Bài giảng hoá học phân tích đại học thủy lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ BÀI GIẢNG HĨA HỌC PHÂN TÍCH GV: TRẦN KHÁNH HỊA HÀ NỘI 2021 22/02/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ Bài giảng HĨA PHÂN TÍCH Hà nội – 2/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Hóa Mơi trường – Bộ mơn Hóa sở BÀI GIẢNG HĨA PHÂN TÍCH Giảng viên: Trần Khánh Hòa Email: hoatk@wru.vn ĐT: 0982114607 22/02/2021 Chương CÂN BẰNG HÓA HỌC VÀ HOẠT ĐỘ Xét cân hóa học dung dịch: aA + bB ⇌ cC + dD K= [C] [D] A [B] [A], [B], [C], [D] nồng độ cân chất A, B, C, D K số cân bằng, phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất 22/02/2021 A, B, C, D ion → chúng có tương tác tĩnh điện → biểu thức trên, thay nồng độ hoạt độ Hoạt độ a chất xác định hệ thức: a = f C  C nồng độ ion  f hệ số hoạt độ, phụ thuộc vào lực ion µ dung dịch  Lực ion µ biểu thị tương tác tĩnh điện ion dung dịch  Nếu Z1, Z2, điện tích C1, C2, nồng độ ion dung dịch lực ion µ xác định hệ thức: μ= Z C Dung dịch lỗng, µ → 0, tương tác tĩnh điện ion khơng đáng kể f = 1, a = C 22/02/2021  µ < 0,02 → f tính hệ thức: lgf = − Z μ  0,02 < µ< 0,2 → f tính hệ thức: lgf = −0,5 Z μ 1+ μ  µ > 0,2 → hệ số hoạt độ f tính cơng thức: lgf = −0,52 Z μ + hμ 1+ μ h hệ số phụ thuộc ion Ví dụ 1: Tính hoạt độ ion dung dịch hỗn hợp KCl 10-3M MgSO4 10-3M Hướng dẫn giải: µ = 0,5(1.10–3 + 1.10–3 + 22.10–3 + 22.10–3) = 5.10–3 → μ = 0,07 lgf(K+) = lgf(Cl–) = 0,5.1.0,07 = – 0,035 → f(K+) = f(Cl–) = 0,92 lgf(Mg2+) = lgf(SO42–) = 0,5.22.0,07 = – 0,14 → f(Mg2+) = f(SO42–) = 0,72 22/02/2021 Tính hoạt độ ion: a(K+) = a(Cl–) = 0,92.10–3 = 9,2.10–4M a(Mg2+) = a(SO42–) = 0,72.10–3 = 7,2.10–4M Nếu A, B, C, D hệ thức ion biểu thức số cân có dạng: K = a a a a Ka: số cân hoạt độ hay số cân nhiệt động, phụ thuộc vào nhiệt độ (không phụ thuộc vào hoạt độ) Thay a = f.C vào biểu thức K = [C] [D] f f f f × =K A [B] f f f f Dung dịch loãng, f = 1, coi Ka = Kc 10 22/02/2021 Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 11 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Nguyên tắc chung Cân khối lượng sản phẩm tạo thành sau phản ứng kết tủa phương pháp hóa học, điện phân,… Xác định Mg Hịa tan Mg2+ Kết tủa hoàn toàn chọn lọc MgNH4PO4 Lọc, rửa, sấy, nung Mg2P2O7 12 22/02/2021 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Các phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp đẩy o Tách thành phần cần xác định dạng đơn chất o Sấy khô thành thành thu o Cân khối lượng sản phẩm 13 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Các phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp đẩy • Ví dụ: Xác định vàng hợp kim: o Hòa tan hợp kim dung dịch nước cường toan → dung dịch o Khử thành Au kim loại o Lọc, sấy khô đến khối lượng không đổi o Làm nguội cân 14 22/02/2021 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Các phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp kết tủa o Dùng phản ứng kết tủa để tách chất phân tích khỏi dung dịch phân tích o Lọc, rửa, sấy khơ kết tủa o Đem nung đến khối lượng không đổi o Cân khối lượng sản phẩm 15 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Các phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp kết tủa • Ví dụ: Phân tích hàm lượng sắt dung dịch o Kết tủa Fe dạng Fe(OH)3 o Lọc rửa kết tủa, sấy khô o Nung đến khối lượng không đổi thu Fe2O3 o Từ khối lượng Fe2O3, tính hàm lượng Fe 16 22/02/2021 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Các phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp điện phân o Điện phân để tách kim loại cần tách catot o Sau kết thúc điện phân, đem sấy điện cực o Cân khối khối lượng catot o Tính khối lượng kim loại thoát điện cực 17 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Các phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp chưng cất o Chất phân tích đem chưng cất trực tiếp hay gián tiếp o Cân khối lượng sản phẩm chưng cất 18 22/02/2021 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Ln giải phóng H+ nên làm cho mơi trường thành axit mạnh Do ta phải trì phản ứng mơi trường dung dịch đệm Complexon có khả tạo complexonat với ion kim loại kiềm thổ: Mg, Ca, Ba, Phần lớn complexonat kim loại thường bền độ bền complexonat tăng theo điện tích ion kim loại: Me+< Me2+ < Me3+ < Me4+ 197 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Sự tạo thành complexonat Me4+ tồn pH = Me3+ pH = 1÷2 Me2+ tồn môi trường kiềm Các complexonat thường bền môi trường có pH cao xác định với pH cao complexonat bị phân hủy tạo thành hydroxyt tan: Mn+ + nOH– → M(OH)n Bởi phải tiến hành phản ứng môi trường đệm 198 99 22/02/2021 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon a Chất thị phương pháp complexon Dùng thị màu kim loại chất hữu có màu kết hợp với ion kim loại tạo thành muối nội phức bền, tan nước, có màu khác với màu chất thị kim loại dạng tự axít hữu yếu bazơ yếu, phân tử chúng chứa nhóm mang màu trợ màu nên chất thị pH 199 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC 3.2 Chuẩn độ phương pháp Complexon a Chất thị phương pháp complexon Phải đủ nhạy chọn lọc Phức chất tạo chất thị ion kim loại phải bền bền complexonat kim loại Phản ứng tạo phức chất thị ion kim loại (cần xác định) phải nhanh thuận nghịch Sự đổi màu chất thị phải rõ để nhận mắt 200 100 22/02/2021 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Ví dụ : Chuẩn độ dung dịch Me2+ Na2H2Y dùng thị kim loại Ind– (màu A) Trước chuẩn độ: Ta cho lượng nhỏ chất thị Me2+ + Ind– ⇌ [MeInd]+ Dung dịch có màu B ([MeInd]+ : phức chất tạo thành kim loại thị) Phần lớn Me2+ trạng thái lượng chất thị cho vào nhỏ 201 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Khi chuẩn độ : Me2+ (tự do) kết hợp với thuốc thử Na2H2Y: [Me2+] + H2Y2– ⇌ MeY2– + 2H+ Kết thúc chuẩn độ: Nhỏ giọt cuối Na2H2Y phân hủy [MeInd]+ giải phóng Ind– theo phản ứng: [MeInd]+ + H2Y2– ⇌ MeY2– + 2H+ + Ind– Màu dung dịch chuyển từ màu phức [MeInd]+ sang màu thị Ind– 202 101 22/02/2021 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon b Một số chất thị Eriocrom T đen (ET-00), Ký hiệu: H3Ind Màu thị tự phụ thuộc vào pH dung dịch H3Ind ⇌ H2Ind– ⇌ HInd2– ⇌ Ind3– + pH < 7, tồn dạng H2Ind–, màu đỏ + pH = – 10, tồn dạng HInd2–, màu xanh + pH > 11: tồn dạng Ind3– có màu đỏ da cam 203 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon b Một số chất thị ET.OO tạo phức màu đỏ rượu với ion kim loại Mg2+, Ca2+ (gọi tắt Me2+) thường dùng để chuẩn độ trực tiếp ion kim loại mơi trường có pH = 10 dùng dung dịch đệm Ban đầu: Trong dung dịch có màu đỏ rượu phản ứng Me2+ với chất thị: Me2+ + HInd2– ⇌ MeInd– (đỏ rượu) + H+ 204 102 22/02/2021 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Trong trình chuẩn độ: Me2+ tự phản ứng với dung dịch EDTA Lúc này, màu dung dịch không bị thay đổi Me2+ + H2Y2– → MeY2– + 2H+ 205 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Sau điểm tương đương: Xảy cạnh tranh tạo phức [MeInd–] + H2Y2– → MeY2– + H+ + HInd2– Dung dịch chuyển từ màu đỏ rượu sang màu xanh lam (màu phức tạo thành kim loại chất thị sang màu thị kim loại dạng tự do) 206 103 22/02/2021 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Murexit Muối amoni axit pupuric C8H5O6N5 (NH4HInd) Anion H4Ind– murexit tồn axit mạnh: NH4HInd ⇌ H4Ind– ⇌ H3Ind2– ⇌ H2Ind3– o pH < 9: tồn dạng H4Ind–, màu đỏ tím o pH: – 11: tồn dạng H3Ind2–, màu tím o pH > 11: tồn dạng H2Ind3–, màu xanh tím 207 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon b Một số chất thị Định lượng Ca2+ môi trường pH ≥ 12 Phản ứng thị murexit Ca2+ biểu diễn sau: Khi thêm murexit, Ca2+ tạo với murexit phức chất CaHInd2– có màu đỏ tía: Ca2+ + H2Ind3– → CaHInd2– + H+ 208 104 22/02/2021 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Trong trình chuẩn độ, dung dịch EDTA thêm vào từ buret phản ứng với Ca2+ tự dung dịch: Ca2+ + H2Y2– → CaY2– + 2H+ 209 I CHUẨN ĐỘ TẠO PHỨC Phương pháp complexon Ở cuối trình chuẩn độ: Khi dung dịch EDTA phản ứng hết với Ca2+ (phức CaY2– bền phức CaHInd2–) thì: H2Y2– + CaHInd2– → CaY2– + H+ + H2Ind3– Dung dịch chuyển từ màu đỏ tía sang màu xanh tím 210 105 22/02/2021 Chương CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA 211 I CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN Tích số tan Chất điện ly tan Mối quan hệ tích số tan độ tan Các yếu tố ảnh hưởng 212 106 22/02/2021 I CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN Kết tủa phân đoạn a Bản chất kết tủa phân đoạn Hiện tượng tạo thành kết tủa dung dịch gọi kết tủa phân đoạn o Thơng thường chất có T nhỏ kết tủa trước o Chất có T lớn kết tủa sau 213 I CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN Kết tủa phân đoạn Giả sử có ion X- Y- dung dịch có nồng độ CX CY kết tủa với ion A+ AX AY Khi cho dần thuốc thử A+, trường hợp xảy ra: o AX hay AY kết tủa trước o Khi hai chất kết tủa o Khi hai chất kết tủa, điều kiện hợp chất kết tủa trước hoàn tồn 214 107 22/02/2021 I CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN Kết tủa phân đoạn Xác định chất kết tủa trước o Nếu [A+][X-] > TAX AX kết tủa trước o Nếu [A+][Y-] > TAY AY kết tủa trước 215 I CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN Kết tủa phân đoạn Khi AX kết tủa trước nồng độ thuốc thử cần thiết A X >T → A > T X → A < T Y Khi AY chưa kết tủa nên: A Y T X = T Y ℎ > T T = X Y 220 110 22/02/2021 I CHẤT ĐIỆN LY ÍT TAN Kết tủa phân đoạn Khi AX AY kết tủa, AX kết tủa hồn tồn, AY kết tủa Nếu AX kết tủa trước coi kết tủa hoàn toàn dung dịch [X-] lại ≤ 10-6M, rút điều kiện: = ≤ 10 Sự tạo thành kết tủa dung dịch khảo sát để tách hoàn toàn ion X- khỏi dung dịch chứa ion Y- coi kết tủa phân đoạn 221 II PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA Đặc điểm phương pháp • Các kết tủa tạo thành phải thực tế khơng tan • Sự tạo thành kết tủa phải nhanh tức khơng có tượng q bão hịa • Phản ứng phải chọn lọc • Phải có khả xác định điểm tương đương dùng để định phân • Phương pháp bạc: Ag+ + X ⇌ AgX↓ (X anion: Cl–, Br–, I–, CNS–) 222 111 22/02/2021 II PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA Đường định phân phương pháp Chuẩn độ 100ml dung dịch NaCl 0,1M dd AgNO3 0,1M biết TAgCl = 10–10, pAg + pCl = pT(AgCl) = 10 Trước điểm tương đương Trong dung dịch có Cl: [Cl–] = 10–1 M → pCl = Thêm 50ml dung dịch AgNO3 [Cl–] = (0,1.50)/150 = 0,033M → pCl = 1,5 → pAg = 8,5 223 II PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA Đường định phân phương pháp Tại điểm tương đương [Ag+] = [Cl–] = 10–5 Vậy rõ ràng pAg = pCl = Sau điểm tương đương Giả sử cho 100,1 ml AgNO3 [Ag+] = 0,1.0,1/100 = 10–4 Do pAg = pCl = 224 112 22/02/2021 II PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA Đường định phân phương pháp 225 II PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA Đường định phân phương pháp Dạng đường định phân giống đường định phân phương chuẩn độ khác Bước nhảy pIon đường định phân phụ thuộc vào nồng độ dung dịch Nồng độ lớn, bước nhảy pIon dài ngược lại Bước nhảy pIon phụ thuộc vào tích số tan kết tủa, tích số tan kết tủa nhỏ bước nhảy dài ngược lại 226 113 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ Bài giảng HĨA PHÂN TÍCH Hà nội – 2/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Hóa Mơi trường – Bộ mơn Hóa sở BÀI GIẢNG HĨA PHÂN TÍCH Giảng. .. Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH THỂ TÍCH 11 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Nguyên tắc chung Cân khối lượng sản phẩm tạo thành sau phản ứng kết tủa phương pháp hóa học, ... 22/02/2021 I PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Các phương pháp phân tích khối lượng Phương pháp kết tủa o Dùng phản ứng kết tủa để tách chất phân tích khỏi dung dịch phân tích o Lọc, rửa, sấy khô