- Buret: Nạp dung dịch Na2S2O3 vào buret, đuổi hết bọt khí, chỉnh đến vạch “0” trước khi bắt đầu chuẩn độ
Bài 2 Xác định độ cứng của nước bằng dung dịch complexon
Độ cứng của nước là tổng nồng độ ion kim loại kiềm thổ (nhóm II) trong nước. Bởi vì nồng độ
của ion Ca2+
, Mg2+ thường lớn hơn rất nhiều các kim loại kiềm thổ khác, độ cứng chung của nước có thể định nghĩa là số mili đương lượng gam (mN) Ca2+
và Mg2+ trong một lít nước. Nước có độ cứng nhỏ hơn 60 mg CaCO3/L có thể coi là nước mềm. Nếu độ cứng là hơn 270
mg/L, nước được cho là cứng. Độ cứng riêng đề cập đến nồng độ của mỗi ion kim loại kiềm thổ
trong nước. Nước cứng không được phép dùng trong nồi hơivì khi đun sôi nước cứng thì canxi cacbonat (CaCO3) và magie cacbonat (MgCO3) sẽ kết tủa bám vào phía trong thành nồi hơi
supde (nồi cất, ấm nước, bình đựng...) tạo thành một màng cặn cách nhiệt, làm giảm hệ số cấp
nhiệt, có khi còn làm nổ nồi hơi. Nước cứng cũng không dùng để pha chế thuốc vì có thể gây kết
tủa làm thay đổi thành phần của thuốc. Khi dùng nước cứng nấu làm rau, thịt khó chín; làm mất
vị của nước chè. Giặt bằng nước cứng tốn xà phòng do Ca2+làm kết tủa gốc axit trong xà phòng và làm xà phòng không lên bọt. Nhiều công nghệ hoá học cũng yêu cầu nước có độ cứng nhỏ.
Nếu độ cứng vượt giới hạn cho phép (tuỳ mục đích sử dụng) thì phải làm mềm hóa nước cứng
bằng cách cho kết tủa Mg2+
và Ca2+với sođa(Na2CO3), photphat hoặc tách chúng bằng nhựa trao đổi ion hoặc đun sôi.
2.1. Xác định độ cứng chung của nướcI. Cơ sở phương pháp: I. Cơ sở phương pháp:
Trước khi chuẩn độ, một lượng nhỏ chất chỉ thị ET-00 được thêm vào mẫu nước phân tích Ca2+
và Mg2+để tạo ra một lượng nhỏ phức màu đỏ (CaInd-
và MgInd-). Khi complexon III được thêm
vào, đầu tiên nó phản ứng với Ca2+
và Mg2+ tự do. Khi hết Ca2+ và Mg2+ tự do, complexon III thêm vào để thay thế chất chỉ thị HInd2-
trong phức màu đỏ CaInd-
và MgInd-. Sự thay đổi từ
màu đỏ của phức CaInd-
và MgInd- sang màu xanh của HInd2-ở trạng thái tự do là dấu hiệu để
kết thúc chuẩn độ.
Phương trình phản ứng chuẩn độ: Na2H2Y = 2Na+ + H2Y2- Ca2+ + H2Y2-⇋ CaY2- + 2H+ Mg2+ + H2Y2-⇋ MgY2- + 2H+ Phản ứng chỉ thị ở pH =8-10: - ban đầu: H3Ind ⇋ 2H+ + HInd2- Ca2+ + HInd2- ⇋ CaInd- + H+ (xanh trong) (hồng tím) Mg2+ + HInd2- ⇋ MgInd- + H+ (xanh trong) (hồng tím)
-tại ĐTĐ H2Y2- + CaInd- ⇋ CaY2- + HInd2- + H+
(hồng tím) (không màu) (xanh trong)
H2Y2- + MgInd- ⇋ MgY2- + HInd2- + H+
(hồng tím) (không màu) (xanh trong)
Điều kiện chuẩn độ: duy trì pH của dung dịch trong khoảng từ 8-10 bằng dung dịch đệm NH4Cl + NH4OH để:
- Đảm bảo hằng số bền có điều kiện của phức tạo bởi ion kim loại và complexon III là đủ lớn
để phản ứng xảy ra hoàn toàn.
- Đảm bảo sự đổi màu của chất chỉ thị rõ rệt giúp dễ dàng quan sát ĐTĐ. Với chỉ thị ET00,
miền pH 8-10 đảm bảo sự đổi màu rõ rệt từ hồng tím sang xanh trong. Lưu ý: Do hàm lượng của ion Ca2+
và Mg2+ trong mẫu nước phân tích nhỏ, do đó ở khoảng pH
này sự thủy phân của các ion trên không đáng kể. ( tức là về mặt lý thuyết cho phép sử dụng 1
dung dịch đệm khác ngoài NH4Cl + NH4OH thỏa mãn duy trì pH khoảng 10 mà vẫn đạt được độ
chính xác yêu cầu).
Nạp dung dịch complexon III vào buret, đuổi bọt khí và chỉnh vạch “0” trước khi tiến hành chuẩn độ.
Bình nón 250ml, lấy chính xác 100,0 ml mẫu nước phân tích (sử dụng bình định mức 100ml) thêm vào đó 5-7 ml dung dịch đệm NH4Cl + NH4OH, thêm tiếp 4-5 giọt dung dịch chỉ thị ET-00, lắc đều cho đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng tím. Tiến hành chuẩn độ cho đến khi dung
dịch đổi màu hoàn toàn từ hồng tím sang xanh trong. Ghi lại thể tích complexon III tiêu tốn. Lặp
lại thí nghiệm ít nhất 3 lần, sử dụng kết quả trung bình cho tính toán. VNước phân tích lấy để chuẩn độ: . . . .100,0 . . . ml VH2Y2—đã dùng sau các lần chuẩn độ:
Lần 1: . . . ml Lần 2: . . . ml Lần 3: . . . ml Trung bình : . . . .. . . ml -Độ cứng chung của nước:
H = = 1000, (mN)
= 100,0 ml
: là thể tích complexon III tiêu tốn được tính trung bình từ ba lần thí nghiệm
là nồng độ đương lượng của dung dịch complexon III (xác định ở bài 1)
2.2.Xác định độ cứng riêng của nướcI. Nguyên tắc: I. Nguyên tắc:
Để xác định riêng hàm lượng Ca2+
và Mg2+ trong nước, trước hết ta xác định hàm lượng tổng của chúng trong nước (độ cứng chung), sau đó tiến hành xác định hàm lượng riêng Ca2+ trong nước.
Từ đó tính toán được riêng hàm lượng Ca2+
và Mg2+ trong nước.
Để xác định được riêng hàm lượng Ca2+ trong nước ta lập luận như sau: do sự khác biệt về tích
số tan của dạng Ca(OH)2 (T=10-5.19) và dạng Mg(OH)2 (T=10-9.2), do đó trong điều kiện hàm
lượng thực tế trong nước Ca2+
và Mg2+ta có thể đưa pH của dung dịch > 12 để kết tủa hoàn toàn dạng Mg2+
thành Mg(OH)2 trong khi dạng Ca2+ chưa hề bị kết tủa. Mg2+
khả năng tạo phức với EDTA nữa, vậy chỉ còn Ca2+ có khả năng tạo phức với EDTA, bài toán trở về xác định hàm lượng Ca2+
.
Chọn chất chỉ thị: do môi trường dung dịch phân tích luôn phải đảm bảo pH 12 trong suốt quá
trình phân tích để Mg(OH)2 không tan trở lại, nên chỉ thị ET00 không còn phù hợp nữa. Trong trường hợp này ta sử dụng chỉ thị Murexit. Murexit là đa axit có pKa1 = 0; pKa2 = 9,2; pKa3 = 10,9; nên màu của chất chỉ thị phụ thuộc vào pH của dung dịch.
Ở pH < 9,2 Murexit phân ly dạng H4In-, có đỏ tím (red-violet)
Ở pH =9,2-10,9 Murexit phân ly dạng H3In2-, có màu tím hoa cà (violet)
Ở pH > 10,9 Murexit phân ly dạng H2In3-, có màu xanh tím (blue) Murexit tạo phức màu đỏ nho với Ca2+
H3In2- + Ca2+ ⇋ CaIn3- + 3H+
(đỏ nho)
Thông thường murexit được chuẩn bị dưới dạng chỉ thị rắn bằng cách nghiền trộn hỗn hợp tỷ lệ
10mg murexit với 5g NaCl. Khoảng 0.2g chỉ thị được dùng cho mỗi lần chuẩn độ.
Trước khi chuẩn độ, 5 ml NaOH 2N được thêm vào mẫu nước phân tích (100ml) để kết tủa hết
Mg2+ở dạng Mg(OH)2 [theo tính toán pH sẽ đạt được khoảng 13]. Mg(OH)2 kết tủa và không thể
tiếp cận với EDTA. Sau đó một ít chất chỉ thị murexit được thêm vào để để tạo ra một lượng nhỏ
phức màu đỏ với Ca2+. Khi complexon III được thêm vào, đầu tiên nó phản ứng với Ca2+
. Khi hết Ca2+
tự do, complexon III thêm vào để thay thế chất chỉ thị murexit trong phức màu đỏ
CaIn3-. Sự thay đổi từ màu đỏ của phức CaInd-
sang màu tím hóa cà ở trạng thái tự do của chất
chỉ thị là dấu hiệu để kết thúc chuẩn độ.
Phản ứng chuẩn độ: Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2
Na2H2Y = 2Na+ + H2Y2- Ca2+ + H2Y2-⇋ CaY2-
+ 2H+
Phản ứng chỉ thị: - ban đầu: H3In2- + Ca2+ ⇋ CaIn3- + 3H+
(đỏ nho)
- tại ĐTĐ: H2Y2- + CaIn3-+ H+ ⇋ CaY2- + H3In2-
(tím hoa cà)
II. Cách tiến hành
Nạp dung dịch complexon III vào buret, đuổi bọt khí và chỉnh vạch “0” trước khi tiến hành chuẩn độ.
Bình nón 250ml, lấy chính xác 100,0 ml mẫu nước phân tích (sử dụng bình định mức 100ml) thêm vào đó 5-7 ml dung dịch NaOH 2N (pH >12), thêm tiếp 1 ít chỉ thị Murexit và lắc đều,
dung dịch có màu đỏ nho. Tiến hành chuẩn độ cho đến khi màu đỏ nho chuyển thành màu tím hoa cà. Ghi thể thích complexon III tiêu tốn, làm ít nhất 3 lần, lấy giá trị trung bình tính toán.
III. Tính toán:
VNước phân tích lấy để chuẩn độ: . . . .100,0 . . . ml VH2Y2—đã dùng sau các lần chuẩn độ xác định Ca2+: Lần 1: . . . ml Lần 2: . . . ml Lần 3: . . . ml Trung bình : . . . ml NCa2+ = 1000 . (nN) Trong đó: = 100,0 ml
: là thể tích complexon III tiêu tốn được tính trung bình từ ba lần thí
nghiệm (để tạo phức riêng với Ca2+
).
là nồng độ đương lượng của dung dịch complexon III (tính toán ở
bài 1).
VH2Y2—đã dùng sau các lần chuẩn độ xác định Mg2+ :
Vcomplexon III (Mg2+) = Vcomplexon III (Ca2+, Mg2+) – Vcomplexon III (Ca2+) NMg2+ = H - NCa2+ (nN)
III. Câu hỏi
1. Phương pháp chuẩn độ EDTA có thể dùng để xác định Al3+
, Fe3+ được không?
Trả lời: về mặt lý thuyết thì EDTA có thể tạo phức với những kim loại này gần như hoàn toàn,
tức là thỏa mãn điều kiện chuẩn độ. Tuy nhiên, đây là những kim loại thủy phân mạnh điển hình
(đặc biệt ở pH cao), nếu tiến hành ở điều kiện pH thấp thì phản ứng tạo phức diễn ra quá chậm
và không hoàn toàn. Do đó, phương pháp chuẩn độ EDTA không thể áp dụng được. Trong
trường hợp xác định Al3+
Bài thí nghiệm 9