ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THANH TUẤN XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP MỘT SỐ CHƯƠNG TRONG PHÂN TÍCH LÍ HỐ Chun ngành: Hố phân tích Mã số: 60 44 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐẶNG XUÂN THƯ Thái Nguyên, năm 2008 MỤC LC Mở đầu I Lý chọn đề tài II Nội dung đề tài III Nhiệm vụ đề tài Ch-ơng I Tổng quan I.1 ý nghÜa cđa hƯ thèng bµi tËp I.1.1 Tổng hợp ôn luyện kiến thức I.1.2 Phân loại tập câu hỏi hoá học I.1.3 Tác dụng tập hoá học I.1.4 Vận dụng kiến thức để giải tập I.2 Dạy học trọng ph-ơng pháp tự học I.2.1 Dạy học trọng rèn luyện ph ơng pháp tự học I.2.2 Học thông qua tổ chức hoạt động sinh viên I.2.3 Tăng c ờng học tập cá thể, phối hợp với học tập hợp tác I.3 Xu h-ớng phát triển tập Hoá học I.4 Cơ sở phân loại câu hỏi tập vào mức 10 Ch-ơng II độ nhận thức t- Ph-ơng pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên 13 tử II.1 Cơ sở lý thuyết II.1.1 Đặc điểm chung của ph ơng pháp đo quang quang phổ hấp 13 thụ nguyên tử 13 II.1.2 Điều kiện tạo thành phổ hấp thụ nguyên tử 13 II.1.2.1 Quá trình nguyên tử hoá mẫu 13 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn II.1.2.2 Các ph ơng pháp nguyên tử hoá 14 II.1.2.3 II.1.2.3 Sự hấp thụ thụ bøc x¹ ccéng éng h ëng 15 II.1.2.4 II.1.2.4 Ph ơng pháp phân tích tích phổ hấp thụ nnguyên guyên tử 15 II.1.3 II.1.3 Cách loại trừ sai số nguyên tố kèm sai số II.2 phông C©u hái tù luËn 17 18 II.3 ng II Bài chng 37 Chng ng III Ph-ơng pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên nguyên tử III.1 Cơ sở lý thuyÕt III.1.1 Đặc điểm chung phương pháp quang phổ phát xạ 60 60 nguyên tử 60 III.1.2 III.1.2 Sự tạo thành phổ AES 60 III.1.3 III.1.3 Bản chất ph ơng pháp phổ phát phát xạ nguyên tử 61 III.1.4 III.1.4 Sự kích thích, phát xạ c ờng độ vạch phát phát xạ nguyên tử 62 III.2 C©u hái tù luËn 63 III.3 Bài tập chươ ng ng III 79 Chng ng IV Các ph-ơng ph- ơng pháp tách, chiết phân chia chia 97 IV.1 Cơ sở lý thuyết ph-ơng pháp chiết 97 IV.1.1 IV.1.1 IV.1.2 IV.1.2 Định nghĩa hệ số phân bố Hằng số chiết 97 97 IV.1.3 IV.1.3 Các yếu tố ảnh h ởng đến trình chiết hoá học 98 IV.1.3.1 IV.1.3.1 ¶nh h ëng ccđa đa H+ tron trongg pha n íc 98 IV.1.3.2 IV.1.3.2 ¶nh h ëng cđa hiƯ hiƯuu ứng muối 99 IV.1.3.3 IV.1.3.3 ảnh h ởng tác nh nhân ân chiết chiết 100 IV.1.3.4 IV.1.3.4 Điều kiện chiÕt 101 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn IV.2 C¬ së lý thuyết ph-ơng pháp sắc ký 101 IV.2.1 IV.2.1 Thêi gian l u 102 IV.2.2. IV.2.2 ThÓ tÝch l u 104 IV.2.3 IV.2.3 S¾c ký khÝ (GC) 105 IV.2.3.1 IV.2.3.1 IV.2.3.2 IV.2.3.2 S¾c ký khÝ - r¾n (GSC) S¾c ký khÝ - láng (GLC) 105 105 IV.3 C¬ së lý thuyết ph-ơng pháp tách 106 IV.3.1 IV.3.1 Tách chất ph ơng pháp ch ng cất 106 IV.3.1.1 IV.3.1.1 Cân lỏng hệ hai hay nhiều cấu tử 106 IV.3.1.2 IV.3.1.2 Xác định định số đĩa lý thuyÕ thuyÕtt vµ tû sè håi l u b»ng ph ơng 106 pháp MC Cabe Thielo Thielo IV.3.1.3 IV.3.1.3 Xác định số đĩa lý thuyết cực tiểu tỷ sè håi l u cùc 107 tiÓu theo ph ph ¬ng ph¸p M MC C Cabe – Thielo Thielo IV.3.1.4 IV.3.1.4 X¸c ®Þnh ®Þnh ® êng kÝnh kÝnh cđa cét ch ng cÊt vµ chiỊ chiỊuu cao 107 cđa cét ch ng cất cho yêu cầu tách đà cho IV.4 Câu hỏi tù luËn 108 IV.5 ng IV Bài tập chươ ng 131 K ẾT LUẬN 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Lời cảm ơn Sau thờ i gian học tập nghiên cứu, tơi hồn thành luận văn thạc s ĩ khoa học ng hệ th ống câu hỏi tậ p m ột s ố ch ch ươ ng ng hóa học “ X ây ây dự ng phân tích lí hóa” hóa” Vớ i sự giúp đỡ tận tình thầy giáo khoa Hóa tr ườ ng ĐHSP Thái nguyên thầy tổ bé mơn Hóa phân tích trườ ng ng ườ ng ĐHSP Hà Nội đặc bi ệt sự giúp đỡ cc th ầy giáo TS Đặng Xuân Thư, Thầy dành nhiều thời gian công sức chỉ bảo tơi suốt q trình thực đề tài Thầy đọc thảo nhiều lần, sửa chữa, bổ sung đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn thành đề tài này. Tôi xin bày tỏ lờ i cảm ơn chân thành tớ i TS Đặng Xuân Thư thầy cụ khoa Húa HSP Thái Nguyên, trng ng HSP H Nội, bạn nghiệ p, thư vi ện tr ườ ườ ng ng ĐHSP Thái Nguyên, thvi n tr ng ng HSP H bố ng Ni, th viện tr ờng ĐHKHTN ĐHKHTN Hà Nộ Néi i Tôi xin gửi l ờ i c ảm ơ n t ới Phòng quản lý sau đại học tr ườ ng ườ ng tr ườ ng ĐHSP Thái ĐHSP Thái Nguyên, Ban chủ nhi ệm Khoa Hóa – tr ườ ng Nguyên tạo điều kiện thuận lợ i suốt thời gian nghiên cứu, thực đề tài. Thái Nguyên, ngày 27 tháng 08 năm 2008 Tác giả Nguyễn Thanh TuÊn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU I – Lý chọn đề tài: Trong công cơng nghiệp hố, đại hố đất nước, kinh tế nước ta chuyển đổi từ chế kế hoạch hóa tập trung sang chế thị trường có quản lí Nhà nước Cơng đổi đề yêu cầu hệ thống giáo dục Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, thông tin liên lạc giới phát triển kéo theo sự thay đổi vô to lớ n về yếu tố con người xã hội Trong xã hội mớ i,i, tri thức yếu t ố quyết định, người yếu t ố trung tâm, chủ thể của tồn xã hội, giáo dục ngườ i đóng vai trò quan trọng trong sự phát phát triển đất nước [26]. Để đáp ứng yêu cầu ngườ i - nguồn nhân lực, yếu tố quyết định s ự phát triển đÊt nướ c thờ i k ỳ cơng nghiệp hóa, h hiiện đại hóa cần tạo chuyển biến cơ b bản, toàn diện về giáo dục đào tạo Trong năm gần đây, Bộ giáo dục đào tạo khuyến khích việc s ử dụng đa dạng phương pháp dạy học tích cực nhằm hoạt động hóa ngườ i học Muốn đượ c như thế, nguồn tập, câu hỏi cho nội dung kiến thức phải phong phú, đa dạng Tuy vậy, v ớ i nh n hững mơn học có mức độ t ư cao khả vận dụng kiến thức tổng hợp việc chuẩn bị dạng câu TNKQ dườ ng ng như chưa đầy đủ, chưa có sự sáng tạo, nhạy bén sự phát triển tư duy khoa học cao Do vậy, tr ườ ườ ng ng hợp cần trì phát triển hệ thống câu hỏi tậ p tự luận để xử lý thông tin lĩ nh nh hội tri thức mơn học.[17] Vì lí đây, mạnh dạn l ựa chọn đề tài “X “Xây ây d ự ự ng ng h ệ th ố ng ng câu hỏi tậ p m ột s ố chương phân tích lí hóa ” ng dạy học tích cực để phát sử dụng chúng theo hướ ng phát triển lực tư duy, độc lập, sáng tạo ngườ i học Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn II – N Nội dung đề tài: Hệ thống câu hỏi tập tự luận mơn phân tích lí hố chương: - Chương I: Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử. - Chương II: Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử. - Chương III: Các phương pháp tách, chiết phân chia. III – Nhi Nhiệm vụ của đề tài: - Nghiên cứu cơ s sở lí luận đề tài. - Nghiên cứu đưa hệ thống câu hỏi tậ p nội dung đề tài. - Nghiên cứu hướ ng ng dẫn cách giải Phân loại thành nhóm tậ p theo chủ đề, t ừ hệ th ống hóa kiến th ức bao quát đượ c nội dung môn học chương này. Từ nâng cao chất lượ ng ng giảng dạy học ph ần “Phân tích lí hóa” trườ ng ng ĐHSP, C ĐSP ĐHKHTN, … có sử dụng học phần phân tích hóa lí l í Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Ch-¬ng I TỔNG QUAN I.1 Ý nghĩ a hệ thống tập: UNESCO nhấn mạnh rằng: “trái với thông lệ cổ truyền việc giảng dạy phải thích nghi với người học, buộc người học tuân theo quy định sẵn có từ trước việc dạy học” “Người học cơng chúng nói chung cần có tiếng nói nhiều việc định vấn đề liên quan đến giáo dục”. T ừ nh ững n ăm 1980 tr ở ở ll ại đây, b ật lên hướ ng ng mớ i: i: việc giảng dạy phải đảm bảo cho ngườ i học tr ở ở thành ngườ i cơng dân có trách nhiệm hành động hiệu Như vậy mục đích việc học tậ p phát triển từ học để hiểu đến học để hành đến học để thành ngườ i - ngườ i tự chủ, động sáng tạo Vì việc học tập giải vấn đề học tập, thực tiễn địi hỏi người phải có kiến thức phương pháp tư duy.[19] I.1.1 Tổng hợp ôn luyện kiến thứ c: c: Việc dạy học, đặc biệt dạy học đại học không thể thiếu tậ p, sử dụng tập biện pháp quan tr ọng để nâng cao chất lượ ng ng dạy học H ệ thống câu hỏi tập có ý nghĩa, tác dụ ng to lớ n v ề nhiều mặt: - Làm xác hóa khái niệm hóa học, củng cố, đào sâu mở r ộng kiến th ức m ột cách sinh động, phong phú, hấ p d ẫn Khi ngườ i h ọc v ận dụng kiến thức vào việc giải tậ p, họ mớ i nắm kiến thức cách sâu sắc - Ơn tậ p, hệ thống hóa kiến thức cách tích cực Khi ơn tậ p, ngườ i h ọc s ẽ k kh hông tậ p trung n ếu giờ ôn tậ p kiến thức cũ chỉ yêu cầu họ nhắc lại học Thực tế cho thấy ngườ i học (học sinh, sinh viên) chỉ thích trả lời câu hỏi suy luận và giải tậ p giờ ôn tậ p - Rèn luyện kĩ nn ăng khoa học hóa học c mơn học nh ư cân phương trình phản ứng, phương trình ion, tính tốn theo cơng thức hóa họ c, Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn áp dụng định luật, phương pháp xác định định l ượng chất … Nếu bài tậ p thực nghiệm sẽ rèn kỹ thực hành, góp phần vào việc giáo dục k ỹ thuật tổng hợ p cho ngườ i học - Rèn luyện khả vận dụng kiến thức vào thực tiến đờ i sống, lao ng động sản xuất bảo vệ môi trườ ng - Rèn luyện k ỹ năng sử dụng ngơn ngữ hóa học thao tác tư duy Phát triển ở học sinh lực tư duy logic, biện chứng, khái quát, độc lập, thơng minh, sáng tạo - Rèn luyện đức tính xác, kiên nhẫn, trung thực lịng say mê khoa học ng hợp khái quát hóa kiế n thứ c: c: Có khả năng t ổ ổ ng Thơng qua việc tr ả lời câu hỏi giải tậ p nội dung học phần h ọc tươ ng ng ứng, người sinh viên sẽ t ự khái quát hóa kiến thức cách tốt dướ i sự cố vấn, chỉ đạo ngườ i thầy Để hình thành cho sinh viên khái quát đắn, tiêu biểu cần đảm bảo điểu kiện sau: - Làm biến thiên mờ nh nhạt dấu hiệu không chất vật hay tượ ng ng khảo sát, đồng thờ i giữ không đổi dấu hiệu chất - Chọn dạng tậ p để đưa đượ c sự biến thiên hợp lí nêu bật đượ c dấu hiệu chất trừu tượng hóa dấu hiệu thứ yếu - Có thể sử dụng cách biến thiên khác có ý ngh ĩa tâm lí họ h ọc, l ại hi ệu nghiệm Qua thể hi ện đượ c s ự mềm dẻo tư duy - Phải cho ngườ i học tự mình phát biểu thành lời nguyên tắc biến thiên nêu đặc tính củ a dấu hiệu khơng chất Điều chứng tỏ r ằng ằng sinh viên nhận thức đượ c dấu hiệu chất Ngoài việc bảo đảm điều kiện đây, giáo viên cần tậ p luyện cho ngườ i học phát triển tư khái quát hình thức quen thuộc như lập dàn ý, xây dựng k ết luận tóm tắt nội dung bài, chươ ng.[26] ng.[26] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn I.1.2 Phõn loi bi câu hỏihúa hc: Dựa vào nội dung hình thức thể có thể phân loại tập hóa học thành loại: - Bài tậ p định tính. - Bài tậ p định lượ ng ng Câu hỏi có thể phân phân loại thành: - Câu hỏi tái kiến thức - Câu hỏi vận dụng kiến thức - Câu hỏi suy lí, chứng minh * Bài tập định tính: Là dạng tập có liên hệ với quan sát để mơ tả, giải thích tượng hóa học Các tập định tính có nhiều tập thực tiễn giúp học sinh giải vấn đề thực tiễn sinh động * Bài tập định lượng (bài tốn hóa học): Là loại tập cần vận dụng kĩ tốn học kết hợp với kĩ hóa học (định luật, nguyên lí, quy tắc, …) để giải * Câu hỏi tái kiến tức dạng câu hỏi người học cần tái Hệ số phân bố phản ứng trao đổi tích chất tham gia phản ứng” giống số cân trường hợp phải kể đến phần tử tích điện Với điện tích ion chuyển từ pha động vào pha tĩnh phải có điện tích chuyển theo hướng ngược lại Hằng số cân biểu thị phương trình (*) (bỏ qua hoạt độ H2O) K= [ R Na][ H 3O ] [ R H ][ Na ] K gọi “ số chọn lọc” phản ứng trao đổi ion * Những yếu tố xác định D? Từ phương trình (*), H+ chất trao đổi cation bị thay ion kim loại đó, K tăng lên điều kiện sau: 1. Điện tích M tăng. n+ 2. Bán kính ion hiđrat hố M giảm. n+ 3. Liên kết ngang nhựa lớn (khi mạch liên kết ngang giảm giá trị K tiến tới 1). 4. Có hiệu ứng hấp phụ, chẳng hạn với ion hữu phân tử lượng lớn. - Yếu tố cho thấy chất làm mềm nước hoạt độ tốt ion làm cứng nước 2+, nhựa (hoặc khoáng tự nhiên trao đổi ion) chứa ion 1+. 124 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Yếu tố 2 có ý nghĩa quan trọng ion có tính chất hố học giống nhau, chẳng hạn cần tách đất actinit Khi K tăng, ion bị giải hấp khỏi cột chậm với dãy ion kim loại tương tự ion bị rửa giải theo trình tự ngược với bán kính ion (ion lớn bị rửa giải trước tiên). + Câu 18: Giả sử có chứa mẫu chứa chất cần phân tích A đưa lên đỉnh cột trao đổi ion liên tục thêm dung môi rửa giải dùng làm pha động vào Cần phải dùng thể tích pha động trước chất A+ bị rửa giải? HDTL: Về ngun tắc IEC (sắc kí trao đổi ion) khơng khác phương pháp sắc kí khác có áp dụng phương trình: trình: VR = Vm (1+ k ’) Trong đó, VR thể tích lưu (hoặc rửa giải); Vm thể tích pha động đựơc chứa cột (thể tích trống) k’ thừa số dung lượng, thừa số là: k’= (m mol A ) S (m mol A ) m Trong IEC, k’ biết dạng D, tỉ số phân bố Tuy nhiên trao đổi ion có cạnh tranh nên k’sẽ phụ thuộc vào cchất hất nồng độ ion tham gia ví dụ H 3O+ trong phương trình: + + R-H + Na + H2O R-Na + H3O Như thời gian lưu phụ thuộc vào nồng độ ion dung môi rửa giải. Câu 19. Hãy cho biết mối liên hệ để dự đoán phân bố chất tan phân bố lỏng - lỏng? HDTL: * Luật phân bố Nernst: Bất kì hợp phần trung tính phân bố dung mơi trộn lẫn với tỉ số nồng độ pha số. 125 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn D= [ A]hc [ A]n D: số phânbố. [A]hc: nồng độ chất A pha hữu [A]n: nồng độ chất A pha nước. * Phần chất A chiết được: = [ A]hc V hc [ A]hc V hc [ A]n V n D.V D.V V : Tỷ số pha (V= Vhc/Vn) Vhc: Thể tích pha hữu cơ. Vn: Thể tích Thể tích pha nước. * Phần chiết được sau n lần chiết: = 1- [ ]n D.V D.V = 10 99% chất tan chiết với n = 2 D.V = 0,1 50% chất tan chiết với n = 7 * Phân bố dòng ngược : Mối liên hệ số phân bố D chất tan trình chiết nồng độ chất tan phễu chiết phân đoạn tách khác thể phương trình sau: n [ ] + (1- ) ] = Phần chiết Tn, r chất tan có mặt phân đoạn r với số lần chiết n xác định theo phương trình: Tn, r = n! D.V n!(n r )! (1 D.V ) n Câu 20 20 Nêu số ưu điểm, nhược điểm kĩ thuật ion hoá theo chế giải hấp sử dụng nguồn Laze với trợ giúp (MALDI)? HDTL: 126 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Khối phổ ion hoá theo chế giải hấp với trợ giúp (Mitrix asisted Laser Desorption/Ionization Mass spectrometry: MALDI - MS) cho phép phân tích hợp chất có phân tử lượng lớn với độ nhạy cao. Kỹ thuật ion hoá theo chế giải hấp sử dụng nguồn Laze với trợ giúp cho phép phân tích với lượng mẫu nhỏ Hơn nữa, ưu điểm kĩ thuật phân tích mẫu khơng đồng Ngồi ra, kỹ thuật sử dụng hữu hiệu ghép nối với thiết bị sắc kí lỏng hiệu cao (HPLC) Sau ưu nhược điểm kĩ thuật MALDI: * Ưu điểm: - Khoảng khối lượng phân tích lên đến 300.000 Da. - Độ nhạy đặc trưng khoảng từ thấp femtomol đến picomol, đạt đến attomol. - Đây kĩ thuật “ion hóa mềm”, thường khơng phân mảnh. - Phù hợp cho phân tích hỗn hợp phức tạp * Nhược điểm: - Độ phân giải thấp Một số thiết bị MALDI có độ phân giải cao phân tích khoảng khối lượng thấp độ nhạy giảm. - Nếu mẫu gây khó khăn phân tích hợp chất có khối kh ối lượng 1000 Da Ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào vật liệu nền. - Có thể bị bị phân huỷ quang học ion hoá - giải hấp Laze. V.5 Bài tập: Dạng 1: Tính nồng độ axit lại pha nước, biết số phân li axit hệ số phân bố. Cách giải: Áp dụng phương trình: K’D = D [ H 3O ]nc K a [ H 3 O ]nc (1) 127 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn và K’D = Từ (1) (2) C HAhc C HAnc (2) C HAnc Bài 1: Tính nồng độ axit axetic lại pha nước ta cho 60,0 ml axit axetic 0,04M chiết 30,0 ml đimetyl ete pH = 3,0 pH = 8,0 Biết hệ số phân bố axit axetic nước đimetyl ete 780 K a = 1,60.10-5 Giải: * Ta có: pH = 3,0 [H3O+] = 1,0.10-3 M Áp dụng phương trình: K’D = D [ H 3 O ] nc K a [ H 3O ] nc = 780 1,0 103 1,0 10 3 1,6 10 5 = 768 Số mmol CH3COOH ban đầu = 0,04 60 = 2,40 mmol. Số mmol CH3COOH bị phân bố dung môi: 60,0 C CH COOH + 30,0 C CH COOH = 2,40 nc Ta lại có: K’D = C CH 3COOH hc C CH 3COOH nc (*) hc = 768 60,0 C CH COOH + 30,0 768 C CH COOHnc = 2,40 Từ (*): nc -4 C CH 3COOH nc = 1,04 10 M * Ta có: pH = 8,0 [H3O+] = 1,0.10-8 M Áp dụng phương trình: K’D = D [ H 3O ]nc K a [ H 3O ]nc = 780 1,0 10 8 1,0 10 8 1,6 10 5 = 0,487 60,0 C CH COOH + 30,0 0,487 C CH COOH = 2,40 C CH 3COOH nc = 3,22 10 M nc -2 nc 128 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bài 2: Hệ số phân bố axit acrylic H2O etyl metyl ete 1200 Hằng số phân li axit K a = 1,125.10-5 Nếu ta đem 100,0 ml CH 2=CH – COOH COOH 0,05M chiết 50,0 ml etyl metyl ete pH = 4,0 nồng độ axit acrylic cịn lại pha nước bao nhiêu? Giải: Ta có: pH = 4,0 [H3O+] = 1,0.10-4 M Theo phương trình: K’D = D Mặt khác: K’D = [ H 3O ] nc K a [ H 3O ] nc C CH 2 CH COOH hc C CH 2 CH COOH nc = 1200 1,0 10 4 1,0 10 4 1,125.10 5 = 1079 = 1079 Số mmol axit acrylic ban đầu = 0,05 100 = 5,0 mmol. Số mmol axit acrylic phân bố dung môi: 5,0 = 100,0 C HA + 50,0 768 C HA hc nc C HAhc C HAnc : tổng nồng độ axít acrylic pha hữu pha nước C HAhc = 1079 C HAnc 5,0 = 100,0 C HA + 50,0 1079 C HA nc nc -5 C HAnc = 9,25 10 M Bài 5: Hệ số phân bố D axit yếu HA nước đietyl ete 800 Hằng số phân li axit K a = 1,50.10-5 Tính nồng độ axit HA lại pha nước ta đem 50ml axit HA 0,050M chiết 25,0ml đietyl ete pH = 2,0 pH = 8,0. Giải: Ta biết pH = 2,0 + -2 [H3O ] = 1,0.10 M Áp dụng phương trình: K’D = D [ H 3O ]nc K a [ H 3 O ]nc = 800 1,0 102 1,0 102 1,5.105 = 799 129 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số mmol HA ban đầu = 0,050 50 = 2,50 mmol Số mmol HA phân bố dung môi: 50,0 C HA + 25,0 C HA = 2,50 nc C HAhc C HAnc : hc tổng nồng độ axit HA pha hữu pha nước. Mặt khác ta có: K’D = C HAhc C HAnc = 799 C HAhc = 799 C HAnc 2,50 = 50,0 C HA + 25,0 799 C HA C HAnc = 1,25 10-4M nc * Ta có: pH = 8,0 nc [H3O+] = 1,0.10-8 M Áp dụng phương trình: K’D = D [ H 3O ]nc K a [ H 3 O ]nc = 800 1,0 108 1,0 108 1,5 105 = 0,533 50,0 C HA + 25,0 0,533 C HA = 2,50 nc nc -2 C HAnc = 3,95 10 M Bài 6: Hệ số phân bố I2 giữa CCl4 và H2O 85 Tính nồng độ I2 còn lại pha nước ta đem 50,0 ml dung dịch I 2 1,0.10-3M chiết CCl4 theo cách sau: Chiết lần 50,0 ml CCl Chiết lần 25,0 ml CCl Chiết lần 10,0 ml CCl Giải: 130 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Áp dụng công thức: chiết n lần lần V 2 ml dung mơi hữu sau n n = C0 Cn = C0 D(V 2 / V 1 ) lần chiết chiết chất A lại lại pha nước: n V 1 D V 1 Ta tính I2 cịn lại pha nước: 50,0 -5 C I (1) = 1,0.10 = 1,16.10 M 50,0.85.50,0 -3 C I (2) = 1,0.10 -3 50,0 -7 = 5,28.10 M 50,0.85.50,0 50,0 -10 -3 C I (3) = 1,0.10 = 5,29.10 M 50,0.85.50,0 Phần cịn lại: C Anc C Ahc Hình 4.6: Hiệu số lần lần chiết D = 2; V nc nc = 100 ml; hc = 10 100 V hc n ; Tổng V dmhc = 100 ml Dạng 3: Xác định hệ số phân bố, phần trăm chiết? Cách giải: Áp dụng cơng thức: 131 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Hệ số phân bố điều kiện: D MX n D= [ H ]nc D HX n n 1 . D n [ HX ]n Y a hc - % chiết: từ D = E V hc 100 E V nc E = 100 D V hc D V nc Bài 7: Người ta chiết thori axetyl axetonat etyl benzen điều kiện K a=1,17.10-9; D MX = 317; D HX = 5,75; n 15 1 = 8.10 ; 2 = 4,2.10 ; 3 = 8,3.1021; Tính % chiết thori pH = nồng độ cân cuối axetyl axeton pha hữu 10-2M; V hc = V nc Giải: Áp dụng công thức: i n 1 K a [ HX ]hc Ta có: D HX [ H ]nc i K [ HX ] hc = K i a D H [ ] i 0 HX = 1,17.10 9.10 2 5,75.10 5 = 2.10-7 = + 8.107.2.10-7 + 4,2.1015.4.10-14 + 8,3.1021.8.10-21 = 251,4 n n 10 5.5,75 = = 4,654 9 2 15 n n , 17 10 10 251 , , 10 . . K a [ HX ] hc [ H ] D H E D= E= V hc 100 E V nc 100 D V hc D V nc = 317 = 4,654 = 56,07 10 100 56,07 = 96,56 (%) 56,07 Bài 8: Người ta chiết thori axetyl axetonat benzen điều kiện K a=1,17.10-9; D MX = 315; 15 D HX = 5,95; 1 = 7.10 ; 2 = 3,8.10 ; 3 = Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên132 http://www.lrc-tnu.edu.vn n 7,2.1021; Tính % chiết thori pH = nồng độ cân cuối axetyl V hc axeton pha hữu 10-3M; V nc = Giải: Áp dụng cơng thức: K a [ HX ]hc Ta có: Ta có: i K [ HX ] hc = K i a D H [ ] i 0 HX i n 1 D HX [ H ]nc = 1,17.10 9.10 3 5,95.10 6 -7 = 2.10 = + 7.107.2.10-7 + 3,8.1015.4.10-14 + 7,2.1021.8.10-21 = 225 n [ H ]n D H 10 6.5,95 = = 5,948 9 3 15 n n , 17 10 10 225 , 10 . . K a [ HX ] hc D= E= 100 D V hc E V hc 100 E V nc = = 315 5,948 = 45,34 10 100 45,34 = 95,78 % V nc D 45,34 Bài 9: Người ta chiết Cu2+ 10-4M đithizon (HX) hồ tan CCl4 có mặt EDTA 10 -2 M Tính hệ số phân bố điều kiện D giá trị pH = pH= Hằng số bền phức Cu2+ với EDTA 1018,8 Giải: * Ở pH = ta tìm - lg Y = 8,48 Hằng số bền điều kiện phức Cu2+ với EDTA pH = ' = 1010,3 CuY Từ tìm được: Y = + 10 10,3 -8 0,01 = 2.10 D MX n Hệ số phân bố điều kiện: D = 1 n n [ H ]nc D HX n Y . K an [ HX ]hc Biết nồng độ [HX] = 10-4M ; K a = 3.10-5 DHX = 1,1 104 ; D MX n = 7.10 133 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn = 5.1022 ; n=2 Thay giá trị vào biểu thức trên: D= 7.10 4 538 = 130 * Ở pH = ta tìm - lg Y = 13,44 Y = 2,3.10 D= 7.10 1 62 = 1,1.103 Bài 10: Xác định phân bố chất A sau lần chiết Biết Vhc = 4ml, Vnc= 5ml D = 2,5. Giải: Ta có: [A p]n = C A0 V p D hc 1 Vn [A1]n = [A2]n = [A3]n = C A0 2,5 1 C A0 2,5 1 = 0,111 C A0 pha nước chiếm 11,1% = 0,037 C A0 pha nước chiếm 3,7% C A0 2,5 1 pha nước chiếm 33,3%. = 0,333 C A0 Dạng 3: Xác định số bậc tách lý thuyết (gọi đĩa lý thuyết). Cách giải: Để xác định số bậc tách lý thuyết tỷ lệ m s/mR cho trước cần phải biết đường cân mô tả thành phần tỷ lệ khối lượng YES trong pha “cho” tỷ lệ khối lượng Y ER nằm cân với pha “nhận” Mối quan hệ áp dụng theo định luật phân bố Nernst: YES = k.YER k: hệ số phân bố 134 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bài 9: Tr oong ng thiết bị chiết ngược dòng, để loại phenol khỏi nước thải chứa phenol, người ta cần chiết phenol benzen. Trong dung dịch chảy vào thiết bị (hỗn hợp nguyên liệu) tỷ lệ khối lượng phenol/nước Y ER vào = 8.10 -3 Tỷ lệ khối lượng phenol/ nước dịch bã lối thiết bị cho phép chứa tối đa = 8.10 Y ES -4 Trong dịch chiết (benzen) lối thiết bị cần đạt tỷ lệ khối k hối lượng phenol/benzen. Y ES = -2 2,85.10 Cần tính lượng benzen đòi hỏi số bậc tách lý thuyết dòng khối lượng nước thải 10.000 kg/giờ. Cho biết tỷ lệ khối lượng cân sau: -3 0,427.10 -3 4,97.10 YER (phenol/nước) 0,427.10 YES (phenol/benzen) 1,109.10 Giải: Ta có: -3 -3 -3 5,75.10 -3 53,1.10 vào mR = mZ ( - Y ) = 10.000(1 – 0,008) = 9920kg/giờ ER mZ: dòng khối lượng nguyên liệu. mR : dòng khối lượng dung mơi 1. Cân chất tồn thiết bị là: vào mR ( Y ER - Y ES ) = mS( Y ES Y ER vào ) Ta có : mS = [( Y ER vào - Y ES )/( Y ES - Y ER vào )].mR mS = [(0,008 – 0,0008)/(0,0285 0,0008)/(0,0285 - 0)].9920 = 2506 kg/giờ (benzen). Số bậc tách lý thuyết xác định đồ thị Do vậy, ta vẽ đường làm việc giản đồ cân phân bố cho, đường xác định qua điểm A ( Y ES vào = 0,008; Y ES = 0,0285) điểm B ( Y = 0,0008; ER Y ER vào = 0) Giữa đường làm việc đường cân vẽ bậc thang tính số bậc tách lý thuyết theo nhiệm vụ tách đề n = th 135 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4.7 Sơ đồ xác định số bậc tách lí thuyết Lượng dung môi cần thiết tối thiểu nhiệm vụ tách đặt ra, xác định từ giá trị nghịch đảo độ dốc đường thẳng AB, đường thẳng cắt đường cân giá trị trục hoành Y ES vào ứng với tỷ lệ khối lượng chất tan/chất lỏng “mang” hỗn hợp nguyên liệu Giá độ nghịch đảo độ dốc xem tỷ lệ dung môi tối thiểu: vào (mS/mR )min = (YER vào – Y YES - YER ra )/(YES, maxra – ) YES, max là tỷ lệ khối lượng lớn đạt chất tan/dung môi dịch chiết tỷ lệ dung môi tối thiểu với Y ER vào YESvào cho trước YER đòi hỏi. Câu 10: Trong hỗn hợp clo hóa lưu huỳnh có phần khối lượng vào mono sunfo clorua WER = 0,15 Từ hỗn hợp nguyên liệu sunfo clorua chiết metanol thiết bị ngược dòng Các tỷ lệ cân gần tuân theo định luật phân bố Nernst: Y ES = 1,3YER Tỷ lệ khối lượng tối đa mono sunfo clorua/chất lỏng “mang” dịch bã lối của thiết bị chiết YER ra = 0,0400 136 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Cần tính tỷ lệ khối lượng tối đa mono sunfoclorua/chất lỏng “mang” dịch chiết tỷ lệ dung môi tối thiểu Đồng thời xác định số bậc tách lý thuyết đòi hỏi tỷ lệ dung môi 1,4 tỷ lệ dung môi tối thiểu Tỷ lệ khối lượng YESra chất tan so với dung môi dịch chiết lối thiết bị bao nhiêu? HDTL: Trước hết ta tính phần khối lượng hỗn hợp nguyên liệu: vào WER = 0,15 = (0,15/(0,15 + 0,85)) 0,85)) thành tỷ lệ khối lượng: YER v = 0,15/0,85 = 0,1765 Tỷ lệ khối lượng lớn Y ES, maxra trong dịch chiết đọc từ giá trị trục tung đường cân giá trị trục hồnh YER vào Hình 4.8 Sơ đồ xác định số bậc tách lí thuyết Tuy nhiên trường hợp gần như tuân theo định luật phân bố Nernst ta tích YES,maxra: ES, max Y = YESra vào 1,30 YER = 1,30 0,1765 = 0,2295 = giá trị cho vào = 0,0400 YES Theo phương trình: 137 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... tạo ngườ i học 1 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn II – N Nội dung đề tài: Hệ thống câu hỏi tập tự luận mơn phân tích lí hoá chương: - Chương I:... hồn thành luận văn thạc s ĩ khoa học ng hệ? ?th ống câu hỏi tậ p m ột s ố ch ch ươ ng ng hóa học “ X ây ây dự ng ? ?phân tích lí hóa? ?? hóa? ?? Vớ i sự giúp đỡ tận tình thầy giáo khoa Hóa tr ườ ... dung môn học chương này. Từ nâng cao chất lượ ng ng giảng dạy học ph ần ? ?Phân tích lí hóa? ?? trườ ng ng ĐHSP, C ĐSP ĐHKHTN, … có sử dụng học phần ? ?phân tích hóa lí l í Số hóa Trung tâm Học liệu