đề thi môn phân tích định lượng

thi môn Phân Tích nh L ng

L p Hóa 2006, 06/01/2009, 9:15

Th i gian: 120 phút (không tính 5 phút đ c đ )

Câu 1 (4 đi m)

Acid oxalic, H 2 C 2 O 4 , là m t acid y u 2 ch c có pK a1 =1.25 và pK a2 = 4.27 đ c xem là m t

ch t chu n g c trong chu n đ acid baz Chu n đ dung d ch H 2 C 2 O 4 0.1N b ng NaOH 0.1N Hãy:

X Thi t l p đi u ki n chu n đ : Acid oxalic là acid y u 2 ch c có pK a2 – pK a1 = 3.02 < 4 nên không th chu n đ riêng r n c 1 và n c 2 v i đ chính xác 99% mà ph i chu n

t ng c hai n c 1+2 Vì v y khi xét đi u ki n chu n đ nên ch xét n c 2 mà thôi Do đây

là ch t g c dùng đ xác đ nh chính xác n ng đ NaOH nên đ chính xác yêu c u c a

ph n ng chu n đ ph i t i thi u là 99.9%: pK a2 + pC o + pD F=2 = 4.27 + 1 + 0.3 = 5.57 <

8 nên có th chu n đ chính xác n c 2 (t ng 2 n c) v i đ chính xác 99.9% 1.5 đ

X ng cong chu n đ

o F = 1.50 å pH = pK a2 = 4.27

o F = 1.99 å pH = pK a2 + 2 = 6.27

o F = 1.999 å pH = pK a3 + 3 = 7.27

o F = 2.000 å pH = 14 - 0.5 (pK b + pC o + pD F=2 ) = 8.335

o F = 2.001 å pH = 14 – (pC o + 3 + pD F=2.001 ) = 9.4

o F = 2.01 å pH = 14 – (pC o + 2 + pD F=2.01 ) = 10.4

o F = 3.00 å pH = 14 - (pC o + pD F=3 ) = 12.22 1.5 đ

X L a ch n ch t ch th:ch th thích h p nên có pT trong kho ng 7.27÷9.4 ( đ có đ chính xác đ n 99.9%): th ng ch n ch th phenolphthalein có pT = 9 hay ch th h n h p có

pT = 8.3 0.5 đ

X Sai s ch th: Ch c n tính cho 1 ch th 0.5 đ

o Phenolphthalein: pT = 9 > pH t ngđ ng å sai s th a

* 1 0 05 0

1 0 05 0

10

* 5 0 100

*

10

* 5 0

5 14

%

,

+

= +

+

≈

o o

pT OH

Ind

C C

C C

=0.015%.

% 0047 0 100

* 10

10

* 5 0 100

*

10

* 5

3 8

2

%

a

pT acid

oxalic Ind

K

Câu 2 (6 đi m)

Hàm l ng Fe trong m t m u thiên th ch đu c xác đ nh b ng chu n đ oxyhóa kh v i KMnO 4 Phân tích viên th c hi n phân tích l p 3 l n nh sau: hòa tan m i -g m u trong acid và dùng c t Walden kh đ nh l ng Fe 3+

v Fe 2+ Chu n đ b ng KMnO 4 v i h n h p b o v Zymmerman, t n V i mL

L n l p i Kh i l ng m u (m i ) Th tích KMnO 4 tiêu t n

(V i )

N ng đ KMnO 4 đ c xác đ nh b ng dung d ch chu n g c H 2 C 2 O 4 (0.1000 ± 0.0004)N Hút

10 mL dung d ch H 2 C 2 O 4 dung d ch chu n g c vào erlen, thêm 1 mL H 2 SO 4 đ c, đun nóng

đ n kho ng 70 o

C T buret ch a KMnO 4 , chu n ch m H 2 C 2 O 4 cho đ n khi dung d ch trong erlen có màu h ng b n trong 30s Ghi l y th tích KMnO 4 tiêu t n Chu n l p 4 l n đ c th tích KMnO 4 tiêu t n là: 8.00; 8.03; 7.99; 7.97 mL

Cho E Fe o Fe 0.77V,E MnO o H Mn2 1.51V

4 2

3 + / + = − , 8 + / + = , [H + ] = 2N, pipet = ± 0.02 mL, cân = ± 0.0002 g,

M Fe2O3 = 159.69 (g/mol)

X Hãy nêu c u t o và cách s d ng c t Walden:

Ch a Ag kim lo i trong môi tr ng HCl m t n ng đ phù h p có tính toán tr cå

th oxyhóa kh c a c t ph thu c vào n ng đ HCl Khi s d ng, n ng đ HCl c a dung d ch m u ph i b ng v i n ng đ HCl trong c t theo nh tính toán 0.5 đ

X Vi t các ph ng trình ph n ng 0.75 đ

X lý m u: Fe x O y + 2yH + + (3x-2y/x) è å xFe 3+ + yH 2 O

Trong ng kh Walden: Fe 3+ + Ag + HCl å Fe 2+ + AgCl + H +

Khi chu n đ : KMnO 4 + 5Fe 2+ + 8H + å Mn 2+ + K + + 5Fe 3+ + 4H 2 O

Xác đ nh l i n ng đ KMnO 4 : 2KMnO 4 +5H 2 C 2 O 4 +6H + å2Mn 2+ +2K + + 5CO 2 + 8H 2 O

X V đu ng cong chu n đ

i u ki n chu n đ :

E

5

8

* 0591 0 51 1 lg

5

0591

/ 8 , '

/

8

4 2

+ +

− +

+

[ ]

[ ] 0.001 ' ' ' 0.0591 0.0591 *3

1

1

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

>

−

=

∆

⇒

<

=

=

=

R x

o Ox

o R o

F Ox

F

R

NQ

n n

E E E X

X

∆ E o’ =1.538-0.771 = 0.767V>(0.0591/1+0.0591/5)*3 0.25 đ

F

F E

E X o 0 771 0 0591 * 2 0 89

1

lg 1

0591 0

' 99

− +

n n

E n E n E

R X

o R R

o X X

6

538 1

* 5 771 0

* 1 ' '

+

+

=

n E

E

R

o R

5

2

* 0591 0 538 1 1 lg 0591 0

' 01

X Vai trò c a h n h p Zymmerman Gi i thích

- S d ng h n h p Zimmerman trong ph n ng chu n đ Fe (II) b ng KMnO 4 có hi n

di n ion Cl -

- H n h p b o v Zimmerman g m: H 2 SO 4 , Mn 2+ , và H 3 PO 4 0.25 đ

• Vai trò c a H +

: t o môi tr ng đ Mn VII

å Mn 2+ 0.25 đ

• Vai trò c a Mn 2+

: 0.25 đ

+ Fe 2+ å Mn 2+ + Fe 3+ (1) còn có ph n ng: MnO 4 - + Fe 2+ å Mn 2+ + Fe(V) (2)

N u có s m t ion Cl - , s có ph n ng: MnO 4 - + Cl - å Mn 2+ + Cl 2 (ch m) (3)

Fe(V) + Cl - å Fe 3+ + Cl 2 (nhanh) (4)

N u có m t Mn 2+ : Fe(V) + Mn 2+ å Fe 3+ + Mn 3+ (5) Sau đó: Mn 3+

+ Fe 2+ å Mn 2+ + Fe 3+ (6)

Nh v y khi có thêm m t l ng l n Mn 2+ trong dung d ch ph n ng ngay t đ u (t dung

d ch b o v Zimmermann) thì ph n ng (5) s chi m u th , ph n ng (4) s không đáng k

å l ng MnO 4

- tiêu t n đ oxyhóa Cl - s không đáng k å không gây sai s d ng

• Vai trò c a H 3 PO 4 : t o ph c không màu v i Fe 3+ giúp s chuy n màu t i đi m t ng

đu ng t ng ph n h n Quan tr ng h n, do ph n ng t o ph c trên, th tiêu chu n đi u

ki n E Fe o'(III)/Fe(II) s gi m xu ng còn kho ng 0.5V thay vì 0.771V (hay 0.68V, theo m t vài tài

li u) å s d ng đu c các ch th oxyhóa kh có E o

th p 0.25 đ

X Vai trò c a H 2 SO 4 và nhi t đ trong ph n ng chu n đ gi a H 2 C 2 O 4 và KMnO 4 Gi i thích

- Acid sulfuric làm muôi tr ng cung c p H + cho ph n ng chu n đ 0.25 đ

2KMnO 4 +5H 2 C 2 O 4 +6H + å2Mn 2+ +2K + + 5CO 2 + 8H 2 O

- Ph n ng này di n ra khá ch m lúc kh i đ u do các ion permanganate và oxalate trái d u nhau, do s n ph m t o thành có CO 2 d ng khí và có s bi n đ i c u trúc gi a tác ch t và

s n ph m (MnO 4 - å Mn 2+ ) nên c n nhi t đ đ gia t ng v n t c ph n ng 0.25 đ

X Tính % theo kh i l ng Fe 2 O 3 trong m u thiên th ch có kèm theo sai s :

- Chu n đ xác đ nh l i n ng đ KMnO 4 4 l n:

o V KMnO4 =7.9975mL (ch a làm tròn) 0.25 đ

S KMnO

9975 7

00 10

* 1000 0

*

4

4 2 2 4 2 2

KMnO

O C H O C H KMnO

V

V N

o

2 2

2 2

2 2

3

* 00 10

3 4

* 025 0 3

* 00 10

96 1 02 0 1000

0

0004 0

4 4 4

2 2

4 2 4

2 2

4 2 4

4

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ +

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ +

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

=

KMnO V O

C H V O

C H N KMnO

N

V V

N N

KMnO O

H O

C H

ε

00097 0 0000386

0 000016

0 00000513

0

* 12504 0

KMnO N

ε

o N KMnO4 = 0.12504 ± 0.00097 (N) 0.25 đ

- S mili đ ng l ng KMnO 4 (n i ) tiêu t n trong ph n ng chu n đ l n i tính theo công

th c: n i = V i * N KMnO4 ây c ng chính là s mol c a Fe có trong m i g thiên th ch t ng

ng 0.25 đ

- % Fe 2 O 3 trong thiên th ch đ c tính theo công th c

7.9845

*

* 100

* 847 55

* 2

69 159

*

* 1000

847 55

*

* 100

* 847 55

* 2

69 159

*

* 1000

847 55

*

3

2

KMnO i

KMnO i

i

m

N V m

N V m

n O

2 2

2 2

2

3

2

%

12504 0

0009665

0 96

1

* 0002 0 96 1

* 05 0

* 9845 7

%

4

4 3

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

i i

KMnO N i

m i

V O

Fe

m V

N m

V O

Fe

KMnO i

ε ε

L n l p

i

Kh i l ng

m u (m i )

Th tích KMnO 4 tiêu

t n (V i )

S mili đ ng

l ng KMnO 4 tiêu

t n (n i )

(%) 10 99 3

%

% 2 3=∑ Fe2O3 =

O

Fe

81 0 3

2

%

%

3 2 3

2

=

O

Fe

ε ε