Lý thuyết thực tập vô cơ 2

Lý thuyết thực tập vô cơ 2 KHTN ĐIỀU CHẾ ZnSO4.7H2O TỪ XỈ KẼM Điều chế POTASSIUM PERMANGANATE từ PYROLUSITE ORE ĐIỀU CHẾ K2Cr2O7 TỪ CHROMIUM (III) OXIDE ĐIỀU CHẾ PHỨC POTASSIUM TRIS(OXALATO) FERRATE (III) Xỉ kẽm ngoài thành phần chính là ZnO ngoài ra còn lẫn ZnCl2, NH4Cl, ZnS, Zn, FexOy, CaCO3 ,… Vì vậy giai đoạn đầu tiên là cho hỗn hợp vào nước và đun nóng => Loại bỏ lượng lớn Cl Tiếp theo là hòa tách kẽm trong xỉ = H2SO4 1 ÷ 2 M => Đây là phản ứng dị thể, tốc độ pư phụ thuộc vào : +) Diện tích tiếp xúc giữa xỉ và dd axit => Nghiền xỉ dạng bột +) Nhiệt độ => Đun nóng +) Nồng độ axit => Vừa phải (quá loãng thì pư xảy ra chậm, quá đặc thì tạo ra SO2 khí độc)

BÀI : ĐIỀU CHẾ ZnSO4.7H2O TỪ XỈ KẼM (PREPARATION OF ZINC SULFATE) Zinc sulfate cryllises from aqueous solution as a heptahydrate, zinc sulfate – – water, ZnSO4.7H2O) CÁC GIAI ĐOẠN : Loại bỏ sơ tạp chất tan Hòa tách kẽm xỉ = H2SO4 Loại sắt khỏi dung dịch Kết tinh ZnSO4.7H2O Xỉ kẽm thành phần ZnO ngồi cịn lẫn ZnCl 2, NH4Cl, ZnS, Zn, FexOy, CaCO3 ,… Vì giai đoạn cho hỗn hợp vào nước đun nóng => Loại bỏ lượng lớn ClTiếp theo hòa tách kẽm xỉ = H2SO4 ÷ M => Đây phản ứng dị thể, tốc độ pư phụ thuộc vào : +) Diện tích tiếp xúc xỉ dd axit => Nghiền xỉ dạng bột +) Nhiệt độ => Đun nóng +) Nồng độ axit => Vừa phải (q lỗng pư xảy chậm, q đặc tạo SO khí độc) Chú ý q trình đun nóng khơng để dung dịch q cạn làm ZnSO 4.H2O kết tinh Giai đoạn tốn nhiều thời gian “Loại bỏ sắt “ +) Nhỏ từ từ giọt H2O2 vào becher chứa nước lọc kiểm tra pH +) Đun nóng dung dịch thêm từ từ giọt Na 2CO3 bão hòa pH dung dịch = để kết tủa hoàn tồn Fe(III) => Dùng oxi già để oxi hóa Fe(II) thành Fe(II) 2Fe2+ + H2O2 + 4OH-  2Fe(OH)3 ↓ Khơng dùng dung dịch NaOH để chỉnh pH làm tăng pH đột ngột Trang CO32- + H O2= HCO - + OH HCO3- + H O = CO + OH Đun nóng để đuổi CO2 bay ra, làm cân dịch chuyển phía tạo OH- , trung hịa nấc hồn tồn Nếu khơng đun nóng phải dùng lượng lớn Na 2CO3 Khi thêm Na2CO3 thấy sủi bọt khí mạnh => chứng tỏ dd axit, lúc không cần thử pH mà thêm tiếp đến lúc bọt khí yếu để tránh lãng phí thời gian Trong trình chỉnh pH thấy xuất kết tủa trắng, làm dung dịch ngả màu nâu “cà phê sữa” (bình thường có màu đỏ) có hai nguyên nhân : 1) Là tượng cục bộ, OH-, Zn(OH) kết tủa => Khuấy dung dịch, cho vài giọt axit để làm tan Zn(OH) 2) Là dung dịch cạn làm ZnSO4.H2O kết tinh => Thêm nước, khuấy cho tan Sau tiếp tục đun nóng => Lọc nóng dung dịch (Nhằm để giảm độ nhớt dung dịch, tăng kích thước hạt, già hóa Fe(OH)3 , lọc khơng bít giấy lọc => Dễ lọc hơn) Cần ý : Sau lọc sắt(III)hidroxit xong mà dung dịch cịn màu vàng nên biết dd Fe(III) => Chỉnh lại pH Giai đoạn kết tinh : Khơng nên đun q sơi cạn Vì nhiệt độ cao ZnSO kết tinh dạng ZnSO4.H2O khó tan Ứng dụng ZnSO4.7H2O : Trong sản xuất thức ăn gia súc, phân bón (complex fertiliser) vi lượng, sản xuất mực in, thuốc nhuộm, thuốc thử trùng PREPARATION OF POTASSIUM PERMANGANATE FROM PYROLUSITE ORE Preparation of K2MnO4 K2MnO4 is prepared from pyrolusite ore Pyrolusite is fused with KOH in presence of air Green coloured potassium manganate is formed Phương trình phản ứng : 4KOH + O2 + 2MnO2  2K2MnO4 + 2H2O  Đây phản ứng pha rắn, diện tích tiếp xúc tác chất với đóng vai trị vơ quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ hiệu suất phản ứng +) Dùng MnO2 dạng bột mịn, MnO2 xốp, vừa phản ứng vừa hút KOH nóng chảy làm hỗn hợp đặc sệt lại => Khi cho MnO2 vào phải đảo trộn nhanh tránh tình trạng hỗn hợp khơ lại cịn MnO2 chưa tiếp xúc với KOH => Nghiền mịn hỗn hợp, tái tạo bề mặt tiếp xúc MnO với KOH sản phẩm sinh ngăn cản tác chất tiếp xúc với ; cải tạo bề mặt cho oxi khơng khí tiếp xúc với chất rắn => Giai đoạn khó khăn * Một yếu tố quan trọng khác không nhắc đến “nhiệt độ” Nhiệt độ tăng, V pư tăng Vì cần đun nóng cho KOH nóng chảy hồn tồn Phải đậy nắp ủ nhiệt Preparation KMnO4  Chuyển hỗn hợp vào erlen chứa nước Pư dị phân xảy : 3K2MnO4 + H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH When CO2 is bubbled through a extract of potassium manganate, the potassium manganate is oxidised to potassium per manganate Vai trò CO2 : Tạo môi trường axit, tác dụng với KOH, làm cân chuyển dịch theo chiều thuận sinh KMnO4 hoàn tồn Ở dùng CO2 dễ điều chế, KHCO3 có độ tan lớn khó lẫn vào sản phẩm Có thể thay thể CO2 Cl2, H2SO4 lỗng 2K2MnO4 + Cl2  2KCl + 2KMnO4 Không thể thay CO2 SO2, HNO2, NH3 chúng có tính khử mạnh tác dụng với KMnO làm phá hủy sản phẩm Mình đọc vài tài liệu khác thấy có sách ghi thay O 2KMnO4 + O3 + H2O  2KMnO4 + 2KOH + O2  Cách nhận biết dấu hiệu kết thúc pư dị phân K 2MnO4 : Trước sục khí CO2 vào cần phải quan sát kĩ màu dung dịch Pư coi kết thúc lớp dung dịch chảy thành bình có màu tím đỏ hồn tồn, CO sinh khơng cịn hấp thụ Cần sục khí CO2 cho thật dư để đảm bảo K2MnO4 bị chuyển hết thành KMnO4  Chuyển dung dịch vào becher để yên cho cặn MnO lắng xuống Lọc phần dung dịch phễu thủy tinh xốp áp suất thấp Phễu lọc xốp (thành phần SiO2) trơ với KMnO4 ; nhiên khơng lọc với kiềm đặc axit HF SiO2 tác dụng với chất Khơng dùng vật cứng để cọ rửa bề mặt xốp ; lọc chất rắn rửa (khơng lọc keo silic) Không dùng giấy lọc để lọc chứa thành phần Xenlulozơ, KMnO4 chất oxi hóa mạnh, làm thủng giấy lọc  Trong q trình đun nóng váng tinh thể xuất không sấy KMnO nhiệt độ cao (nhiệt độ tủ sấy 800C) cho mau khô nhầm tránh làm KMnO bị phân hủy theo phương trình : 2KMnO4  K2MnO4 + MnO2 + O2  Phản ứng chuẩn độ KMnO4 axit oxalic : + 2MnO4- + 5H C2O 2+ 6H  10CO + 2Mn2+ + 8H O Properties : Potassium permanganate is purple black coloured crystalline solid with a melting point of 523K 1) Solubility : It is soluble in water and it aqueous, solution, if concentrated, has purple colour but if the solution is diluted it has pink colour 2) Action of heat : On strong heating it decomposes to give oxygen 3) Oxidizing properites : KMnO4 act as a strong oxidizing agent in acidic, basic and neutral medium - 2MnO + 5SO 2- + 6H+  2Mn2+ + 5SO 2- + 3H O - 2MnO4 + 3SO 32- + H 2O  2MnO ↓2 + 3SO 2-4 + 2OH- 22MnO4- + SO32- + 2OH-  2MnO 24 + SO + H O => Use : As a oxidizing agent in laboratory and industry In the volume estimation of ferrous salts, oxalic acid, … As a disinfectant & germicide PREPARATION OF K2Cr2O7 FROM CHROMIUM (III) OXIDE Preparation of K2Cr2O4 Preparation of K2Cr2O7 Reduction of ferrate K2FeO4 Preparation of K2CrO4 By oxidizing chromonium(III)oxdie or chromite mineral (main component FeCr2O4) in molten KOH solution  Phương trình phản ứng : 8KOH nc + 3O2 + 2Cr2O3  4K2CrO4 + 4H2O  Nếu để ý điều, KMnO ; ta sử dụng khoảng 18 gam KOH (khoảng 0,3 mol) ; gam MnO2 (khoảng 0,1 mol) chiếu theo pt : 4KOH + O + 2MnO2  2K2MnO4 + 2H2O Thì KOH dư so với MnO2  Trong này, lượng KOH sử dụng gam (khoảng 0,1 mol) gam Cr 2O3 (khoảng 0,05 mol) lại phải dùng thêm KClO3  Cr2O3 có cấu trúc đặt khít, bền trơ (nó hợp chất bền crom) không MnO2 tương đối xốp Vì cho Cr2O3 vào KOH, KOH q dư hỗn hợp khơng đóng rắn lại sệt khối bùn, cho MnO vào KOH hỗn hợp đóng rắn lại ngày  Tác dụng KClO3 cung cấp thêm khí O2 để oxi sinh bên hỗn hợp rắn, đảm bảo tốt diện tích bề mặt tiếp xúc hai pha rắn khí để tăng tốc độ hiệu suất phản ứng 2KClO3  2KCl + 3O2 Lúc cần đảo trộn nghiền mịn để hỗn hợp rắn tiếp xúc tốt với oxi khơng khí Có thể thay KClO3 KNO3, Na2O2 Khơng thể thay KClO3 H2O2 dù H2O2 H2O2 phân hủy nhanh, O2 sinh chưa kịp tiếp xúc tốt với bên hỗn hợp rắn  Trong công nghiệp dùng phương pháp kiềm khô, thay KOH Na 2CO3 nóng chảy, nhiệt độ lúc lên đến 9000C Vì KOH nóng chảy bị cacbonat hóa nung nên có tượng kiềm leo => Có thể làm hư lò nung FeCr2O4 + Na2CO3 + 7O2  Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO2 2Na2CrO4 + H2SO4  2NaHSO4 + Na2Cr2O7 + H2O Na2Cr2O7 + KCl  K2Cr2O7 (ít tan to thường) + NaCl  Chỉnh pH dung dịch – dung dịch HCl lọc => Vì sau phản ứng, KOH cịn dư nhiều, làm dung dịch có tính nhớt cao làm giấy lọc trương lên, làm trình lọc xảy chậm Reduction of ferrate K2FeO4  Nếu dung dịch qua lọc có màu xanh, khử ferrat dung dịch H 2O2 2K2FeO4 + 3H2O2 + 2H2O  4KOH + 2Fe(OH)3↓ + 3O2  Phải phân hủy hết ferrat môi trường kiềm để Fe 3+ sinh bị kết tủa hoàn toàn, dung dịch có mơi trường axit H 2O2 khử sản phẩm Cr+6 Khi khử ferrat, không dùng dư H 2O2 lý Preparation of K2Cr2O7 Principle : K2Cr2O7 was prepared by adjusting the pH of K2CrO4 solution to -  Phần dung dịch qua lọc, điều chỉnh pH dung dịch – axit HCl Vai trò HCl, cung cấp H+ giúp cân dịch chuyển theo chiều tạo Cr 2O72- hoàn toàn 2CrO42- + 2H+ = Cr O 2-2 +7 H O Không dùng dư HCl, đun nóng, nước bay đi, thể tích dung dịch cịn lại giảm nên nồng độ [Cl-] tăng Bình thường điều kiện chuẩn E0Cr2O7 2-/Cr3+ = 1,33V ; E0Cl-/Cl2 = 1,36V => Cr2O72- không đủ khả oxi hóa ClNhưng nồng độ [Cl-] tăng oxi hóa khử Cl 2/Cl- lúc giảm Cr2O72- oxi hóa Cl- làm tiêu hao sản phẩm sinh Cl khí độc  Có thể thay HCl H2SO4 lỗng, HNO3 , H3PO4  Sản phẩm thu lẫn KCl, kết tinh nên để nguội, chờ khoảng 30 phút, lúc KCl chưa kịp kết tinh ; ngồi khơng nên dùng dư nhiều KClO 3, HCl  The balanced equations of the titration reaction of Cr 2O72- and Fe2+ in acidic enviroment 6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+  6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O PREPARATION OF COMPLEX POTASSIUM TRIS(OXALATO) FERRATE (III) Oxidation of FeC2O4Dissovle Fe(OH)3 Crystallize complex Preparation of FeSO4 Preparation FeC2O4 Preparation of FeSO4 Fe + H2SO4  FeSO4 + H2 Phải cho dư axit ngun nhân hạn chế oxi hóa Fe 2+ lên thành Fe3+ Bài kiểm tra gần nhóm (Cơ Thủy) thấy, mơi trường baz Fe +2 dễ bị oxi hóa thành Fe+3 Nếu để ý bạn thấy, vùng có nước ngầm bị nhiễm phèn sắt, lấy từ giếng khoan lên nước có màu xanh nhạt (chứa Fe 2+) ; sau thời gian ngắn nước có màu đỏ (do Fe(II) bị oxi khơng khí oxi hóa thành Fe(III) dạng tủa hidroxit) Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ q trình hịa tan cách thực tăng V pư + Nhiệt độ tăng => Tốc độ pư tăng => Đun nóng bình cầu, trì nhiệt độ cho bình khơng bị sơi trào khí H2 sinh đặn bình D + Nồng độ axit H2SO4 : Khơng q lỗng tốc độ pư chậm ; khơng q đặc sinh Fe3+, SO2 => Sử dụng H2SO4 có nồng độ vừa phải : + Diện tích tiếp xúc sắt axit => Nên dùng bột sắt (nhưng PTN chưa mua bột sắt dùng tạm đinh sắt nhỏ) Preparation of FeC2O4.2H2O FeSO4 + H2C2O4  FeC2O4↓ vàng + H2SO4 (acid yếu đẩy acid mạnh khỏi muối nè, phổ thông cứng nhắc acid mạnh đẩy acid yếu) * Dùng Na2CO3, chỉnh pH dung dịch đến Đun khuấy dd đến sôi, để nguội kết tinh FeC 2O4.2H2O Tác dụng Na2CO3 : Làm giảm [H+] giúp cân pư chuyển dịch chiều thuận tạo kết tủa hoàn toàn Ngoài ra, dung dịch xảy cân : FeC 2O4 + 2C2O 24 = [Fe(C2O4)3]4Đây pư cạnh tranh với phản ứng tạo kết tủa, cần đun sơi để phá hủy phức chất => Đảm bảo kết tủa hoàn toàn FeC2O4 trước kết tinh FeC2O4.2H2O Preparation of K3[Fe(C2O4)3].3H2O  Đun nóng nhẹ hỗn hợp K2C2O4 FeC2O4 20 ml nước đến 400C Dùng ống nhỏ giọt cho từ từ giọt H2O2, giữ nhiệt độ dung dịch khoảng 400C => Xuất kết tủa đỏ nâu Fe(OH)3 2FeC2O4 + H2O2 + 4H2O  2Fe(OH)3 + 2H2C2O4 (ΔH < 0) giải phóng nhiệt Pư cạnh tranh : H2O2  H2O + O2 ↑ H2O2 phân hủy mạnh điều kiện ánh sáng, nhiệt độ cao, có mặt ion kim loại nặng => Cho thật từ từ H2O2 (dropwise) Ngoài ra, nhiệt độ dung dịch nóng Fe(OH) bị phân hùy thành Fe2O3 bị trơ, khó tan trở lại  Đun sơi dd phút, rót nhanh axit H 2C2O4 bão hịa để hịa tan Fe(OH)3 2Fe(OH)3 + 3K2C2O4 + 3H2C2O4  2K3[Fe(C2O4)3] + 6H2O Vai trò H2C2O4 : Vừa chất hòa tan Fe(OH)3, vừa cung cấp ligand C2O 42- cho phản ứng tạo phức  Sau dung dịch suốt, để nguội cho ancol vào Vì phức chất nên dễ bị phân hủy nhiệt độ cao, nên sử dụng phương pháp cạnh tranh dung môi thay cho cạn để kết tinh Có thể hiểu đơn giản cho ancol vào dung dịch, xảy q trình cạnh tranh solvat hóa Thay nước, độ phân cực dung môi giảm phá vỡ lớp bao bọc hidrat hóa => Các ion tiến lại gần => Độ tan muối giảm, kết tinh tạo sản phẩm Không sấy sản phẩm tủ sấy phức chất khơng bền, dễ bị phân hủy theo pt sau :  2K2[Fe(C2O4)2 + K2C2O4 + 2CO2 (ánh sáng to cao) 2K3[Fe(C2O4)3] Tính chất quang hóa dùng để in san vẽ Đặt can (bản vẽ giấy tờ giấy bóng mờ) lên tờ giấy trắng mặt tẩm hỗn hợp dung dịch K3[Fe(C2O4)3] K3[Fe(CN)6] chiếu sáng mạnh Ánh sáng qua chỗ khơng có đường nết vẽ can gây khử Fe(III) Fe(II) theo phản ứng Khi nhúng giấy trắng (đã chiếu sáng) vào nước, chỗ chiếu sáng tờ giấy trở nên có màu xanh chàm cịn chỗ ứng với đường nét vẽ có màu trắng  Cân lượng sản phẩm m gam sản phẩm Kx[Fe(C2O4)y].z H2O Hòa tan định mức thành Vđm Hút Vpp dung dịch +) Bước : Chuẩn độ dd KMnO4 (N1) tốn hết V1 +) Bước : Cho lượng dd KI dư vào dd chuẩn độ Na 2S2O3 (N2) tốn hết V2 Lập cơng thức tính số mol Fe, C2O42- có bình định mức (V ml) Phản ứng chuẩn độ : +) Bước : 5C2O 24 + 2MnO - +416H+  10CO2 + 2Mn2+ + 12H2O n oxalat = �đ    10−3 1 +) Bước : 2Fe3+ + 2I-  2Fe2+ + I2 nFe3+ = - ; I2 + 2S2O 2- 3 2I- + S4O 2- �2 �2 10−3 �đ � ��� Bài : Nhường bạn  ... hồn tồn, CO sinh khơng cịn hấp thụ Cần sục khí CO2 cho thật dư để đảm bảo K2MnO4 bị chuyển hết thành KMnO4  Chuyển dung dịch vào becher để yên cho cặn MnO lắng xuống Lọc phần dung dịch phễu thủy... tăng, V pư tăng Vì cần đun nóng cho KOH nóng chảy hồn tồn Phải đậy nắp ủ nhiệt Preparation KMnO4  Chuyển hỗn hợp vào erlen chứa nước Pư dị phân xảy : 3K2MnO4 + H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH When CO2... oxidised to potassium per manganate Vai trò CO2 : Tạo môi trường axit, tác dụng với KOH, làm cân chuyển dịch theo chiều thuận sinh KMnO4 hồn tồn Ở dùng CO2 dễ điều chế, KHCO3 có độ tan lớn khó