Bài tập
1. Cần cõn chớnh xỏc bao nhiờu gam H2C2O4.2H2O (TKPT) ủể pha ủược 2 lớt dung dịch tiờu chuẩn 0,1N dựng trong chuẩn ủộ xỏc ủịnh KMnO4 trong mụi trường axit. (ðỏp số: 12,6000gam).
2. Tớnh số gam Na2CO3 (TKPT) ủể pha 250 ml dung dịch, biết rằng chuẩn ủộ 20 ml dung dịch này thỡ hết 30 ml dung dịch HCl 0,05N nếu kết thỳc chuẩn ủộ tại pH = 8,3. Cho: cỏc hằng số axit của H2CO3 là Ka1 = 4,5.10-7; Ka2 = 4,8.10-11. (ðỏp số: 1,9875gam).
3. Chuẩn ủộ 20 ml dung dịch hỗn hợp hai axit H2SO4 và H3PO4. Nếu kết thỳc chuẩn ủộ tại pH = 4,66 thỡ hết 15 ml dung dịch NaOH 0,1N. Nếu kết thỳc chuẩn ủộ tại pH = 9,8 thỡ hết 25 ml dung dịch NaOH 0,1N. Tớnh nồng ủộ mol/l của mỗi axit trong hỗn hợp ủầu. Cho: cỏc pKa của H3PO4 là pKa1 = 2,12; pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,38; axit H2SO4 ủiện li hoàn toàn. (ðỏp số: H2SO4 0,0125M, H3PO4 0,05M).
4. Chuẩn ủộ 20 ml dung dịch CH3COOH 0,1N bằng dung dịch NaOH 0,1N. Nếu phộp chuẩn ủộ mắc sai số: ± 1%, thỡ khi kết thỳc chuẩn ủộ pH của dung dịch bằng bao nhiờu? Biết pKa của CH3COOH = 4,76. (ðỏp số: pH –0,1% = 6,76, pH +0,1% = 10,7).
5. Cho 50ml dung dịch NaOH 0,1N vào 90 ml dung dịch CH3COOH 0,07N, tớnh pH dung dịch sau phản ứng! Cần thờm vào bao nhiờu ml dung dịch NaOH 0,1N nữa thỡ tới ủiểm tương ủương? Biết pKa của CH3COOH = 4,76. (ðỏp số: pH = 5,34, 13ml NaOH 0,1N).
6. Cõn 6 gam mẫu gồm NaOH, Na2CO3 và H2O pha thành 1 lớt dung dịch. Biết rằng, chuẩn ủộ 25ml dung dịch này thỡ hết 16,5 ml dung dịch HCl 0,1N nếu kết thỳc chuẩn ủộ tại pH 8,3 với chỉ thị phenolphtalein); cũn khi cũng chuẩn ủộ lượng trờn, nhưng kết thỳc chuẩn ủộ tại pH = 4 (chỉ thị metyl da cam) thỡ hết 20,5 ml dung dịch HCl 0,1N. Tớnh % khối lượng cỏc chất trong mẫu phõn tớch? Biết: H2CO3 cú pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,32. (ðỏp số: 33,33% NaOH, 28,26% Na2CO3, 38,41% H2O).
7. Từ dung dịch HCl 0,3 N và dung dịch NH4OH 0,2N, tớnh thể tớch mỗi dung dịch cần lấy ủể pha ủược 250 ml dung dịch ủệm cú pH = 8,46. Biết: pKb của NH4OH = 4,74. (ðỏp số: 89,3ml HCl, 160,7ml NH4OH).
8. Từ dung dịch CH3COOH 1M và dung dịch CH3COONa 1M, hóy tớnh thể tớch cần lấy cỏc dung dịch ủể pha 250 ml dung dịch ủệm CH3COOH/CH3COONa 1M cú pH = 5,08. Biết: pKa của CH3COOH = 4,76. (ðỏp số: 83,3ml CH3COOH, 166,7ml CH3COONa). 9. Cõn 1,2 gam mẫu chứa Na2CO3, NaHCO3 và tạp chất trơ hoà thành 250 ml dung dịch. Chuẩn ủộ 50 ml dung dịch này, nếu kết thỳc chuẩn ủộ tại pH = 8,3 thỡ hết 5,7 ml dung dịch HCl 0,2N, nếu kết thỳc chuẩn ủộ tại pH = 4 thỡ hết 15,2 ml dung dịch HCl 0,2 N. Tớnh % khối lượng của mỗi muối trong mẫu phõn tớch. Biết: H2CO3 cú pKa1 = 6,35; pKa2
= 10,32. (ðỏp số: 50,35% Na2CO3, 26,6% NaHCO3).
10. Cõn 0,588gam K2Cr2O7, hoà thành 300 ml dung dịch. Cần bao nhiờu ml dung dịch này, ủể khi thờm KI dư và H2SO4 loóng rồi chuẩn ủộ lượng I2 giải phúng ra hết 25,16 ml dung dịch Na2S2O3 0,1N. (ðỏp số: 62,9ml).
11. Hoà tan 4,895 g mẫu chỉ chứa KCl và NaCl thành 500 ml dung dịch. Chuẩn ủộ 25 ml dung dịch này hết 20 ml dung dịch AgNO3 0,1N. Tớnh % khối lượng của CaCl2 trong mẫu. (ðỏp số: 76% KCl).
11. Hoà tan 2,062g mẫu chỉ chứa CaCl2 và MgCl2 thành 500 ml dung dịch. Chuẩn ủộ 25 ml dung dịch này hết 35 ml dung dịch AgNO3 0,1N. Tớnh % khối lượng của KCl trong mẫu. (ðỏp số: 53,83% KCl).
12. Thờm 40 ml dung dịch (NH4)2C2O4 0,1N vào 25 ml dung dịch chứa ion Ca2+. Lọc bỏ kết tủa, lấy phần dung dịch. Tiến hành chuẩn ủộ dung dịch này trong mụi trường H2SO4
loóng hết 15 ml KMnO4 0,15N. Tớnh số gam ion Ca2+ cú trong 1 lớt dung dịch. (ðỏp số: 1,4g ion Ca2+).
13. Hoà tan 5 gam mẫu chứa ion Pb2+ thành dung dịch rồi kết tủa toàn bộ lượng ion Pb2+ dưới dạng PbCrO4. Hoà tan kết tủa bằng H2SO4 loóng và thờm KI dư. Chuẩn ủộ lượng I2
giải phúng ra hết 25 ml dung dịch Na2S2O3 0,2N. Tớnh % khối lượng Pb trong mẫu. (ðỏp số: 6,9% Pb).
14. Hũa tan hoàn toàn 0,2425 gam mẫu chỉ chứa muối của cỏc ion Ca2+ và Mg2+ thành 500 ml dung dịch. Lấy 20 ml dung dịch này và ủiều chỉnh pH ủến 10 rồi chuẩn ủộ hết 11,75ml dung dịch complexon III 0,016N với chỉ thị eriocrom T ủen. Nếu chuẩn ủộ 10 ml dung dịch này ở pH = 12 với chỉ thị murexit hết 4,85 ml dung dịch Trilon B núi trờn. Tớnh % khối lượng của Ca và Mg trong ủỏ vụi. (ðỏp số: 32% Ca, 4,06% Mg).
15. Tớnh số ml dung dịch chỉ thị K2CrO4 0,5M cho vào 20 ml dung dịch NaCl 0,1N, ủể khi chuẩn ủộ xỏc ủịnh ion Cl- bằng dung dịch AgNO3 0,05N thỡ mắc sai số + 0,1%. Biết: TAgCl = 1,78.10-10; T Ag2CrO4 = 1,1.10-12. (ðỏp số: ≈ 0,12ml).
16. Hoà tan 0,0202 gam ủỏ vụi rồi kết tủa hoàn toàn ion Ca2+ dưới dạng CaC2O4. Hoà tan kết tủa bằng dung dịch H2SO4 loóng dư rồi thờm vào ủú 35 ml dung dịch KMnO4
0,0366N. Lượng KMnO4 dư ủược chuẩn bằng 9,57 ml dung dịch FeSO4 0,1N. Tớnh % khối lượng của Ca trong mẫu phõn tớch. (ðỏp số:31,9%).
17. Một mẫu nước khoỏng chỉ chứa muối hydrocacbonat và sunphat của cỏc ion Ca2+ và Mg2+. Chuẩn ủộ 100ml nước này với chỉ thị metyl da cam (pHkt = 4) hết 20,5 ml dung dịch HCl 0,04N. Mặt khỏc, sau khi ủun núng rồi chuẩn ủộ 50 ml nước khoỏng này ở pH = 10 với chỉ thị eriocrom T ủen thỡ hết 20 ml dung dịch Trilon B 0,025N. Tớnh ủộ cứng toàn phần và ủộ cứng vĩnh cửu của nước khoỏng. (ðỏp số: ðộ cứng tạm thời K = 8,2, ủộ cứng vĩnh cửu K = 10).
18. Hoà tan 5 gam mẫu cú chứa ủồng thành 250ml dung dịch ion Cu2+. Lấy 25 ml dung dich này cho tỏc dụng với dung dịch KCNS và KI lấy dư. Chuẩn ủộ lượng I2 giải phúng ra hết 15 ml dung dịch Na2S2O3 0,1N. Tớnh % khối lượng Cu trong mẫu. (ðỏp số:19,2% Cu).
Chương IV
PHÂN TÍCH CễNG CỤ
1. PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP
Phõn tớch cụng cụ là cỏch thường gọi của phõn tớch bằng cụng cụ gồm cỏc phương phỏp phõn tớch mà ởủú dựng cỏc mỏy ủo ủểủỏnh giỏ và theo dừi cỏc ủại lượng vật lớ, hoỏ học liờn quan ủến hệ phõn tớch. Phõn tớch cụng cụ là lĩnh vực rất rộng bao gồm nhiều phương phỏp khỏc nhau, dựa vào tương tỏc của chất cần phõn tớch với cỏc tỏc nhõn phõn tớch và tớnh chất ủặc trưng của ủại lượng ủo cú thể chia thành cỏc nhúm cơ bản sau: cỏc phương phỏp quang học, cỏc phương phỏp ủo ủiện từ, cỏc phương phỏp tỏch, cỏc phương phỏp nhiệt.
1.1. Nhúm phương phỏp quang học
Dựa trờn sự tương tỏc của chất cần phõn tớch với cỏc bức xạủiện từ hoặc sự phỏt ra cỏc bức xạủiện từ của chất cần phõn tớch.
Vật thểủược cấu tạo bởi cỏc nguyờn tử và cỏc phõn tử. Sự tương tỏc của chỳng với cỏc bức xạủiện từ rất khỏc nhau và cho cỏc hiệu ứng quang học khỏc nhau. Việc ủo cỏc hiệu ứng quang học này sẽ giỳp phõn tớch ủược cỏc chất. Dựa trờn hiệu ứng quang học khi vật chất tương tỏc với bức xạ ủiện từ cú thể chia cỏc phương phỏp quang học thành hai nhúm chớnh:
- Cỏc phương phỏp quang phổ, là cỏc phương phỏp dự trờn sự trao ủổi năng lượng giữa vật chất và bức xạủiện từ.
- Cỏc phương phỏp khụng quang phổ, là cỏc phương phỏp dựa trờn sự thay ủổi một số tớnh chất quang học của bức xạủiện từ dưới tỏc ủộng của vật chất cần nghiờn cứu, song, năng lượng của bức xạủiện từ khụng bị thay ủổi.
a. Cỏc phương phỏp quang phổ
Bức xạ ủiện từ (ỏnh sỏng) là khỏi niệm rất rộng gồm tập hợp của cỏc hạt photon (hạt ỏnh sỏng, tia ỏnh sỏng) cú năng lượng khỏc nhau. Xếp theo năng lượng của tia bức xạủiện từ từ cao xuống thấp cao sẽ cú cỏc loại tia chớnh sau: tia vũ trụ, tia dz , tia rơnghen, tia tử ngoại, ỏnh sỏng nhỡn thấy, tia hồng ngoại, bức xạ nhiệt, súng vụ tuyến, súng raủio…
Vật chất nghiờn cứu luụn chứa cỏc hạt electron, proton, neutron. ở trạng thỏi bỡnh thường, cỏc hạt này luụn nằm trờn cỏc quĩ ủạo xỏc ủịnh phụ thuộc vào năng lượng của nú, nhưng khi nú nhận thờm năng lượng (bức xạủiện từ, nhiệt, cụng…) nú cú thể thay ủổi quĩ ủạo và hậu quả là dẫn ủến cỏc hiệu ứng quang học tiếp theo, ủú là vật chất hấp thụ bức xạ ủiện từ hoặc phỏt ra bức xạủiện từ. Khi vật chất hấp thụ bức xạ ủiện từ sẽ tạo ra quang
phổ hấp thụ, cũn khi vật chất phỏt ra bức xạ ủiện từ sẽ tạo ra quang phổ phỏt xạ. Tuỳ theo bức xạ ủiện từ mà vật chất hấp thụ hoặc phỏt ra cú thể ủo ủược, ủó xõy dựng cỏc phương phỏp ủo như: quang phổ hấp thụ rơnghen, quang phổ phỏt xạ rơnghen, quang phổ hấp thụ nguyờn tử, quang phổ phỏt xạ nguyờn tử, quang phổ hấp thụ phõn tử vựng tử ngoại và khả kiến, quang phổ huỳnh quang, quang phổ hấp thụ hồng ngoại, phương phỏp cộng hưởng từ hạt nhõn.
b. Cỏc phương phỏp khụng quang phổ
Ngoài năng lượng của mỡnh bức xạ ủiện từ cũn cỏc tớnh chất khỏc như hướng truyền, mặt phẳng truyền của nú. Khi bức xạ chuyển từ mụi trường này sang mụi trường khỏc cỏc tớnh chất này cũng thay ủổi theo, tạo ra cỏc hiệu ứng quang học như sự chiết quang, sự phõn cực quang. Việc ủo cỏc hiệu ứng này cho cỏc phương phỏp: phương phỏp ủo chiết quang và phương phỏp ủo phõn cực.
1.2. Nhúm cỏc phương phỏp ủiện từ
Dựa trờn việc theo dừi cỏc tớnh chất ủiện, từ của hệ cần phõn tớch hoặc tương tỏc của cỏc chất cần phõn tớch với cỏc ủại lượng ủiện từ, từủú cho cỏc phương phỏp ủo ủiện và cỏc phương phỏp ủo từ.
Phương phỏp ủo ủiện dựa trờn cỏc quỏ trỡnh vật lớ, húa học xảy ra trờn ủiện cực và trong dung dịch giữa hai ủiện cực. Cỏc quỏ trỡnh này gắn liền với sự biến ủổi cỏc ủại lượng vật lớ như: ủiện thế (E), dũng ủiện (I, i), ủiện trở (R), ủiện dung (C), trở khỏng (L), ủộ dẫn ủiện (S)… Những ủại lượng vật lớ kể trờn ủều liờn quan ủến nồng ủộ và bản chất của chất phõn tớch. Thụng qua việc ủo cỏc ủại lượng vật lớ này cú thể xỏc ủịnh ủược thành phần ủịnh tớnh, thành phần ủịnh lượng cỏc chất cần phõn tớch trong hệ. Dựa vào mối quan hệ của ủại lượng vật lớ ủo ủược với chất cần phõn tớch ủó xõy dựng nhiều phương phỏp ủo ủiện khỏc nhau: phương phỏp ủo ủiện thế, phương phỏp cực phổ, phương phỏp von – ampe, phương phỏp ủiện khối lượng, phương phỏp ủo ủộ dẫn ủiện, phương phỏp ủiện di…
1.3. Nhúm cỏc phương phỏp tỏch
ðại bộ phận cỏc phương phỏp phõn tớch hoỏ học và nhiều phương phỏp phõn tớch cụng cụ cần cú sự tỏch cỏc phần gõy nhiễu trước khi tiến hành cỏc phộp ủo. Cú thể tỏch chất gõy nhiễu hoặc thành phần cần phõn tớch ra khỏi hỗn hợp. Phương phỏp tỏch khụng chỉ loại bỏ thành phần gõy nhiễu mà cũn cú thể làm giàu mẫu.
Cỏc phương phỏp tỏch thụng dụng là phương phỏp kết tủa, phương phỏp ủiện phõn, phương phỏp chưng cất, phương phỏp chiết, phương phỏp sắc kớ.
1.4. Nhúm cỏc phương phỏp nhiệt
Dựa trờn sự phõn huỷ hoặc chuyển cấu trỳc của chất cần phõn tớch dưới sự tỏc ủộng của nhiệt. Nhiệt ủộ mà ở ủú diễn ra phản ứng hoỏ học gọi là nhiệt ủộ phõn huỷ, nhiệt ủộ chuyển hoỏ, nú biểu thị yếu tố ủịnh tớnh của chất cần phõn tớch. Khối lượng vật chất bị mất ủi do sự phõn huỷ bởi nhiệt cho biết yếu tốủịnh lượng của vật cần phõn tớch.
Trong khuụn khổ cho phộp của giỏo trỡnh, dưới ủõy chỉ trỡnh bày về nguyờn tắc của cỏc phương phỏp hấp thụ vựng tử ngoại và ỏnh sỏng nhỡn thấy, phương phỏp ủo ủiện thế và phương phỏp chiết.
2. PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ VÙNG TỬ NGOẠI VÀ ÁNH
SÁNG NHèN THẤY
Trong tự nhiờn, cỏc phõn tử luụn luụn cú cỏc dạng chuyển ủộng: chuyển ủộng quay của cỏc phõn tử, dao ủộng của cỏc electron liờn kết, sự chuyển orbitan của electron trong phõn tử. Ứng với cỏc dạng chuyển ủộng sẽ cú cỏc dạng năng lượng tương ứng ủặc trưng cho phõn tử. Giữa cỏc dạng chuyển ủộng, nếu so sỏnh ủộ lớn năng lượng thỡ cú:
Năng lượng chuyển ủộng quay (Er) nhỏ hơn năng lượng dao ủộng (Eo) và năng lượng chuyển dịch orbitan (Ee): Er<E0<Ee.
Năng lượng của tia tử ngoại và ỏnh sỏng nhỡn thấy tương ủương với năng lượng Ee, nờn nú tạo nờn sự dịch chuyển electron từ orbian này sang orbitan khỏc (thay ủổi trạng thỏi orbitan) tạo nờn quang phổ. Khi vật chất hấp thụ bức xạủiện từ cú quang phổ hấp thụ vựng tử ngoại và khả kiến, thường ủược gọi là quang phổ hấp thụ dịch chuyển
electron. Vựng ỏnh sỏng tử ngoại và ỏnh sỏng nhỡn thấy gồm cỏc súng cú bước súng từ 200 – 800 nm (2000 – 8000 AO) cú năng lượng ủủủể kớch thớch cỏc electron liờn kết dịch chuyển từ orbitan liờn kết sang orbitan phản liờn kết.
Vựng ỏnh sỏng này ủược chia thành 3 vựng nhỏ với cỏc bước súng ỏnh sỏng (λ) khỏc nhau:
- Bước súng <200nm - vựng tử ngoại chõn khụng
- Bước súng từ 200 ủến 400nm - vựng tử ngoại gần
- Bước súng từ 400 ủến 800nm - vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy.
Thụng thường hay sử dụng vựng ỏnh sỏng tử ngoại và ỏnh sỏng nhỡn thấy, vỡ dễ khống chếủiều kiện ủo. Phương phỏp ủo với dải bức xạủiện từ cú cỏc bước súng từ 400 ủến 800nm cũn ủược gọi là phương phỏp trắc quang so màu hay ngắn gọn là phương phỏp so màu.
Phương phỏp so màu dựa trờn sự chuyển thành phần xỏc ủịnh thành hợp chất hấp thụ ỏnh sỏng ở vựng nhỡn thấy rồi ủo lượng hấp thụ ỏnh sỏng, từ ủú suy ra hàm lượng thành phần cần phõn tớch.
2.1. Cơ sở lớ thuyết của phương phỏp so màu a. ðịnh luật Bugơ - Lambe- Bia a. ðịnh luật Bugơ - Lambe- Bia
Giả sử tồn tại một mụi trường ủồng nhất cú chiều dày là l chứa chất màu cú khả năng hấp thụ ỏnh sỏng. Cho tia sỏng ủơn sắc cú bước súng λ và cường ủộ Io ủi qua mụi trường ủú (tia sỏng này khụng bị phản xạ, khỳc xạ và tỏn xạ). Sau khi bị mụi trường hấp thụ, dũng sỏng yếu ủi và chỉ cũn cường ủộ I. Quan hệ giữa Io và I ủược xỏc ủịnh theo ủịnh luật Bugơ - Lambe- Bia:
I/Io=10-εlC (IV- 1)
ðặt A = -lg I/Io và gọi là ủộ hấp thụ quang, thỡ:
A = εlC (IV- 2) Trong ủú: - ε là hệ số hấp thụ nồng ủộ, hệ số này chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất màu và bước súng ỏnh sỏng hấp thụ, nếu nồng ủộ C ủược tớnh bằng mol/lớt thỡ ε là hệ số hấp thụ phõn tử gam và thường khụng lớn hơn 2.105, nếu C tớnh bằng nồng ủộ % thỡε là hệ số hấp thụ %…
- l là chiều dày của tầng hấp thụ ỏnh sỏng, ủo bằng cm, - C là nồng ủộ chất màu, cú thể là nồng ủộ M, %, mg/ml…
Như vậy, ủịnh luật Bugơ - Lambe - Bia phỏt biểu như sau: ủộ hấp thụ quang của
dung dịch hấp thụ màu là tỉ lệ thuận với chiều dày của tầng hấp thụ màu và nồng ủộ chất màu cú trong tầng ủú.
ðịnh luật Bugơ - Lambe - Bia cũn ủược gọi là ủịnh luật Lambe - Bia, ủộ hấp thụ quang A cũn ủược gọi bằng một thuật ngữ khỏc ủú là mật ủộ quang D.