thuc hanh phan tich dinh luong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HCM KHOA HÓA # " THỰC HÀNH Trần Thị Yến ( chủ biên) Th S Ngô Tấn Lộc – Th S Nguyễn Hiền Hoàng Th S Đỗ Văn Huê - Th S Nguyễn Thị Minh Huệ CN Lê Ngọc Tứ Tài liệu lưu hành nội - 2004 LỜI MỞ ĐẦU Bộ môn Hóa phân tích Trường Đại học Sư Phạm TP.HCM biên soạn giáo trình THỰC HÀNH PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯNG nhằm giúp cho sinh viên thuận tiện việc thực thí nghiệm phần Phân tích định lượng phòng thí nghiệm môn Hóa phân tích trường Đại học Sư Phạm TP.HCM Do chưa có kinh nghiệm nên chắn giáo trình nhiều thiếu sót, mong quý vị độc giả góp ý giúp hoàn thiện giáo trình tốt Chân thành cảm ơn Tập thể môn Hóa phân tích ĐHSP TP.HCM BÀI 1: CHUẨN ĐỘ AXÍT MẠNH – BAZƠ MẠNH Nội dung chính: • Giới thiệu phương pháp phân tích thể tích • Sử dụng dụng cụ đo thể tích • Chuẩn độ axít mạnh bazơ mạnh ngược lại I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH Nguyên tắc Phương pháp phân tích thể tích phương pháp xác định hàm lượng theo thể tích dung dịch thuốc thử biết nồng độ xác (gọi dung dịch chuẩn) thêm từ buret vào dung dịch chất định phân vừa tác dụng đủ với tất lượng chất định phân Ví dụ: HCl + NaOH = NaCl + H2O (phản ứng trung hòa) − Dựa vào phản ứng định lượng chất định phân (là HCl hay NaOH) theo thể tích nồng độ dung dịch chuẩn (là NaOH hay HCl ) − Sự thêm từ từ dung dịch chuẩn buret vào dung dịch chất định phân, gọi trình chuẩn độ − Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng vừa đủ với toàn chất định phân gọi điểm tương đương − Để nhận biết điểm tương đương dùng chất gây tượng mà ta quan sát mắt thường (như: đổi màu, kết tủa ) xảy gần điểm Những chất gọi chất thị Thời điểm chuẩn độ kết thúc gọi điểm cuối chuẩn độ − Sự chuẩn độ mắc sai số điểm cuối chuẩn độ không trùng với điểm tương đương (Nếu dừng chuẩn độ trước điểm tương đương mắc sai số âm, dừng chuẩn độ sau điểm tương đương mắc sai số dương ) Phản ứng dùng phân tích thể tích Các phản ứng dùng phân tích thể tích phải thỏa mãn yêu cầu sau đây: - Phải xảy hoàn toàn , tỉ lượng theo phương trình phản ứng xác định - Phải xảy nhanh phản ứng phụ (có độ chọn lọc cao) - Phải có thị thích hợp để xác định điểm cuối chuẩn độ với sai số chấp nhận 3 Phân loại phương pháp phân tích thể tích Theo chất phản ứng chuẩn độ chia phương pháp sau: a Phương pháp axit-bazơ (phản ứng trung hòa) b Phương pháp chuẩn độ ôxy hóa khử c Phương pháp chuẩn độ tạo phức ( chuẩn độ complexon ) d Phương pháp chuẩn độ kết tủa Các phương pháp tiến hành chuẩn độä thể tích a Chuẩn độ trực tiếp: Thêm từ từ chất chuẩn R vào dung dịch cần định phân X, thuốc thử R tác dụng trực tiếp với chất cần định phân X Dựa vào VR , CR phản ứng hóa học mà tính hàm lượng X b Chuẩn độ gián tiếp: Nếu chất X không xác định trực tiếp thuốc thử R Ta chuyển X vào hợp chất XA thuốc thử A với điều kiện A xác định trực tiếp thuốc thử R c Chuẩn độ ngược: Cho dư lượng xác thuốc thử R vào dung dịch chất cần định phân X, sau xác định lượng dư R thuốc thử R’ thích hợp Dựa vào CR , VR CR’ , VR’ để xác định hàm lượng X d Chuẩn độ thay thế: Cho chất cần định phân X tác dụng với hợp chất MA để tạo MX giải phóng A Chuẩn độ lượng chất A thuốc thử R thích hợp Dựa vào CR , VR để tính lượng X e Chuẩn độ phân đoạn: Chuẩn độ X, Y, Z dung dịch hai dung dịch chuẩn Nồng độ Các cách biểu diễn nồng độ: a Nồng độ thể tích: tỉ số thể tích chất lỏng thể tích dung môi – Ví dụ: HCl 1: dung dịch gồm thể tích HCl đậm đặc (d= 1,85 g/cm ) thể tích dung môi b Nồng độ phần trăm khối lượng: số gam chất tan 100 gam dung dịch – Ví dụ: Dung dịch NaOH 10% dung dịch gồm 10 gam NaOH 100gam dung dịch Cách tính nồng độ phần trăm: – Ký hiệu: a : số gam chất tan; q : số gam dung môi a + q = Q gam dung dịch; P: nồng độ phần traêm a 100 a 100 P% = = a+q Q c Nồng độ mol: số mol chất tan lít dung dịch Nồng độ mol ký hiệu chữ M mol/lít đặt sau chữ số nồng độ – Ví dụ: Dung dịch NaOH 0,1 M dung dịch chứa 0,1 mol NaOH ( tức 0,1 40 = 4,0 gam NaOH ) lít dung dịch Cách tính nồng độ mol/lít: CM nồng độ mol / lít a : số gam chất tan V lít dung dịch M:khối lượng mol chất tan a a.1000 Ta có: CM = ; Nếu V tính ml CM = M.V M.V d Nồng độ đương lượng: – Ký hiệu: Nồng độ đương lượng số mol đương lượng chất tan (nĐ) lít dung dịch số milimol đương lượng chất tan mililít dung dịch Nồng độ đương lượng ký hiệu chữ N đặt sau chữ số nồng độ – Ví dụ: Dung dịch HCl có nồng độ 0,5 N có nghóa lít dung dịch HCl có 0,5 mol đương lượng HCl tính khối lượng là: 0,5 x 36,5 g = 18,25 g HCl – Cách tính nồng độ đương lượng: Nếu kí hiệu: CN : nồng độ đương lượng, a: sốgam chất tan; V: thể tích dung dịch (tính lít); Đ: khối lượng mol đương lượng chất tan (còn gọi đương lượng gam, đương lượng mol chất tan) Thì nồng độ đương lượng tính theo công thức: a Đ.V CN = Nếu V tính ml thì: CN = a.1000 Đ.V Chú ý: – Đương lượng chất lượng chất tương đương hóa học với mol nguuyên tử mol ion hidro – Khối lượng mol đương lượng số gam đương lượng chất Nếu kí hiệu khối lượng mol đương lượng Đ : Đ= Khối lương mol n n số mol ion (hay nguyên tử) hidro, số mol ion hóa trị một, hay số electron cung cấp (hoặc kết hợp với)1 mol chất phản ứng mà ta xét – Đương lượng mol chất số khối lượng mol mà thay đổi phụ thuộc vào phản ứng mà chất tham gia – Ví dụ: Trong phản ứng trung hòa: HCl + NaOH = NaCl + H2O Khối lượng mol đương lượng HCl khối lượng mol HCl Khối lượng mol đương lượng NaOH khối lượng mol NaOH – Trong phản ứng trung hòa nấc H3PO4: H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O Khối lượng mol đương lượng H3PO4 khối lượng mol H3PO4 – Khi trung hòa hai nấc H3PO4 NaOH: H3PO4 + NaOH = Na2HPO4 + H2O Khối lượng mol đương lượng H3PO4 khối lượng mol H3PO4 – Khi trung hòa ba nấc H3PO4 NaOH H3PO4 + NaOH = Na3PO4 + H2O Khối lượng mol đương lượng H3PO4 khối lượng mol H3PO4 – Trong phản ứng oxyhóa khử: Khối lượng mol đương lượng chất M oxyhóa hay khử tính tỉ số , với M khối lượng mol chất n oxyhóa hay chất khử, n số electron mà mol chất tham gia bán phản ứng Ví dụ: 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Khối lượng mol đương lượng Fe2+ = M (Fe2+ ) Khối lượng mol đương lượng MnO4- = M e Độ chuẩn dung dịch : số gam (hay miligam) chất tan mililit dung dịch a(gam) T= V(ml) – Độ chuẩn theo chất định phân: số gam chất cần định phân (nguyên tử, phân tử, ion) phản ứng hết với mililit dung dịch chuẩn – Ký hiệu TR / X với R dung dịch chuẩn, X chất cần định phân Ví dụ: Tính độ chuẩn dung dịch KMnO4 0,02 M theo sắt chuẩn độ Fe theo phản ứng: 2+ MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ + Fe3+ + 4H2O Theo phương trình phản ứng trên, ta có: mol MnO4- phản ứng hết với mol Fe2+ Trong ml dịch chuẩn KMnO4 0,02 M có chứa 0,02 : 1000 = 2.10-5 mol - ion MnO4- vaø ml MnO4- phản ứng hết với x 2.10-5 = 10-4 mol Fe2+, tức với 10-4 56 = 5,6 10-3 gam Fe2+ Do độ chuaån T (KMnO4 0,02 M/ Fe2+ ) = 5,600 mg/ml có nghóa 1ml KMnO4 tác dụng vừa hết với 5,600 mg Fe2+ g Nồng độ ( hàm lượng)phần triệu (ppm,) phần tỉ (ppb ): – Đối với dung dịch loãng hàm lượng nhỏ người ta thường dùng khái niệm – Phần triệu (kí hiệu ppm : parts per milion) số microgam chất cần xác định có gam chất mẫu microgam chất tan gam dung dịch C ppm = Khối lượng chất tan ( microgam ) x 106 ppm Khối lượng dung dịch ( gam ) Ví dụ: Dung dịch Au3+ nồng độ ppm, tức dung dịch có chứa microgam Au gam dung dịch , miligam Au kg dung dịch Đối với dung dịch nước loãng coi gần khối lượng riêng nước g/ ml kg / l Do ppm = microgam / ml mg / l – Đối với dung dịch loãng hơn, người ta dùng phần tỉ ( kí hiệu ppb : parts per bilion) C ppb = Khối lượng chất tan ( microgam ) x 109 ppb Khối lượng dung dịch ( gam ) Cách tính kết phân tích thể tích – Nguyên tắc: dựa vào nồng độ (và thể tích) chất tham gia phản ứng, phương pháp phân tích quy tắc đương lượng để lập công thức tính toán – Đối với trường hợp chuẩn độ trực tiếp: a Tính theo nồng độ đương lượng: Nếu chuẩn độ VX ml chất định phân có nồng độ đương lượng CN(X) hết VS ml chất chuẩn có nồng độ CN(S) theo quy tắc đương lượng ta có công thức : VX.CN(X) 10-3 = VS.CN(S) 10-3 (Tức là: Tại điểm tương đương số đương lượng gam chất X thể tích VX phản ứng hết với số đương lượng gam chất chuẩn thể tích VS ) – Từ tính nồng độ đương lượng chất định phân: CN(X) = Vs.CN(S) Tính số gam chất định phân VX ml theo công thức: Vx a( gam) = VS.CN(S ).10-3 ĐX b Nếu lấy a gam mẫu phân tích có chứa chất X hòa tan thành V0 ml dung dịch lấy VX ml đem chuẩn độ hết VS ml chất chuẩn có nồng độ CN(S) hàm lượng chất X có a gam mẫu là: Hàm lượng m (gam) = VS.CN(S ).10-3 ĐX Vo Vx – Ví dụ: Tính nồng độ số gam HCl Biết chuẩn độ 20ml HCl phải dùng hết 22,75 ml dung dịch NaOH nồng ñoä 0,1060 N CN (HCl) = m HCl = 0.1060 x 22.75 = 0.1206 20 0.1060 x 22.75 x 35.5 = 0.08564 g/ 20 ml 1000 Chú ý: − Nếu nồng độ biểu diễn nồng độ mol chuyển thành nồng độ đương lượng tính kết (tuy nhiên số trường hợp tính theo nồng độ mol) II CÁC DỤNG CỤ ĐO THỂ TÍCH Trong phân tích thể tích thường xuyên sử dụng dụng cụ buret, pipet bình định mức cần thiết phải biết cách sử dụng dụng cụ Bình định mức – Bình định mức bình hình lê hay hình tròn, cổ hẹp, thường có nút nhám Trên cổ có vạch để định mức Trên bầu lê (hay tròn) bình có ghi rõ thể tích nhiệt độ tương ứng để chất lỏng đựng bình có thể tích ghi Người ta thường sản xuất loại bình định mức 1000 mililít (ml ), 500 ml, 250 ml, 200 ml, 100 ml, 50 ml, 25 ml, 10 ml – Bình định mức thường dùng để pha chế dung dịch cần có nồng độ xác Người ta cho chất lỏng chất rắn có khối lượng xác định vào bình thêm dần nước (hoặc dung môi thích hợp) vào độ nửa thể tích bình cẩn thận lắc xoay tròn bình để hòa tan hoàn toàn chất, sau cân nhiệt độ thêm dần nước (hoặc dung môi) cách vạch bình chừng 0,1– cm , sau dùng ống nhỏ giọt thêm giọt dung môi vạch định mức – Để tránh sai số, quan sát phải để mắt mặt phẳng ngang với vạch thêm dung môi cho mặt khum chất lỏng tiếp xúc với mặt phẳng ngang vạch H1 Một dạng bình định mức Pipet Pipet dụng cụ để chuyển thể tích xác định chất lỏng từ bình sang bình khác Có hai loại pipet: pipet thường pipet chia độ a Pipet thường: ống thủy tinh, bầu có hình cầu hay hình trụ Ở phía phía ống thủy tinh nhỏ, đầu mút phía vuốt nhọn có lỗ hẹp cho chất lỏng chảy khỏi pipet với tốc độ thích hợp - Pipét thường chia làm hai loại: loại có vạch ống thủy tinh phía trên, loại thứ hai có thêm vạch ống thủy tinh phía Khi hút chất lỏng vào pipet phải cố định cho mặt khum chất lỏng tiếp xúc với mặt phẳng ngang vạch phía (nếu dung dịch cần lấy có màu sáng) cho chất lỏng chảy hoàn toàn khỏi pipet cho chảy đến mặt khum tiếp xúc với mặt phẳng ngang vạch phía (nếu pipet có hai vạch) thể tích chất lỏng lấy thể tích ghi pipet nhiệt độ xác định cho b Pipet chia độ: ống hình trụ, phía vuốt nhọn để có lỗ có kích thước thích hợp Trên pipet có chia thành nhiều vạch tương ứng với thể tích chất lỏng lấy khác Các loại pipet có chia độ hay dùng 10 ml, ml, ml, ml H.2 Các loại pipet thường gặp Buret Buret ống hình trụ phía có chia độ, phía vòi có khóa - Buret dùng chủ yếu chuẩn độ cần lấy thể tích chất lỏng Các loại buret thường dùng 10 ml, 25ml, 50 ml, chia độ đến 0,1 ml đọc đến 0,01 ml (bằng ước lượng) Đối với mục đích phân tích vi lượng người ta dùng microburet 1ml, ml H.3 Một dạng buret thường gặp Rửa dụng cụ – Dụng cụ thủy tinh coi nước thấm bề mặt phía dụng cụ mà không tạo thành giọt thành đám Nếu thủy tinh bị dính chất béo đổ nước khỏi dụng cụ, nước biến nhanh vùng bị bẩn Trước hết rửa dụng cụ bình định mức, buret, pipet nước máy Đổ nước ra, quan sát xem thành bình phía có bị mờ không Nếu có tráng dụng cụ dung dịch bão hòa K2Cr2O7 H2SO4 đậm đặc (dung dịch rửa) cách dùng pipet cho giọt dung dịch rửa vào dụng cụ xoay dụng cụ để dung dịch rửa chảy láng hết thành bình Đổ dung dịch rửa vào bình chứa trở lại Rửa kỹ dụng cụ nước máy tráng lại nước cất (ít lần) Quan sát xem vết mờ thành bình không Nếu lặp lại trình rửa – Có thể sử dụng dung dịch rửa khác : dung dịch Na2CO3 bão hòa, dung dịch NaOH, dung dịch KOH rượu, dung dịch KMnO4 kiềm Dung dịch KOH rượu, dung dịch kMnO4 kiềm chất rửa có hiệu qủa, không nên để tiếp xúc lâu với dụng cụ thủy tinh dễ bị kiềm ăn mòn Khi rửa dung dịch KMnO4 kiềm sau rửa xong phải tráng lại dụng cụ dung dịch HCl đậm đặc để hòa tan hết vết MnO2 bám lại thành dụng cụ Nếu rửa hóa chất kết sử dụng biện pháp học dùng chổi lông nhỏ có cán dài để rửa buret nước xà phòng, lắc mảnh giấy lọc cát với nước xà phòng để rửa bình định mức, súc pipet dung dịch xà phòng nóng Tuy 10 Na2CO3, Natri oxalat Na2C2O4 Thường dùng Na2B4O7 10 H2O chất có thành phần ổn định, dễ tinh chế có khối lượng mol phân tử lớn (M = 381.42) Phản ứng chuẩn độ Phản ứng chuẩn độ xảy sau: Na2B4O7 → 2Na++ B4 O72– ⎯⎯ → HB4O7– K2–1 = 109 B4 O72– + H+ ←⎯ ⎯ ⎯⎯ → H2B4O7 K1–1 = 104 HB4O7–+ H+ ←⎯ ⎯ ⎯⎯ → H3BO3 K = 2,7.102 H2B4O7 + 5H2 O ←⎯ ⎯ Phản ứng tổng cộng: B4 O72– + 2H+ + 5H2 O = H3BO3 K = 2,7.1015 Chọn thị Thành phần dung dịch điểm tương đương gồm H2O H3BO3, môi trường axit yếu pH < nên chọn thị có pT < – Tính pH điểm tương đương theo phương trình phân ly axit boric: ⎯⎯ → H+ + H2BO3– K1 = 10–9,24 H3BO3 ←⎯ ⎯ ⎯⎯ → H+ + H2BO3– K1 = 10–9,24 H3BO3 ←⎯ ⎯ C [] 5,12 C C–h h h Nếu nồng độ H3BO3 0,1 M pH điểm tương đương: pHtđ = Trong thị axit – bazơ hay dùng trình bày I ta thấy có metyl đỏ (với số pT = 5,0) dùng tốt, metyl dacam (với số pT = 4,0) phenol đỏ (với số pT = 6,0) tạm Cách tiến hành chuẩn hóa dung dịch HCl Cân xác lượng natri tetraborat Na2 B4O7.10 H2O pha thành dung dịch bình định mức (hoặc pha từ ống chuẩn) Hút xác 10,00 ml dung dịch cho vào bình tam giác 250 ml, thêm – giọt thị metyl đỏ Lắc chuẩn độ đến dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu hồng cam Ghi lại thể tích HCl tiêu tốn Thí nghiệm cần lặp lại tối thiểu lần Lấy giá trị VHCl trung bình tính nồng độ HCl theo công thức: CN(Borax) VBorax CN (HCl) = VHCl III CHUẨN ĐỘ DUNG DỊCH NH3 BẰNG DUNG DỊCH CHUẨN HCL Nguyên tắc Phản ứng chuẩn độ phản ứng trung hòa axit – bazô: 24 NH3 + HCl = NH4Cl ⎯⎯ → NH4+ NH3 + H+ ←⎯ ⎯ Dựng đường cong chuẩn độ xác định chất thị 2.1 Dựng đường cong chuẩn độ – Thành phần dung dịch điểm tương đương gồm H2O, NH4+ , môi trường axit yếu, có pH < nên phải chọn thị có pT < – Trước chuẩn độ, dung dịch có môi trường bazơ, pH dung dịch tính theo cân bằng: ⎯⎯ → NH4+ + OHNH3 + H2O ←⎯ ⎯ Kb = 1,8.10-5 – Trước gần điểm tương đương, dung dịch dư NH3, phép chuẩn độ có sai số âm (q < ), pH dung dịch đầu bước nhảy chuẩn độ tính từ công thức: W C + C0 K q = (h – )( )–( ) h CC0 K+ h – Tại điểm tương đương, pH dung dịch định cân : ⎯⎯ → NH3 + H+ Ka = 5,5.10-10 NH4+ ←⎯ ⎯ C0V0 C V0+V C0V0 [] -h h h V0+V h2 = 5,5.10-10 Ka = C0V0 -h V0+V C0V0 Nếu C = C0 = 0,1 M ; V0 = V điều kiện gần : h 0) : W C + C0 K q = (h – )( )–( ) h CC0 K+ h W so với h Nếu C = C0 = 0,1 M vaø q = + 0,2 % bước ta có the åbỏ giá trị h nhảy chuẩn độ khoảng pH từ 6,5 đến 4,0 – Đường cong chuẩn độ NH3 HCl có daïng : 25 ... yêu cầu sau đây: - Phải xảy hoàn toàn , tỉ lượng theo phương trình phản ứng xác định - Phải xảy nhanh phản ứng phụ (có độ chọn lọc cao) - Phải có thị thích hợp để xác định điểm cuối chuẩn độ với... không tạo thành giọt thành đám Nếu thủy tinh bị dính chất béo đổ nước khỏi dụng cụ, nước biến nhanh vùng bị bẩn Trước hết rửa dụng cụ bình định mức, buret, pipet nước máy Đổ nước ra, quan sát... tam giác chứa chất cần phân tích, vừa thêm chất chuẩn vừa lắc bình tam giác theo chiều (chuẩn độ nhanh, chậm hay vừa phải tùy theo yêu cầu trường hợp chuẩn độ) − Khi đạt điểm tương đương (màu thị