I.1. Mây móc
- Lò nung mode LM321.05
- Mây quang phổ phât xạ SPECTRO theo DIN31051
- Cđn phđn tích với độ chính xâc 10-4 gam
- Tủ sấy
- Mây khoan điện
- Cưa tay
I.2. Dụng cụ
- Pipette 1, 10, 25 ml
- Burette 25 ml
- Câc dụng cụ thủy tinh : cocâ, bình nón, bình định mức...
- Câc dụng cụ bằng sứ : cối, chăy, chĩn
- Nhiệt kế 1000C, 3000C - Bình hút ẩm - Giấy lọc - Chỉ thị vạn năng - Bóp cao su ... I.3. Hóa chất
- Câc loại axit : HNO3, H2SO4 (PA)
- NH4OH (PA)
- FeCl3.6H2O, MnSO4.H2O, NH4SCN, NH4NO3, Na2SiO3... (PA)
- Sắt tinh khiết
- Kẽm tinh khiết
- Cồn, eter ...
II. Nghiín cứu xđy dựng quy trình phđn tích sắt bằng phương phâp khối lượng
II.1. Khảo sât quy trình tạo tủa vă nung kết tủa
II.1.1Khảo sât ảnh hưởng của pH đến quâ trình tạo kết tủa
Trong dung dịch Fe3+ bị thủy phđn cho môi trường pH ∼ 5 : Fe3+ + H2O FeO+ + 2H+
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
Để trânh hiện tượng keo tụ, việc kết tủa Fe(OH)3 được tiến hănh trong môi trường axit thích hợp. Vì vậy, chúng tôi tiến hănh khảo sât để tìm pH kết tủa Fe(OH)3 thích hợp nhất.
Câch tiến hănh : Cđn chính xâc 0,3381 g FeCl3.6H2O cho văo cốc 100ml đê có sẵn 50ml nước cất, dùng đũa thủy tinh khuấy cho đến khi muối tan hết.
Dùng axit nitric để axit hóa dung dịch. Rồi cẩn thận đun nóng đến 75 – 900C. Khuấy dung dịch, đồng thời thím dung dịch NH3 10% văo dung dịch đê được đun nóng đến khi có mùi nhẹ amoniac (pH ∼ 9). Sau đó thím 100ml nước cất nóng văo dung dịch chứa kết tủa vă lọc qua giấy lọc không tro, rửa cẩn thận kết tủa bằng dung dịch rửa (dung dịch rửa được chuẩn bị như sau : thím dung dịch amoniac văo dung dịch amoni nitrat 2% nóng cho đến khi có mùi amoniac nhẹ) vă trâng lại bằng nước cất. Đem kết tủa đê được rửa, sấy khô trong tủ sấy. Đặt kết tủa còn hơi ẩm văo chĩn đê cđn. Đầu tiín đốt nóng chĩn trín ngọn lửa yếu để than hóa giấy lọc, sau đó nung ở ∼ 10000C, khoảng 25 phút. Sau đó để nguội mẫu vă cđn tính kết quả.
Tiến hănh khảo sât ở câc mức pH = 4, 3, 2, 1.
Kết quả :
Fe2O3 pH mcốc trước nung , g mcốc + tủa sau nung , g m , g
1 31,0214 31,1090 0,0876 2 30,4024 30,4971 0,0947 3 30,0890 30,1779 0,0889 4 31,1277 31,2130 0,0853 Bảng 5. Khảo sât ảnh hưởng của pH
Kết quả khảo sât được biểu diễn bằng đồ thị 0.0876 0.0947 0.0889 0.0853 0.08 0.082 0.084 0.086 0.088 0.09 0.092 0.094 0.096 1 2 3 4 pH m (g)
Đồ thị 1. Ảnh hưởng của pH đến quâ trình tạo kết tủa
Nhận xĩt. Chúng tôi nhận thấy rằng pH = 2 lă giâ trị thích hợp nhất
của dung dịch Fe(III) ban đầu nhằm tạo tủa Fe(OH)3 tốt nhất.
Do đó, chúng tôi chọn bắt đầu kết tủa Fe(OH)3 từ dung dịch Fe(III) ban đầu tại pH = 2.
II.1.2. Khảo sât câc nguyín tố ảnh hưởng đến kết tủa
Trong thĩp, ngoăi sắt vă cacbon còn có câc nguyín tố : mangan, silic, photpho, lưu huỳnh, niken, coban... Ở đđy chúng tôi chỉ khảo sât sự ảnh hưởng của mangan, silic (hai nguyín tố có hăm lượng khâ cao trong thĩp) đến kết tủa được tạo thănh.
- Đối với mangan : trong thĩp xđy dựng hăm lượng Mn ≤ 1,5%.
Tiến hănh : Cđn chính xâc 0,0033g MnSO4.H2O vă 0,3381g
FeCl3.6H2O. Tiến hănh tiếp tương tự như phần (II.1.1) vă bắt đầu kết tủa ở pH = 2.
- Đối với silic : trong thĩp xđy dựng hăm lượng Si ≤ 0,7%.
Tiến hănh : Cđn chính xâc 0,0022g Na2SiO3 vă 0,3381g
FeCl3.6H2O. Tiến hănh tiếp tương tự như phần (II.1.1) vă bắt đầu kết tủa ở pH = 2.
Fe2O3 Nguyín tố
ảnh huởng
mcốc trước nung , g mcốc + tủa sau nung , g m , g
Mn 31,8501 31,9456 0,0955 Si 30,8922 30,9874 0.0952 0.0947 0.0955 0.0952 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 (a) (b) (c) nguyín tố m ( g)
Bảng 6. Khảo sât ảnh hưởng của câc nguyín tố đến kết tủa
Trong đó, (a): mẫu không có mangan, silic (b): mẫu có thím mangan
(c): mẫu có thím silic
Đồ thị 2. Ảnh hưởng của câc nguyín tố đến kết tủa
Nhận xĩt:Chúng tôi thấy rằng với hăm lượng nhỏ (hăm lượng tối đa
có trong thĩp) câc nguyín tố mangan, silic hầu như không ảnh hưởng đến quâ trình tạo tủa vă vì vậy không cần phải dùng biện phâp che chắn câc nguyín tố năy.
II.1.3. Khảo sât thời gian nung kết tủa
Tiến hănh : Tương tự như phần (II.1.1), khảo sât 6 mẫu với câc thời
Fe2O3 Thời gian, phút mcốc trước nung ,
g
mcốc + tủa sau nung , g m , g
10 30,7228 30,8331 0,1103 15 31,3063 31,4115 0,1052 20 30,8460 30,9447 0,0987 25 31,1762 31,2720 0,0958 30 30,1501 30,2433 0,0932 35 30,0148 30,1075 0,0927
Bảng 7. Khảo sât thời gian nung kết tủa
0.0927 0.0932 0.0958 0.0987 0.1052 0.1103 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 thời gian (phút) m (g) 10 15 20 25 30 35
Đồ thị 3. Ảnh hưởng của thời gian nung đến kết tủa
Nhận xĩt. Với câc kết quả thu được chúng tôi nhận thấy rằng thời
gian nung 20 phút, lượng Fe2O3 thu được lă tối ưu.
Vì vậy, chúng tôi chọn thời gian nung kết tủa lă 20 phút.
II.1.4. Khảo sât nhiệt độ nung kết tủa
Khi nung sắt (III) hydroxit, ở nhiệt độ thấp hơn 6500C tạo ra chất rắn ở dạng bột mịn mău đỏ nđu (dạng polymeol vă oxol có thănh phần FeOOH), nếu nung ở nhiệt độ cao hơn tạo thănh tinh thể mău tím đen (Fe2O3), nhưng nếu nung ở nhiệt độ cao, lđu có thể bị mất Fe3+ (sự mất sắt có thể xảy ra do sự bay hơi muối sắt : tạo thănh trong quâ trình rửa kết
tủa). Vì vậy, nhiệt độ nung cũng sẽ ảnh hưởng quan trọng đến kết quả phđn tích. Chúng tôi tiến hănh khảo sât để tìm nhiệt độ nung thích hợp. tủa). Vì vậy, nhiệt độ nung cũng sẽ ảnh hưởng quan trọng đến kết quả phđn tích. Chúng tôi tiến hănh khảo sât để tìm nhiệt độ nung thích hợp.
Tiến hănh thí nghiệm tương tự như phần (I.1.1), khảo sât 5 mẫu vă nung ở câc nhiệt độ : 900, 950, 1000, 1050, 11000C.
Tiến hănh thí nghiệm tương tự như phần (I.1.1), khảo sât 5 mẫu vă nung ở câc nhiệt độ : 900, 950, 1000, 1050, 11000C.
Kết quả : Kết quả :
Fe2O3 Nhiệt độ , 0C mcốc trước nung ,
g
m mmcốc + tủa sau nung , g m ,g m ,g Nhiệt độ , 0C
cốc trước nung ,
g cốc + tủa sau nung , g 900 31,3376 31,4364 0,0988 950 31,0457 30,1438 0,0981 1000 31,1034 31,2019 0,0985 1050 31,3069 31,3980 0,0911 1100 31,9556 32,0409 0,0853
Bảng 8 : Khảo sât nhiệt độ nung kết tủa
0.0988 0.0981 0.0985 0.0911 0.0853 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 m (g) 900 950 1000 1050 1100
Đồ thị 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến kết tủa
nhiệt độ (0C)
Nhận xĩt. Dựa văo câc kết quả thu được, chúng tôi nhận thấy :
trong khoảng 900 ÷ 10000C với thời gian nung lă 20 phút, kết quả thu được khâ ổn định. Song từ 10500C trở lín hăm lượng Fe2O3 thu được lại giảm đi. vì vậy, chúng tôi chọn nhiệt độ nung lă 10000C.
II.2. Khảo sât quy trình phâ mẫu
Khảo sât với hai loại axit : axit sunfuric (H2SO4) vă axit nitric (HNO3) với một loại thĩp xâc định.
Câch tiến hănh :
- Đối với axit sunfuric : hòa tan một lượng nhỏ khoảng 0,072g thĩp đê được chuẩn bị như mục (III.3.1) bằng câch đun nóng trong bình phản ứng với 25ml H2SO4 loêng (nồng độ 12,25%). Sau khi phản ứng kết thúc thím HNO3 đặc để oxi hóa Fe2+ lín Fe3+. Lọc bỏ phần không tan sau đó tiếp tục tiến hănh thí nghiệm tương tự như đê trình băy ở phần (II.1.1).
- Đối với axit nitric : hòa tan một lượng nhỏ khoảng 0,072g thĩp đê được chuẩn bị như mục (III.3.1) bằng câch đun nóng trong bình phản ứng với 25ml HNO3 đặc. Sau khi phản ứng kết thúc, lọc bỏ phần không tan, tiếp tục tiến hănh tương tự như phần (II.1.1).
Kết quả :
Fe2O3 Axit mcốc trước nung , g mcốc + tủa sau nung , g m ,g
H2SO4 12,25% 31,8580 31,9456 0,0876
HNO3 đặc 32,6687 32,7569 0,0882
Bảng 9. Khảo sât loại axit phâ mẫu thích hợp
Nhận xĩt. Từ kết quả thu được, nhận thấy rằng phâ mẫu bằng cả
axit nitric vă axit sunfuric đều cho kết quả không chính lệch nhau nhiều. Chúng tôi quyết định chọn axit sunfuric lăm axit để phâ mẫu.
II.2.2. Khảo sât tỷ lệ mẫu : lượng axit
Tiến hănh : Phâ mẫu bằng axit sunfuric loêng (12,25%) tương tự như phầnø (II.1.1) nhưng thay đổi lượng axit phâ mẫu theo thứ tự lần lượt sau : 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 ml. Kết quả : Fe2O3 H2SO4 V ,ml mcốc trước nung , g
mcốc + tủa sau nung , g m ,g
10 - - - 15 - - - 20 - - - 25 31,1372 31,2245 0,0873 30 31,7972 31,8495 0,0973 35 31,3713 31,4676 0,0963 40 31,2403 31,3356 0,0953
Bảng 10. Khảo sât lượng axit thích hợp để phâ mẫu
Bảng 10. Khảo sât lượng axit thích hợp để phâ mẫu
Nhận xĩt. Tỉ lệ mẫu : axit sunfuric thích hợp nhất để phâ mẫu lă:
0,072g mẫu : 30 ml HNhận xĩt. Tỉ lệ mẫu : axit sunfuric thích hợp nhất để phâ mẫu lă: 2SO4(12,25%). 0,072g mẫu : 30 ml H
- Với thể tích axit lă 35 vă 40 ml, lượng cđn Fe2O3 hơi giảm, điều đó có thể do ảnh hưởng của nồng độ H+ lớn (theo kết quả trong mục II.1.1).
- Với thể tích axit lă 35 vă 40 ml, lượng cđn Fe2SO4(12,25%). 2O3 hơi giảm, điều đó có thể do ảnh hưởng của nồng độ H+ lớn (theo kết quả trong mục II.1.1).
- Còn ở câc thể tích nhỏ hơn 25 ml, lượng axit hơi ít, muối FeSO4 tạo thănh ở dạng khan để oxi hóa lín Fe2(SO4)3 cần hòa tan (chúng tôi không tiến hănh kết tủa ở câc điều kiện năy).
- Còn ở câc thể tích nhỏ hơn 25 ml, lượng axit hơi ít, muối FeSO4 tạo thănh ở dạng khan để oxi hóa lín Fe2(SO4)3 cần hòa tan (chúng tôi không tiến hănh kết tủa ở câc điều kiện năy).
II.2.3. Khảo sât nhiệt độ phâ mẫu II.2.3. Khảo sât nhiệt độ phâ mẫu
Tiến hănh : tương tự như phần (II.1.1) nhưng thay đổi nhiệt độ phâ mẫu dao động lần lượt từ : 100, 110, 120, 130, 140, 150Tiến hănh : tương tự như phần (II.1.1) nhưng thay đổi nhiệt độ phâ 0C. mẫu dao động lần lượt từ : 100, 110, 120, 130, 140, 1500C.
Kết quả : Kết quả :
Fe2O3 Nhiệt độ, 0C
Nhiệt độ, 0C mmcốc trước nungcốc trước nung , g , g mmcốc + tủa sau nungcốc + tủa sau nung , g , g m ,g m ,g
100 29,9608 30,0578 0,0970 110 31,5304 31,6275 0,0971 120 31,8620 31,9593 0,0973 130 32,4164 32,5120 0,0956 140 31,2988 31,3921 0,0933 150 31,4698 31,5612 0,0914 Bảng 11. Kết quả khảo sât nhiệt độ phâ mẫu
Nhận xĩt. Trong khoảng 100 – 1200C, lượng cđn Fe2O3 khâ ổn định,
nhưng từ 1300C trở lín, lượng cđn Fe2O3 hơi giảm điều đó có thể do nước bay hơi nhanh vă axit bị bay hơi một phần cùng với hơi nước lăm cho mẫu chưa bị phâ hoăn toăn.
Vì vậy, chúng tôi chọn nhiệt độ phâ mẫu lă 1200C.
II.2.4. Khảo sât thời gian phâ mẫu
Tiến hănh : tương tựphầøn (II.1.1) nhưng thay đổi thời gian phâ mẫu.
Kết quả :
Fe2O3 Thời gian, phút mcốc trước nung , g mcốc + tủa sau nung , g m ,g
5 - - -
15 - - -
Bảng 12. Khảo sât thời gian phâ mẫu
Nhận xĩt. Tại thời gian 5 phút, mẫu bị phâ chưa hoăn toăn (chưa tan
hết). Tại thời gian 15 phút lượng dung dịch còn lại ít, FeSO4 tồn tại ở dạng khan lă chủ yếu, muốn oxi hóa lín Fe2(SO4)3 cần phải hòa tan (do vậy, chúng tôi không tiến hănh tạo kết tủa ở những điều kiện năy).
Chọn thời gian phâ mẫu lă 10 phút.
III. Xâc định hăm lượng sắt trong câc loại thĩp xđy dựng bằng phương phâp khối lượng phâp khối lượng
III.1. Quy trình phđn tích
Từ câc kết quả khảo sât, chúng tôi lựa chọn thông số cho quy trình phđn tích hăm lượng sắt trong câc loại thĩp xđy dựng bằng phương phâp khối lượng như sau :
- Phản ứng kết tủa Fe(OH)3 bắt đầu ở pH = 2.
- Nung kết tủa ở 10000C, trong 20 phút.
- Phâ mẫu bằng H2SO4 loêng (12,25%) với tỷ lệ 0,072g mẫu : 30 ml H2SO4.
- Phâ mẫu tại nhiệt độ 1200C trong thời gian 10 phút. Quy trình phđn tích được biểu diễn bằng sơ đồ 1 :
Sơ đồ 1. Quy trình phđn tích xâc định sắt trong câc loại thĩp xđy dựng bằng phương phâp phđn tích khối lượng (phương phâp kết tủa).
Phâ mẫu bằng 30ml H2SO412,25% trong 10 phút tại nhiệt độ 1200C
t0
Điều chỉnh pH = 2, đun trín bếp điện đến nhiệt độ 75 – 900C Dung dịch Fe2+
Dung dịch NH4OH 10% đến khi có mùi amoniac nhẹ Dung dịch Fe3+
Dung dịch Fe3+
Axit HNO3đặc lăm tâc nhđn oxi hóa Mẫu (0,072g)
Fe(OH)3↓
Rửa bằng dung dịch (NH4NO3+NH4OH) đến khi có mùi amoniac nhẹ
Sấy khô trong tủ sấy
Nước lọc Fe(OH)3↓
Nước rửa
Fe(OH)3↓
Cđn Nung ở 10000C trong 20 phút
III.2. Xâc định sai số của
III.2. Xâc định sai số của phương phâp phương phâp
Cđn 0,07g sắt tinh khiết, tiến hănh thí nghiệm theo quy trình vừa xđy dựng được,chúng tôi đê xâc định được sai số tương đối của phương phâp lă 0.6%
Cđn 0,07g sắt tinh khiết, tiến hănh thí nghiệm theo quy trình vừa xđy dựng được,chúng tôi đê xâc định được sai số tương đối của phương phâp lă 0.6%
Fe2O3
Fe(OH)3↓
Tính toân kết quả
III.3. Tiến hănh phđn tích trín câc mẫu thĩp cụ thể III.3. Tiến hănh phđn tích trín câc mẫu thĩp cụ thể
Chúng tôi tiến hănh phđn tích câc oại thĩp xđy dựng sau : Chúng tôi tiến hănh phđn tích câc oại thĩp xđy dựng sau : Loại thĩp Đường kính (mm) Loại thĩp Đường kính (mm) Thĩp Việt – Ý 14 Thĩp Việt – Ý 14 Thĩp Việt – Ý 18 Thĩp Việt – Ý 18 Thĩp miền Nam 18 Thĩp miền Nam 18 Thĩp miền Nam 29 Thĩp miền Nam 29 Thĩp Việt – Úc 22 Thĩp Việt – Úc 22 Thĩp Việt – Úc 16 Thĩp Việt – Úc 16 Thĩp Việt – Nhật 22 Thĩp Việt – Nhật 22 Thĩp Việt – Nhật 16 Thĩp Việt – Nhật 16
III.3.1. Chuẩn bị mẫu III.3.1. Chuẩn bị mẫu
Lấy mẫu thĩp bằng mây khoan kết hợp cưa tay. Khoan vă cưa tại nhiều chỗ khâc nhau : trín bề mặt vă ở phía trong.
Lấy mẫu thĩp bằng mây khoan kết hợp cưa tay. Khoan vă cưa tại nhiều chỗ khâc nhau : trín bề mặt vă ở phía trong.
Sau đó cần giảm bớt lượng mẫu sơ cấp. Muốn vậy, chúng ta lăm như sau : trộn đều những vụn thĩp đê lấy được bằng câch khoan, cưa vă rải thănh lớp phẳng dưới dạng “bânh quy” tròn. Sau đó chia “bânh quy” thănh bốn phần, bỏ hai phần đối diện chĩo vă trộn hai phần còn lại với nhau. Tiếp tục nghiền nhỏ vă lặp lại câc thao tâc trín để rút bớt ½ lượng mẫu. Có thể lặp lại thao tâc năy văi ba lần nếu thấy cần thiết.
Sau đó cần giảm bớt lượng mẫu sơ cấp. Muốn vậy, chúng ta lăm như sau : trộn đều những vụn thĩp đê lấy được bằng câch khoan, cưa vă rải thănh lớp phẳng dưới dạng “bânh quy” tròn. Sau đó chia “bânh quy” thănh bốn phần, bỏ hai phần đối diện chĩo vă trộn hai phần còn lại với nhau. Tiếp tục nghiền nhỏ vă lặp lại câc thao tâc trín để rút bớt ½ lượng mẫu. Có thể lặp lại thao tâc năy văi ba lần nếu thấy cần thiết.
Mẫu cuối cùng dùng để phđn tích phải được rđy qua rđy có kích thước xâc định vă phải được rửa bằng eter để loại bỏ hết câc tạp chất lạ như nước, mỡ, gỉ rồi sấy khô.
Mẫu cuối cùng dùng để phđn tích phải được rđy qua rđy có kích thước xâc định vă phải được rửa bằng eter để loại bỏ hết câc tạp chất lạ như nước, mỡ, gỉ rồi sấy khô.
III.3.2. Phđn tích mẫu III.3.2. Phđn tích mẫu
Tiến hănh : theo quy trình phđn tích đê được xđy dựng vă câc kết quả được tính theo câc công thức (phần I.3.4.a – Phương phâp nghiín