olymipc hóa học Quốc tế………………………… 15 III Bài tập chuẩn bị đề thi Olymipc Quốc tế:………………………………16 Chương 4: Hệ thống đề kiểm tra…………………………………………….…19 Chương 5: Thực trang SKKN…………………………………………… 20 Phạm vi nghiên cứu:……………………………………………………… 20 Thực trạng SKKN:…………………………………………………… 20 Nguyên nhân thực trạng:……………………………………………… 20 Người thực hiện: Trương Quang Đạo Chương 6: Biện pháp, giảiChức pháp chủ để thực vụ:yếu Giáo viênhiện đề tài:………………….20 Cơ sở đề xuất giải pháp:……………………………………………… 21 SKKN thuộc môn: Hóa học Các giải pháp chủ yếu:…………………………………………………… 21 Tổ chức triển khai thực hiện:……………………………………………… 21 C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………… 21 Kết luận:………………………………………………………………… …21 Kiến nghị:………………………………………………………………… 21 D PHẦN ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CÁC CẤP:……….…22 TÀI LIỆU THAM KHẢO:………………………………………………… …22 Thanh Hóa năm 2017 A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Bài tập hóa học phân tích với chuẩn độ kết tủa vấn đề thường gặp kỳ thi chọn học sinh giỏi (HSG) cấp tỉnh, cấp quốc gia, hay kỳ thi Olympic Hóa học Quốc tế (IchO) Nhằm mục đích có thêm tài liệu phục vụ cho việc giảng dạy, bồi dưỡng HSG làm tài liệu phục vụ cho việc tự nghiên cứu học sinh Tôi xin giới thiệu chuyên đề “CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA” Mục đích nghiên cứu: Việc nghiên cứu nội dung nhằm mục đích tự bồi dưỡng chuyên môn cá nhân, làm tài liệu để giảng dạy, bồi dưỡng HSG, làm tài liệu tự học cho học sinh Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết vận dụng phương pháp chuẩn độ kết tủa thông qua tập cho kỳ thi học sinh giỏi cấp, qua phân loại hệ thống dạng tập Nhiệm vụ nghiên cứu: Làm bật số vấn đề lý thuyết vận dụng phương pháp chuẩn độ kết tủa vào làm tập hóa phân tích Giúp em có kiến thức tổng quát để giải toán đề thi chọn HSGQG QT Những điểm sáng kiến kinh nghiệm : Dùng để bồi dưỡng sâu phần chuẩn độ kết tủa cho học sinh thi HSGQuốc Gia, chọn vòng dự thi olympic Quốc Tế thi Quốc Tế môn hóa học B NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG I: CƠ SƠ LÝ LUẬN I Đặc điểm chung chuẩn độ kết tủa Nguyên tắc chung Nguyên tắc chung phương pháp chuẩn độ thể tích dựa đo thể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ biết phản ứng với thể tích xác định dung dịch chất có nồng độ chưa biết cần xác định Cách xác định nồng độ dung dịch gọi chuẩn độ Phương pháp chuẩn độ kết tủa Phương pháp chuẩn độ kết tủa phương pháp chuẩn độ thể tích dựa tương tác ion dung dịch để tạo thành chất kết tủa dùng để định lượng chúng Nói cách khác phản ứng chuẩn độ phản ứng tạo thành chất kết tủa Ví dụ: Chuẩn độ ion Cl- dung dịch phản ứng tạo kết tủa với ion Ag+ theo phương trình phản ứng Ag+ + Cl- → AgCl ↓ Khi dựa vào lượng Ag+ biết để xác định nồng độ ion Cl- dung dịch Những đặc điểm phản ứng chuẩn độ kết tủa Điều kiện chung phản ứng chuẩn độ thể tích - Tốc độ phản ứng phải đủ lớn - Phản ứng chuẩn độ phải xảy hệ số hợp thức phương trình phản ứng Các phản ứng phụ xảy không ảnh hưởng đến phản ứng chuẩn độ - Phải có chất thị thích hợp cho phép xác định tương đối xác điểm tương đương Mặc dù có vô số phản ứng tạo thành hợp chất tan song số phản ứng dùng phân tích chuẩn độ hạn chế Sở dĩ dung dịch loãng nhiều phản ứng tạo thành chất kết tủa xảy chậm Đặc biệt khu vực gần điểm tương đương nồng độ chất phản ứng bé tốc độ phản ứng thấp thỏa mãn yêu cầu phân tích thể tích Mặt khác, phản ứng tạo kết tủa thường kèm theo trình phụ làm sai lệch tính hợp thức phản ứng (ví dụ hấp thụ, cộng kết, tạo dung dịch rắn…) Trên thực tế, người ta sử dụng nhiều cách khác để tăng độ xác phép chuẩn độ kết tủa như: Thay đổi dung môi giảm độ phản cực dung môi, chuẩn độ ngược… Trên thực tế, dùng số phản ứng kết tủa phân tích chuẩn độ, quan trọng phản ứng kết tủa AgNO3 Đường độ chuẩn Xét phép chuẩn độ V0 ml dung dịch NaCl C0 mol/1 dung dịch AgNO3 C mol/l Các trình xảy bao gồm: - Phản ứng kết tủa K −s = 10+10,0 Ag+ + Cl- € AgCl ↓ - Phản ứng tạo thành phức Hiđroxo ion Ag+ η = 10-11,7 Ag+ + H2O € AgOH + H+ Để tiện cho tính đường chuẩn độ ta dùng tích số tan điều kiện : Ks = [Ag+]’.[ CL-]’ (1.33) đây: [Ag+]’ = [Ag+] + [AgOH] = [Ag+](1+η h-1) = [Ag+] α Ag + [Cl-]’ = [Cl] Ks K 's = α Ag + (1.34) α Ag + phụ thuộc pH dung dịch Theo định luật bảo toàn nồng độ ta có: CV CAg+ = V + V = [Ag+]’ + nAgCl (1.35) C0.V0 CCl- = V + V = [Cl-] + nAgCl (1.36) Ở đây, nAgCl số mol AgCl kết tủa lít dung dịch Trừ (1.35) cho (1.36) ta có: [Ag+]’ - [Cl-] = CV − C0 V0 V + V0 (1.37) V +V C.V Từ (1.37) ta rút ra: [Ag+]’ - [Cl-] C V = C V -1 = P-1=q 0 o Với q sai số chuẩn độ K s' Vì: [Cl ] = nên [Ag + ]' - V + V0  K  V + V0 + ' [Ag+]’ - [Cl-] C V =  [Ag ] − + ÷ C V = P - = q (1.38) [Ag ]  0 0  Phương trình (1.38) dùng để tính đường chuẩn độ thời điểm V +V C +C 0 Khi gần điểm tương đường C V = C.C 0  K  C +C + ' Nên ta có:  [Ag ] − + ' ÷ C.C = P - - q [Ag ]   Bước nhảy chuẩn độ Khi gần đến điểm tương đương, thay đổi nhỏ thể tích dung dịch chuẩn dẫn đến tăng giảm mạnh nồng độ chất phản ứng chuẩn độ Giai đoạn bắt đầu kết thúc thay đổi gọi bước nhảy chuẩn độ  + ' Từ biểu thức sai số chuẩn độ q = P - =  [Ag ] −  K  C + C0 ÷ [Ag + ]'  C.C0 Nếu chấp nhận bước nhảy chuẩn độ ứng với giá trị sai số chuẩn độ q = ± 0,2% nồng độ chất lớn, tích số tan nhỏ, bước nhảy chuẩn độ lớn Tương tự phép chuẩn độ với sai số chuẩn độ q = ± 0,2% bước nhảy chuẩn độ tương ứng với pAg’ = - hay pCl = - II Một số phương pháp chuẩn độ kết tủa Phương pháp Mohr a Cơ sở phương pháp Trong phương pháp Mohr, K 2CrO4 sử dụng để xác định điểm tương đương phép chuẩn độ ion halogenua AgNO Tại điểm dừng chuẩn độ có xuất kết tủa đỏ nâu Ag2CrO4 Độ nhạy chất thị phụ thuộc nhiều vào yếu tố quan trọng nồng độ chất thị, pH dung dịch nhiệt độ Khi phản ứng gần đến điểm tương đương, xảy phản ứng Ag+ + XAgX ↓ Ks 2Ag+ + CrO 24− Ag2CrO4 ↓ (vàng nâu) Ks2 = 10-11,89 Để có kết tủa Ag2CrO4 xuất điểm tương đương phép chuẩn độ thì: K sAgX [X − ] = K sAg 2CrO4 CCrO 2− ⇒ CCrO2− = 4 [X − ]2 -11.89 10 K sAgX (1.39) Từ biểu thức (1.39) tích số tan AgX nhỏ nồng độ CrO 24− lớn Do thực tế, K 2CrO4 thích hợp dùng làm chất thị cho phép chuẩn độ ion Cl- Giả sử phép chuẩn độ dung dịch NaCl 0,100M dung dịch AgNO3 0,100M, điểm tương đương, [Cl -] = 1,00.10-5M Khi nồng độ CrO 2− phải có mặt để xuất kết tủa Ag2CrO4 là: 2− CCrO = (1, 00.10−5 ) −11,89 (10−10 ) 10 = 1,29.10-2M Tuy nhiên nồng độ này, màu vàng đậm ion CrO 24− cản trở việc nhận màu đỏ nâu Ag 2CrO4 Thực tế thường dùng dung dịch K 2CrO4 5.10-3 M (độ 1-2ml K2CrO4 5% 100,0ml hỗn hợp chuẩn độ) Nếu với nồng độ K2CrO4 5.10-3 M độ nhạy ion Ag+ cần đề xuất màu đỏ nâu rõ kết tủa Ag2CrO4 (3-4).10-5M Trong điều kiện 2Ag+ + CrO 24− C 4.10-5 [ ] 2x Ag2CrO4 ↓ Ks2 = 10-11,89 5.10-3 (4,98.10-3 + x) Ks2 = [Ag+]2 [CrO 24− ] = (2x)2 (4,98.10 −3 + x) = 10-11,89 Chấp nhận rằng: x > Phản ứng hoàn toàn phản ứng đạt đến điểm tương đương ta có: nBr- = nAg+ ⇒ CV = C0V0 ⇒ 100.C = 40.0,1 ⇒ C = 0,040M Nhận xét: Khi học sinh bắt đầu tiếp xúc với chuẩn độ kết tủa việc làm quen với khái niệm phản ứng chuẩn độ, điểm tương đương cần thiết Trong ví dụ này, học sinh dựa vào phản ứng chuẩn độ lượng chất chuẩn để từ xác định lượng chất cần chuẩn mà không cần quan tâm đến yếu tố chi phối như: Sai số chuẩn độ, chất thị…điều quan trọng học sinh nắm mục đích chuẩn độ nhằm xác định nồng độ chất cần chuẩn độ Từ ví dụ thực phép chuẩn độ kết tủa khác nhằm xác định nồng độ chất dung dịch lượng chất hỗn hợp Ví dụ 2: Cho NaCl dư vào 25,00ml dung dịch AgNO3 Lọc kết tủa, làm khô, cân 0,4306 gam Mặt khác, chuẩn độ 50,00ml dung dịch AgNO hết 32,58ml dung dịch NH4SCN Tính nồng độ mol/l dung dịch AgNO3 NH4SCN Phân tích: Từ phản ứng Ag+ với ClAg+ + ClAgCl ↓ (1) Ksl-1 = 1010.0 >>1 Khi lấy dư lượng Cl - lượng Ag+ dung dịch kết tủa hoàn toàn Vì dựa vào khối lượng kết tủa thu được, ta xác định số mol AgCl số mol Ag+ từ xác định nồng độ Ag+ mẫu 0, 4306 Số mol AgCl ↓ = 107,87 + 35, 45 = 3.10-3mol = 25.10-3 ⇒ C = 0,12M Sau xác định nồng độ Ag+, học sinh sử dụng kết để xác định nồng độ NH4SCN dựa vào phản ứng chuẩn độ sau: Ag+ + SCNAgSCN ↓ (2) Ks2-1= 1011,96 Phản ứng (2) có số cân lớn ⇒ phản ứng xảy hoàn toàn Từ (2) ⇒ CV = C0V0 ⇒ 32,58.C= 50.0,12 ⇒ C = 0,184M Nồng độ dung dịch NH4SCN 0,184M Ví dụ 3: Hòa tan 1,998 gam hỗn hợp Kl KBr vào nước pha loãng thành 500,0ml (dung dịch X) Chuẩn độ 25,00ml dung dịch X theo phương pháp Fajans hết 11,52ml dung dịch AgNO3 0,0568M Mặt khác, lấy 50,0ml dung dịch X, chế hóa với chất oxi hóa để oxi hóa hết I- thành I2 sau tách I2 phương pháp chiết Chuẩn độ dung dịch lại thấy hết 7,10ml dung dịch AgNO3 0,0568M Tính % KBr KI hỗn hợp Đáp số: %m KI = 51,96% %m KBr = 48,04% 10 Ví dụ 4: Hòa tan 2,00 gam mẫu phân bón photphat nước, thêm 40,000ml dung dịch AgNO3 0,20M để làm kết tủa photphat dạng Ag 3PO4 Chuẩn độ lượng Ag+ dư hết 8,00ml dung dịch KSCN 0,1200M Tính thành phần % P2O5 mẫu phân bón Đáp số: % m P2O5 = 8,33% Ví dụ 5: Chuẩn độ 100,00ml dung dịch AgNO3 dung dịch chuẩn KSCN 0,0100M dùng Fe3+làm thị hết 55,00ml dung dịch KSCN Phép chuẩn độ kết thúc xuất màu hồng phức Fe(SCN) 2+ứng với nồng độ phức 6.10-6 M; nồng độ ion Fe3+ điểm cuối chuẩn độ 5.10-3M Tính xác nồng độ AgNO3 II Sai số chuẩn độ kết tủa Đặc điểm: Trong trình chuẩn độ kết tủa việc dừng chuẩn độ thời điểm tương đương khó phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường, độ nhạy nồng độ chất thị Chính sai số yếu tố xuất cách đương nhiên Khi dựa vào việc xác định sai số phép chuẩn độ, xác định xác nồng độ chất trình chuẩn độ Các bước tiến hành (1) - Xác định phản ứng chuẩn độ (2) - Lập biểu thức bảo toàn nồng độ chất chuẩn chất cần chuẩn (3) - Lập biểu thức xác định sai số phép chuẩn độ (4) - Tính sai số phép chuẩn độ Một số ví dụ Ví dụ 6: Chuẩn độ 50,00ml dung dịch NaBr 0,0100M dung dịch AgNO3 0,020M dùng K2CrO4 2,00.10-3M làm thị Tính sai số chuẩn độ kết thúc chuẩn độ bắt đầu xuất kết tủa Ag2CrO4 (lượng kết tủa không đáng kể) Phân tích: Đây phương pháp Morh chuẩn độ kết tủa Đối với học sinh phổ thông việc xác định sai số hiểu cách đơn giản chênh lệch kết chuẩn độ so với thời điểm tương đương Tại điểm tương đương phép chuẩn độ: Ag+ + BrAgBr (1) Ksl-1 = 1012,3 Khi ta có: Vtđ.0,020 = 50,00.0,010 ⇒ Vtđ = 25,00ml Tại thời điểm xuất kết tủa Ag2CrO4 ta có: 11  Ag +  = K s Ag2CrO4 CrO  2− 10−12 = 2,24.10-5M −3 2.10 = (Về mặt xác ta phải xét đến cần CrO42- dung dịch là: CrO 24− + H2O C 2.10-3 [ ] 2.10-3 - x HCrO −4 + OH − (1)K1 = KwK −a1 = 10-14 106,5 10-7,5 x x  HCrO4−  OH −  x2 ⇒ x = 7,94.10-6 K1 = −3 CrO42−  2.10 − x ⇒ CrO42−  ≈ 2.10-3M) K sl − Khi lượng Br- lại là:  Br  =  Ag +  = 2,24.10-8