Sáng kiến kinh nghiệm Chuẩn độ kết tủa

Sáng kiến kinh nghiệm Chuẩn độ kết tủa 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 A PHẦN MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 2 2 Mục đích nghiên cứu 2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2 5 Những điểm mới của SKKN 2 B NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 3 Chương 1 Cơ sở lý luận liên quan đến SKKN 3 I Đặc điểm chung của chuẩn độ kết tủa 5 II Một số phương pháp chuẩn độ kết tủa 5 Chương 2 Vận dụng lý thuyết chuẩn độ kết tủa trong bồi dưỡng học sinh giỏi 9 I Xác định nồng độ các chất dựa vào chuẩn độ kết tủa 9 II Sai số[.]

MỤC LỤC MỤC LỤC……….1

A PHẦN MỞ ĐẦU:……….1

1 Lý do chọn đề tài:……… 2

2 Mục đích nghiên cứu:……… 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:……… 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:……… ….2

5 Những điểm mới của SKKN……… 2

B NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI:……… 3

Chương 1: Cơ sở lý luận liên quan đến SKKN:……… 3

I Đặc điểm chung của chuẩn độ kết tủa:……… 5

II Một số phương pháp chuẩn độ kết tủa:………5

Chương 2: Vận dụng lý thuyết chuẩn độ kết tủa trong bồi dưỡng học sinh giỏi…… 9

I Xác định nồng độ các chất dựa vào chuẩn độ kết tủa………9

II Sai số trong chuẩn độ kết tủa:……….11

Chương 3: Hệ thống bài tập trong các đề thi……… 12

I Đề thi học sinh giỏi quốc gia:……… 12

II Đề thi chọn đội tuyển Olymipc hóa học Quốc tế……… 15

III Bài tập chuẩn bị và đề thi Olymipc Quốc tế:………16

Chương 4: Hệ thống đề kiểm tra……….…19

Chương 5: Thực trang của SKKN……… 20

1 Phạm vi nghiên cứu:……… 20

2 Thực trạng của SKKN:……… 20

3 Nguyên nhân của thực trạng:……… 20

Chương 6: Biện pháp, giải pháp chủ yếu để thực hiện đề tài:……….20

1 Cơ sở đề xuất các giải pháp:……… 21

2 Các giải pháp chủ yếu:……… 21

3 Tổ chức triển khai thực hiện:……… 21

C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 21

1 Kết luận:……… …21

2 Kiến nghị:……… 21

D PHẦN ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CÁC CẤP:……….…22

TÀI LIỆU THAM KHẢO:……… …22

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA

Người thực hiện: Trương Quang Đạo Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Hóa học

Thanh Hóa năm 2017

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Bài tập về hóa học phân tích với chuẩn độ kết tủa là những vấn đề thường gặp trong các kỳ thi chọn học sinh giỏi (HSG) cấp tỉnh, cấp quốc gia, hay trong

kỳ thi Olympic Hóa học Quốc tế (IchO) Nhằm mục đích có thêm tài liệu phục

vụ cho việc giảng dạy, bồi dưỡng HSG và làm tài liệu phục vụ cho việc tự nghiên cứu của học sinh Tôi xin giới thiệu chuyên đề “ CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA”

2 Mục đích nghiên cứu:

Việc nghiên cứu nội dung này nhằm mục đích tự bồi dưỡng chuyên môn

cá nhân, làm tài liệu để giảng dạy, bồi dưỡng HSG, hoặc làm tài liệu tự học cho học sinh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu về lý thuyết và vận dụng các phương pháp chuẩn độ kết tủa thông qua các bài tập cho trong các kỳ thi học sinh giỏi các cấp, qua đó phân loại hệ thống các dạng bài tập

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Làm nổi bật một số vấn đề lý thuyết và vận dụng các phương pháp chuẩn

độ kết tủa vào làm các bài tập hóa phân tích Giúp các em có kiến thức tổng quát

để giải quyết các bài toán trong các đề thi chọn HSGQG và QT

5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm :

Dùng để bồi dưỡng sâu về phần chuẩn độ kết tủa cho học sinh thi HSGQuốc Gia, chọn vòng 2 dự thi olympic Quốc Tế và thi Quốc Tế môn hóa học

B NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG I: CƠ SƠ LÝ LUẬN

I Đặc điểm chung của chuẩn độ kết tủa

1 Nguyên tắc chung

Nguyên tắc chung của phương pháp chuẩn độ thể tích là dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ đã biết phản ứng với một thể tích xác định dung dịch của chất có nồng độ chưa biết cần xác định Cách xác định nồng

độ dung dịch đó gọi là sự chuẩn độ

2 Phương pháp chuẩn độ kết tủa

Phương pháp chuẩn độ kết tủa là phương pháp chuẩn độ thể tích dựa trên

sự tương tác giữa các ion trong dung dịch để tạo thành các chất kết tủa và được dùng để định lượng chúng Nói cách khác phản ứng chuẩn độ là phản ứng tạo thành các chất kết tủa

Ví dụ: Chuẩn độ ion Cl- trong dung dịch bằng phản ứng tạo kết tủa với ion Ag+ theo phương trình phản ứng

Ag+ + Cl-  AgCl  Khi đó dựa vào lượng Ag+đã biết để xác định nồng độ ion Cl- trong dung dịch

3 Những đặc điểm của phản ứng chuẩn độ kết tủa

Điều kiện chung của phản ứng chuẩn độ thể tích

- Tốc độ phản ứng phải đủ lớn

- Phản ứng chuẩn độ phải xảy ra đúng hệ số hợp thức của phương trình phản ứng Các phản ứng phụ xảy ra không được ảnh hưởng đến phản ứng chuẩn

độ

- Phải có chất chỉ thị thích hợp cho phép xác định tương đối chính xác điểm tương đương

Mặc dù có vô số các phản ứng tạo thành hợp chất ít tan song số phản ứng dùng được trong phân tích chuẩn độ thì hết sức hạn chế Sở dĩ vậy là do trong các dung dịch loãng nhiều phản ứng tạo thành chất kết tủa xảy ra rất chậm Đặc biệt là ở khu vực gần điểm tương đương khi nồng độ các chất phản ứng rất bé thì tốc độ phản ứng rất thấp không thể thỏa mãn được yêu cầu của phân tích thể tích

Mặt khác, các phản ứng tạo kết tủa cũng thường kèm theo các quá trình phụ làm sai lệch tính hợp thức của phản ứng (ví dụ như sự hấp thụ, cộng kết, tạo

dung dịch rắn…) Trên thực tế, người ta cũng đã sử dụng nhiều cách khác nhau

để tăng độ chính xác của phép chuẩn độ kết tủa như: Thay đổi dung môi hoặc giảm độ phản cực dung môi, chuẩn độ ngược…

Trên thực tế, chúng ta chỉ dùng được một số ít các phản ứng kết tủa trong phân tích chuẩn độ, trong đó quan trọng nhất là phản ứng kết tủa bằng AgNO3

4 Đường độ chuẩn.

Xét phép chuẩn độ V0 ml dung dịch NaCl C0 mol/1 bằng dung dịch AgNO3 C mol/l

Các quá trình xảy ra bao gồm:

- Phản ứng kết tủa

Ag+ + Cl- € AgCl  K = 101 +10,0

s



- Phản ứng tạo thành phức Hiđroxo của ion Ag+

Ag+ + H2O € AgOH + H+ = 10 -11,7

Để tiện cho khi tính đường chuẩn độ ta dùng tích số tan điều kiện :

Ks = [Ag+]’.[ CL-]’ (1.33)

ở đây: [Ag+]’ = [Ag+] + [AgOH] = [Ag+](1+ h -1) = [Ag+] 1

Ag

 

[Cl-]’ = [Cl]

s

s Ag

K

 

phụ thuộc pH của dung dịch

Ag

 

Theo định luật bảo toàn nồng độ ta có:

CAg+ = = [Ag+]’ + nAgCl (1.35)

0

CV

V V

CCl- = 0 0 = [Cl-] + nAgCl (1.36)

0

C V

V V

Ở đây, nAgCl là số mol AgCl đã kết tủa trong 1 lít dung dịch

Trừ (1.35) cho (1.36) ta có:

0

.

CV C V

V V





Từ (1.37) ta rút ra: [Ag+]’ - [Cl-] 0 -1 = P-1=q

0 0 0

. o

V V C V

C V C V

  Với q là sai số chuẩn độ

Vì: [Cl-] = ' nên

[ ]

s

K

Ag

[Ag+]’ - [Cl-] 0 = = P - 1 = q (1.38)

0 0

V V

C V

[ ]

[ ]

K Ag

Ag







0

0 0

V V

C V



Phương trình (1.38) được dùng để tính đường chuẩn độ tại bất kỳ thời điểm nào Khi gần điểm tương đường thì 0 0

0 V 0 0

V V C C

  

Nên ta có: ' = P - 1 - q

' [ ]

[ ]

K Ag

Ag





0 0

C C

C C



5 Bước nhảy chuẩn độ.

Khi gần đến điểm tương đương, sự thay đổi nhỏ về thể tích của dung dịch chuẩn dẫn đến sự tăng hoặc giảm mạnh nồng độ của các chất trong phản ứng chuẩn độ Giai đoạn bắt đầu và kết thúc sự thay đổi đó được gọi là bước nhảy chuẩn độ

Từ biểu thức sai số chuẩn độ q = P - 1 = ' 0

'

0

[ ]

[ ]

C C K

Ag

Ag C C







Nếu chấp nhận rằng bước nhảy chuẩn độ ứng với giá trị sai số chuẩn độ là

q = 0,2% thì khi  nồng độ các chất càng lớn, tích số tan càng nhỏ, bước nhảy chuẩn độ sẽ càng lớn

Tương tự trong phép chuẩn độ trên với sai số chuẩn độ là q = 0,2% thì  bước nhảy chuẩn độ tương ứng với pAg’ = 6 - 4 hay pCl = 4 - 6

II Một số phương pháp chuẩn độ kết tủa

1 Phương pháp Mohr

a Cơ sở của phương pháp

Trong phương pháp Mohr, K2CrO4 được sử dụng để xác định điểm tương đương của phép chuẩn độ các ion halogenua bằng AgNO3 Tại điểm dừng chuẩn

độ có xuất hiện kết tủa đỏ nâu của Ag2CrO4

Độ nhạy của chất chỉ thị phụ thuộc nhiều vào các yếu tố trong đó quan trọng là nồng độ của chất chỉ thị, pH của dung dịch và nhiệt độ

Khi phản ứng gần đến điểm tương đương, xảy ra các phản ứng

Ag+ + X- AgX  Ks

2Ag+ + CrO 2 Ag2CrO4 (vàng nâu) Ks2 = 10-11,89

4

Để có kết tủa Ag2CrO4xuất hiện đúng điểm tương đương của phép chuẩn độ thì:

10-11.89 (1.39)

2 4

2 2

2 2

[X ]

sAg CrO

sAgX

CrO

sAgX CrO

K

K

C



Từ biểu thức (1.39) khi tích số tan của AgX càng nhỏ thì nồng độ CrO2

4



càng lớn Do đó trên thực tế, K2CrO4 thích hợp dùng làm chất chỉ thị cho phép chuẩn độ ion Cl-

Giả sử trong phép chuẩn độ dung dịch NaCl 0,100M bằng dung dịch AgNO3 0,100M, tại điểm tương đương, [Cl-] = 1,00.10-5M Khi đó nồng độ CrO phải có mặt để xuất hiện kết tủa Ag2CrO4 là:

2

4



CCrO2 = 10 = 1,29.10-2M

4

10 2

(1, 00.10 ) (10 )





11,89



Tuy nhiên ở nồng độ này, màu vàng đậm của ion CrO sẽ cản trở việc 2

4



nhận ra màu đỏ nâu của Ag2CrO4 Thực tế thường dùng là dung dịch K2CrO4 5.10-3 M (độ 1-2ml K2CrO4 5% đối với 100,0ml hỗn hợp chuẩn độ)

Nếu với nồng độ của K2CrO4 5.10-3 M thì độ nhạy của ion Ag+ cần đề xuất hiện màu đỏ nâu rõ của kết tủa Ag2CrO4 là (3-4).10-5M Trong điều kiện này

2Ag+ + CrO 2 Ag2CrO4 Ks2 = 10-11,89

4

C 4.10-5 5.10-3

2x (4,98.10-3 + x)

 

Ks2 = [Ag+]2 [CrO ] = (2x)2 2 (4,98.10 + x) = 10-11,89

4

Chấp nhận rằng: x << 4,98.10-3  2x = 10 11,89 3 = 1,61.10-5M

4, 98.10





Nếu không tính đến lượng Ag+ đã đi vào kết tủa Ag2CrO4 thì sai số mắc phải khi chuẩn độ dung dịch NaCl 0,100M bằng dung dịch AgNO3 0,100M là:

10

0

10 0,1 0,1

[ ] 1, 6.10 0,1.0,1

C C K

Ag

Ag C C



Nếu chuẩn độ dung dịch NaCl 0,010M bằng dung dịch AgNO3 0,010M thì sai số mắc phải là 0,2%

b Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả chuẩn độ

Ảnh hưởng của pH dung dịch

Khi tăng pH của dung dịch dẫn đến sự xuất hiện của kết tủa Ag2O

2Ag+ + 2OH- Ag2O + H2O K = 1015,4

Khi đó sự xuất hiện kết tủa Ag2CrO4 sẽ đồng thời cùng với sự xuất hiện kết tủa Ag2O

[OH-]  10 15,42 1015,45 2 = 5.10-4tương ứng với pH 10,7

[Ag ] (4.10 )



Trong khi đó, khi pH của dung dịch thấp, dẫn đến sự tăng độ tan của

Ag2CrO4 do quá trình

Ag2CrO4 2Ag+ + CrO 2 (1) Ks = 10-11,89

4



CrO + H2 + HCrO (2) K = 106,5

4



4

a



Khi đó độ tan của Ag2CrO4 là: S = [ ]= [CrO ] + [HCrO ]

2

Ag 2

4



4



[CrO ] = S.2 4



2

.

a

CrO a

K

S

K h   



4

a



    

Do đó khi nồng độ H+ càng lớn thì độ tan càng giảm

Trên thực tế để đảm bảo độ chính xác cần thiết khi chuẩn độ dùng K2CrO4

là chất chỉ thị nên tiến hành trong khu vực pH từ 8 đến 10

2 Phương pháp Volhard

A Cơ sở của phương pháp

Phương pháp Volhard dựa vào việc chuẩn độ ion Ag+ bằng ion SCN- và dùng ion Fe3+ làm thuốc thử

Ag+ + SCN- AgSCN  K = 101 +11,96

s



Tại thời điểm gần cuối chuẩn độ xảy ra phản ứng:

Fe3+ + SCN- Fe(SCN)2+ (màu đỏ) 1g1 = 3,03

Giả sử chuẩn độ dung dịch KSCN 0,100M bằng dung dịch AgNO3, 0,100M tại thời điểm tương đương

[SCN-] = [Ag+] = 11,96 6M

10 1, 05.10

s

Khi đó để xuất hiện phức màu đỏ của Fe(SCN)2+ thì nồng độ của Fe(SCN)2+ là 9,00.10-6M

Khi đó: CFe 3 = 1 2 3,03 6 = 8,00.10-3M

6

[Fe(SCN) ] 9, 00.10

[SCN ] 1, 05.10

Thông thường, khi chuẩn độ 100,0ml dung dịch KSCN 0,100M bằng dung dịch AgNO3, người ta thường cho 1 ml dung dịch phèn sắt (III), Fe(NH4)(SO4)2.12H2O, tương ứng với nồng độ 1,00M Khi đó

CFe3 = 1.1 3 < 8,10-3M

4, 975.10

100 100 1 M





 

Do đó, sự xuất hiện màu đỏ thường đi kèm với sai số dương khi chuẩn độ

b Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép chuẩn độ

(i) Sự tạo thành lớp điện kép

Khi chuẩn độ gần đến điểm tương đường kết tủa hấp thụ AgNO3, dưới dạng keo là AgSCN, Ag+ M NO , nên màu đỏ của phức Fe(SCN)2+ thường xuất

3



hiện trước điểm tương đương Do đó để sai số cần lắc mạnh dung dịch khi chuẩn

độ để chóng đạt cân bằng

(ii) Kết tủa cạnh tranh

Trong nhiều trường hợp để chuẩn độ các ion halogenua (Ví dụ Cl-), người

ta thường cho lượng dư dung dịch AgNO3 sau đó tiến hành chuẩn độ Ag+ dư bằng dung dịch KSCN Khi kết thúc chuẩn độ thì lượng dư SCN tác dụng với  ion Fe3+ cho màu đỏ của phức Fe(SCN)2+ Tuy nhiên, do độ tan của AgCl lớn hơn độ tan của AgSCN nên tại điểm cuối chuẩn độ sẽ xảy ra phản ứng giữa AgCl và CAN 

AgCl  Ag+ + Cl- (1) Ks = 10-10

Ag+ + SCN- AgSCN  (2) K = 101 +11,96

s



AgCl +SCN- AgSCN + Cl- (3) K = 101,96

Do đó muốn làm xuất hiện màu đỏ của phức Fe(SCN)2+ thì phải thêm một lượng thuốc thử SCN- lớn hơn lượng cần thiết Điều này gây ra sai số chuẩn độ Khi đó để tránh sai số người ta tiến hành bằng nhiều cách khác nhau:

- Lọc kết tủa AgCl sau khi đun sôi huyền phù trong vài phút nhằm đông

tụ keo AgCl và giải hấp hết ion Ag+ hoặc thêm KNO3làm chất đông tụ keo và đun sôi khoảng 3 phút trước khi lọc

- Thêm một dung môi hữu cơ không trộn lẫn với nước, ví dụ nitrobenzen, vào hỗn hợp trước khi chuẩn độ Ag+ dư bằng SCN- nhằm ngăn chặn tác dụng của AgCl với SCN-

- Tăng nồng độ Fe3+; khi tăng nồng độ Fe3+ dẫn đến sự xuất hiện màu đỏ của phức Fe(SCN)2+ cần một lượng SCN- nhỏ hơn và làm cho sai số của phép

chuẩn độ giảm xuống, tuy nhiên khi nồng độ Fe3+ quá lớn sẽ làm khó cho việc phát hiện ra màu đỏ phức Fe(SCN)2+

(iii) Phản ứng phụ

Khi chuẩn độ ion I- theo phương pháp Volhard thì phải cho Ag+ dư trước khi cho ion Fe3+ làm chỉ thị vì nếu không thì Fe3+ sẽ oxi hóa ion I-

2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2

(iv) Môi trường

Quá trình chuẩn độ phải được tiến hành trong môi trường axít để tránh sự tạo phức hiđroxo của ion Fe3+ Nồng độ axít (thường dùng là HNO3) không được

bé hơn 0,30M

CHƯƠNG II VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA TRONG BỒI

DƯỠNG HỌC SINH GIỎI.

I Xác định nồng độ các chất dựa vào chuẩn độ kết tủa

1 Đặc điểm:

Phản ứng chuẩn độ kết tủa cho thấy sự liên hệ trực tiếp giữa chất chuẩn và chất cần chuẩn Trên cơ sở đó, dựa vào thể tích và nồng độ chất chuẩn, chúng ta

có thể xác định được nồng độ của các chất cần chuẩn trong phản ứng chuẩn độ

đó Bên cạnh đó, với nhiều chất không thể xác định trực tiếp bằng phản ứng chuẩn độ kết tủa, chúng ta có thể sử dụng phương pháp chuẩn độ gián tiếp hoặc chuẩn độ ngược

2 Các bước tiến hành

(1) Xác định phản ứng chuẩn độ

(2) Thiết lập mối quan hệ giữa các chất trong phản ứng chuẩn độ từ đó xác định nồng độ các chất cần chuẩn độ

3 Một ví dụ minh họa

Ví dụ: Chuẩn độ 100,0ml dung dịch chứa NaBr bằng dung dịch AgNO3 0,100M Khi thể tích dung dịch AgNO3 là 40,0ml thì phản ứng đạt đến điểm tương đương

Xác định nồng độ mol/l của dung dịch NaBr

Phân tích: Dựa vào phản ứng chuẩn độ giữa Ag+với Br- ta có:

Ag+ + Br- AgBr  (1) K = 101 12>> 1

s



Phản ứng này hoàn toàn vì thế khi phản ứng đạt đến điểm tương đương thì

ta có:

nBr- = nAg+  CV = C0V0  100.C = 40.0,1  C = 0,040M

Nhận xét: Khi học sinh bắt đầu tiếp xúc với chuẩn độ kết tủa thì việc làm quen

với các khái niệm như phản ứng chuẩn độ, điểm tương đương là cần thiết Trong

ví dụ này, học sinh dựa vào phản ứng chuẩn độ và lượng chất chuẩn để từ đó xác định lượng chất cần chuẩn mà không cần quan tâm đến các yếu tố chi phối như: Sai số chuẩn độ, chất chỉ thị…điều này rất quan trọng khi học sinh nắm được mục đích của chuẩn độ là nhằm xác định nồng độ của chất cần chuẩn độ Từ ví

dụ này chúng ta có thể thực hiện các phép chuẩn độ kết tủa khác nhằm xác định nồng độ các chất trong dung dịch hoặc lượng của một chất nào đó trong hỗn hợp

Ví dụ 2: Cho NaCl dư vào 25,00ml dung dịch AgNO3 Lọc kết tủa, làm khô, cân được 0,4306 gam Mặt khác, nếu chuẩn độ 50,00ml dung dịch AgNO3trên thì hết 32,58ml dung dịch NH4SCN

Tính nồng độ mol/l của dung dịch AgNO3 và NH4SCN

Phân tích: Từ phản ứng giữa Ag+với Cl

-Ag+ + Cl- AgCl (1) K sl-1 = 1010.0 >>1

Khi lấy dư lượng Cl- thì lượng Ag+ trong dung dịch được kết tủa hoàn toàn Vì thế dựa vào khối lượng kết tủa thu được, ta xác định được số mol AgCl

và số mol Ag+từ đó xác định nồng độ Ag+ trong mẫu

Số mol AgCl =  0, 4306 = 3.10-3mol = 25.10-3 C = 0,12M

107,87 35, 45   Sau khi xác định được nồng độ Ag+, học sinh sử dụng kết quả đó để xác định nồng độ NH4SCN dựa vào phản ứng chuẩn độ sau:

Ag+ + SCN- AgSCN  (2) Ks2-1= 1011,96

Phản ứng (2) có hằng số cân bằng rất lớn phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Từ (2) CV = C 0V0  32,58.C= 50.0,12  C = 0,184M

Nồng độ của dung dịch NH4SCN là 0,184M

Ví dụ 3: Hòa tan 1,998 gam hỗn hợp Kl và KBr vào nước và pha loãng thành

500,0ml (dung dịch X) Chuẩn độ 25,00ml dung dịch X theo phương pháp Fajans thì hết 11,52ml dung dịch AgNO3 0,0568M

Mặt khác, lấy 50,0ml dung dịch X, chế hóa với chất oxi hóa để oxi hóa hết I- thành I2 và sau đó tách I2 bằng phương pháp chiết Chuẩn độ dung dịch còn lại thấy hết 7,10ml dung dịch AgNO3 0,0568M

Tính % KBr và KI trong hỗn hợp

Đáp số: %m KI = 51,96% %m KBr = 48,04%