Chương 12 Phân tích trọng lượng
12.4. Phạm vi áp dụng phương pháp phân tích trọng lượng kết tủa
Tóm tắt nội dung chương 12
***
Trong phương pháp phân tích trọng lượng, khối lượng chất phân tích thường được suy ra từ khối lượng của một sản phẩm đã biết. Phương pháp trọng lượng thông dụng nhất là kết tủa ion cần phân tích bằng một ion đối.
Kích thước của kết tủa thu được rất quan trọng vì hạt càng nhỏ càng khó lọc, dễ mất khi lọc, dễ bị nhiễm bẩn. Kích thước hạt kết tủa phụ thuộc vào bản chất của kết tủa.
Những kết tủa có độ hòa tan vô cùng nhỏ như các hydroxide của nhôm, sắt, các sunfide kim loại chuyển tiếp thì khuynh hướng tạo hạt keo có kích thước rất nhỏ mà mắt thường không thấy được.
Yếu tố khác là cách tiến hành thực nghiệm khi thực hiện phản ứng kết tủa. Khi tiến hành kết tủa cần giảm số lượng mầm kết tính xuống để mỗi mầm có cơ hội phát triển thành hạt có kích thước lớn.
Để giảm số lượng mầm kết tinh thì cần giảm độ quá bão hòa tương đối của dung dịch và việc tiến hành thực nghiệm cần: (1) tăng nhiệt độ dung dịch tạo kết tủa, (2) thêm thuốc thử tạo tủa chậm và khuấy
mạnh, (3) tiến hành kết tủa trong điều kiện dung dịch mẫu và dung dịch thuốc thử loãng, (4) điều chỉnh pH phù hợp.
Các kết tủa thu được vẫn nằm trong dung dịch được đun cách thủy để thúc đẩy sự lớn lên của các hạt và sự kết tinh lại. Các kết tủa sau đó được lọc và rửa, nhiều trường hợp phải rửa bằng dung dịch chất điện ly trơ dễ bay hơi để ngăn sự pepti hóa.
Kết tủa thu được sau khi lọc được đem sấy đến khô hoặc đem nung ở nhiệt độ thích hợp đến khi có thành phần xác định không đổi.
Lượng cân của sản phẩm này được sử dụng để tính toán số mol của chất phân tích chứa trong mẫu ban đầu, nghĩa là tính được hàm lượng của nó.
Để tăng độ nhạy trong phân tích định lượng các kim loại, các thuốc thử hữu cơ có khối lượng phân tử lớn và có khả năng tạo kết tủa với các ion kim loại được sử dụng để thu được lượng kết tủa lớn hơn nhiều so với dùng thuốc thử tạo tủa là các chất vô cơ.
Câu hỏi và Bài tập
12-1. Trong phương pháp phân tích trọng lượng bằng phản ứng kết tủa thì kết tủa cần thỏa mãn các điều kiện gì?
12-2. Tại sao khi tiến hành kết tủa trong phương pháp phân tích trọng lượng thì độ quá bảo hòa tương đối của dung dịch càng nhỏ càng tốt?
12-3. Cho biết để thu được kết tủa tinh thể hạt lớn thì cần tiến hành thực nghiệm như thế nào và giải thích tại sao?
12-4. Tại sao nhiều kết tủa keo được rửa bằng dung dịch chứa chất điện ly trơ mà không phải là nước cất? Ví dụ rửa kết tủa Al(OH)3 bằng dung dịch NH4Cl.
12-5. Tại sao trong phân tích trọng lượng việc kết tủa lại cần được tiến hành trong một số trường hợp?
12-6. Một mẫu quặng magnetite, Fe3O4, được phân tích bằng cách hòa tan 1,521 g mẫu trong dung dịch HCl đặc. Sau khi thêm
HNO3 để oxi hóa Fe2+ lên Fe3+, dung dịch thu được đem pha loãng với nước rồi thêm NH3 để kết tủa hết ở dạng Fe(OH)3. Sau khi lọc và rửa, rồi đem đi nung thu được 0,832 g Fe2O3
nguyên chất. Tính % khối lượng của Fe3O4 trong mẫu.
12-7. Lấy 0,6113 g mẫu hợp kim chứa Al, Mg, và một số kim loại khác đem hòa tan rồi cho Al3+ và Mg2+ kết tủa hết với 8- hydroxyquinoline. Sau khi lọc, rửa và sấy khô thì thu được 7,8154 g Al(C9H6NO)3và Mg(C9H6NO)2. Còn nếu đem nung lượng kết tủa này thì thu được 1,0022 gam hỗn hợp Al2O3 và MgO. Tính % khối lượng Al và Mg trong mẫu hợp kim.
12-8. Cân 0,1486 g một mẫu Na3PO3 không tinh khiết rồi đem hòa tan trong 25 ml nước. Cho từ từ từng giọt vào dung dịch được điều chế từ 50 ml dung dịch HgCl2 3 % w/v, 20 ml dung dịch sodium acetate 10 % w/v và 5 ml acetic acid băng. Khi đó PO33–
bị oxi hóa thành PO43– và thu được kết tủa Hg2Cl2. Sau khi lọc rửa kết tủa Hg2Cl2 và cân thu được 0,4210 g. Tính phần trăm khối lượng của Na3PO3 trong mẫu.
12-9. Một mẫu pyrite sắt không nguyên chất có khoảng 90 – 95%
w/w FeS2 được đem phân tích bằng cách oxi hóa lưu huỳnh thành SO42– và kết tủa nó dưới dạng BaSO4. Hỏi bao nhiêu gam mẫu cần lấy đem phân tích để tạo được tối thiểu 1 g BaSO4? 12-10. Một mẫu có chứa KCl, NaCl, và NH4Cl được đem phân tích
bằng phương pháp trọng lượng bằng cách thêm dư AgNO3 và kết tủa dưới dạng AgCl. Hỏi cần lấy thể tích tối thiểu dung dịch AgNO3 5 % w/v để kết tủa hoàn toàn Cl- trong 0,5 g mẫu?
12-11. Một mẫu phèn nhôm K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O được đem phân tích để xác định độ tinh khiết bằng cách hòa tan 1,228 g mẫu và kết tủa dưới dạng Al(OH)3. Sau khi lọc, rửa, sấy, nung thu được 0,126 g của Al2O3. Tính độ tinh khiết của mẫu phèn nhôm trên.
12-12. Để xác định hàm lượng sắt trong một mẫu thực phẩm chức năng, 20 viên thuốc được lấy ngẫu nhiên có khối lượng tổng cộng là 21,403 g được đem nghiền nhỏ thành bột mịn. Cân
2,996 g mẫu đem đi hòa tan và cho kết tủa hết dưới dạng Fe(OH)3. Kết tủa được lọc, rửa sấy và nung đến khối lượng không đổi Fe2O3, thu được 0,342 g. Tính hàm lượng Fe trong mẫu thực phẩm chức năng trên theo lượng gam FeSO4.7H2O trên một viên thuốc.
12-13. Nồng độ của arsen trong một loại thuốc trừ sâu được xác định bằng phương pháp phân tích trọng lượng. Arsen được kết tủa hết dưới dạng MgNH4AsO4và nung chuyển hóa thành Mg2As2O7. Xác định % w/w As2O3 trong một mẫu 1,597 g thuốc trừ sâu nếu mẫu này tạo nên 104.8 mg Mg2As2O7. 12-14. Số nhóm chức ethoxy (CH3CH2O–) trong một hợp chất hữu cơ
được xác định theo hai phương trình phản ứng sau đây:
R(OCH2CH3)x + xHI →R(OH)x + xCH3CH2I CH3CH2I + Ag+ + H2O →AgI(r) + CH3CH2OH
Một mẫu 36,92 mg của một hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử 176 đ.v.C được xử lý theo cách trên tạo thành 0.1478 g AgI. Hỏi có bao nhiêu nhóm chức có trong mỗi phân tử của hợp chất này?
12-15. Một mẫu 0,517 g chứa hỗn hợp K2SO4 và (NH4)2SO4 được hòa tan trong nước và được xử lý bằng BaCl2 để kết tủa SO42– dưới dạng BaSO4. Kết tủa thu được đem lọc, rửa sạch và sấy khô đến khối lượng không đổi tạo 0,861 g BaSO4. Tính % w/w K2SO4
trong mẫu trên?
12-16. Một mẫu 37,93 mg potassium ozonide, KO3, được nung nóng 70oC trong 1 giờ, thấy khối lượng giảm 6,85 mg. Một mẫu 30,1 mg KO3 không tinh khiết khi nung trong cùng điều kiện như trên thấy khối lượng giảm 4,72 mg. Tính % w/w KO3 trong mẫu không tinh khiết?
12-17. Hàm lượng nước của 0,881 g mẫu phomat được xác định trong một máy phân tích độ ẩm. Hỏi % w/w H2O trong mẫu phomat này nếu khối lượng cuối cùng là 0,551 g?
12-18. Một mẫu đá silicate nặng 0,405 g được đem hòa tan và được xử lý thu được 0,135 g hỗn hợp của NaCl và KCl. Hỗn hợp muối clorua này được hòa tan trong hỗn hợp ethanol và nước, được xử lý bằng HClO4 thu được kết tủa 0,0286 g KClO4. Tính % w/w Na2O trong mẫu đá trên?
12-19. Một mẫu 0,366 g hợp kim đồng và kẽm được hòa tan trong dung dịch HNO3 8 M và được pha loãng thành 100 ml trong bình định mức. Trong một phép phân tích, lấy 25,00 ml từ bình định mức rồi đem xử lý để kết tủa kẽm thành ZnNH4PO4, và sau đó chuyển nó thành Zn2P2O7, tạo ra 0,058 g. Lấy 25,00 mlkhác rồi đem xử lý để kết đồng dưới dạng CuSCN, tạo 0,147 g. Tính % w/w Zn và % w/w Cu trong mẫu trên.
12-20. Một phương pháp xác định phophat, PO43– là kết tủa nó dưới dạng ammonium phosphorus molybdate, (NH4)3PO4.12MoO3. Lọc lấy kết tủa rồi hòa tan trong acid và kết tủa molybdate dưới dạng PbMoO3. Giả sử ta biết các mẫu có chứa ít nhất 13,5 % w/w Na3PO4 và cần phải tạo ra tối thiểu một lượng 0,500 g của PbMoO3? Hỏi cần lấy tối thiểu lượng mẫu là bao nhiêu để thỏa mãn các yêu cầu trên?
12-21. Một mẫu 101.3 mg một hợp chất hữu cơ chứa Cl được đốt cháy trong O2 và các khí bay hơi được thu giữ bằng các ống hấp phụ.
Ống hấp phụ CO2 thấy tăng lên 167.6 mg và ống hấp phụ H2O tăng 13,7 mg. Một mẫu thứ hai 121,8 mg được xử lý bằng HNO3 tạo ra Cl2, rồi cho tác dụng với Ag+ tạo 262,7 mg AgCl.
Xác định thành phần % của hợp chất và công thức nguyên của nó.
12-22. Một mẫu xỉ từ lò nung được phân tích SiO2 bằng cách phân hủy 0,5003 g mẫu bằng HCl dư thấy còn lại 0,1414 g cặn không tan.
Cặn này sau đó được xử lý bằng HF và H2SO4 để làm bay hơi SiF4, cặn còn lại có khối lượng 0,0183 g. Tính % w/w SiO2
trong mẫu trên.