Bài giảng Hóa phân tích: Chương 2 - Nguyễn Thị Hiển

Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng

BÀI GIẢNG HÓA PHÂN TÍCH

Giảng viên: Nguyễn Thị Hiển

Bộ môn Hóa Học – Khoa Môi Trường

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG

Nội dung

I Phân loại phương pháp trong phân tích khối lượng

II Phương pháp phân tích khối lượng kết tủa

I Phân loại phương pháp trong phân tích khối lượng

Phân loại:

-Phương pháp tách làm sạch

-Phương pháp chưng cất, đốt cháy

-Phương pháp nhiệt phân

-Phương pháp kết tủa

( Phương pháp kết tủa là trọng tâm của phân tích khối lượng)

II Phương pháp phân tích khối lượng kết tủa

- Cân chính xác khối lượng dạng cân, dùng khối lượng và công thức hóa học của dạng cân để tính hàm lượng chất cần phân tích

Cân mẫu Hòa tan mẫu Dạng kết tủa Dạng cân Tính kết Cân

quả

Dạng kết tủa, dạng cân là hai công đoạn quan

trọng nhất vì hai công đoạn này có nhiều yếu tố ảnh hưởng; độ chính xác của hai công đoạn này thường quyết định độ chính xác của phép xác định.

Tiến trình phân tích

2.1 Kết tủa phải ít tan :

có nghĩa là độ tan S phải nhỏ

Vì kết tủa đều là hợp chất ion, trong dung dịch khi tan đã điện li:

MaXb  aMm+ + bX

n-Tích số tan:

TMaXb = [Mm+]a [Xn-]b = [a.S]a [b.S]b = Sa+b aa bb

2 Yêu cầu của dạng kết tủa

a+b

S = T aMaXba.bb

Khi a=b=1, thì S = (TMaXb) 1/2

Thông thường khối lượng kết tủa thu được khoảng 0,1g, khối lượng mol ion trong khoảng 100g, thể tích dung dịch khi kết tủa khoảng 100ml Nếu sai số cho phép là 0,1% thì :

TMX ≤ 10-10 , và độ tan S ≤ 10 -5

* Như vậy tích số tan càng nhỏ, độ tan của chất càng nhỏ

* Ảnh hưởng của ion chung đến độ tan của kết tủa

 Ví dụ Bài toán 1: tính độ tan của PbSO4 (TPbSO4) = 1,6.10-8

Kết luận: Như vậy nếu dd có chứa ion chung là thành

phần tạo kết tủa thì sẽ làm giảm độ tan của kết tủa,

điều này phù hợp với nguyên lý Lơsaterlie

 Ứng dụng: Để kết tủa hoàn toàn chất ít tan nên dùng

dư thuốc thử.

 Tuy nhiên khi dùng dư thuốc thử cần vừa phải để

tránh:

+ Sự hấp phụ thuốc thử của kết tủa

+ Sự tạo phức chất tan khi thuốc thử dư.

* Ảnh hưởng của phản ứng phụ

Thường Gặp là phản ứng thủy phân và phản ứng tạo phức

Ảnh hưởng của phản ứng thủy phân

Các ion trong dd có thể bị thủy phân phụ thuộc pH môi trường Khi pH tăng, các cation thủy phân mạnh hơn, khi pH giảm, các anion thủy phân mạnh hơn Do đó làm cho nồng độ các ion tự do tạo kết tủa giảm, cân bằng chuyển dịch sang trái hòa tan kết tủa

Ví dụ: phản ứng tạo kết tủa CaC2O4

* Ảnh hưởng của phản ứng phụ

Thường Gặp là phản ứng thủy phân và phản ứng tạo phức

Ảnh hưởng của phản ứng tạo phức

Các ion kim loại có khả năng tạo phức chất với một số phối tử thích hợp (ion hoặc phân tử) vì vậy phản ứng tạo phức sẽ ảnh hưởng tới lượng kết tủa

Ví dụ: khi kết tủa ion Cu2+ mà dùng dd thuốc thử là NH4OH

Sẽ có phản ứng:

Cu2+ + NH4OH  Cu(OH)2 + NH4+

Kết tủa Cu(OH)2 sẽ bị hòa tan khi NH4OH dư

Cu(OH)2 + 4NH4OH  [Cu(NH3)4](OH)2 tan

Như vậy làm tan kết tủa, ảnh hưởng tới kết quả phân tích

* Ảnh hưởng của các yếu tố khác tới độ tan kết tủa

 Ảnh hưởng của nhiệt độ: thông thường nhiệt độ tăng thì làm tăng độ tan của kết tủa.

 Ảnh hưởng của kích thước hạt: kích thước hạt càng tăng thì độ tan càng giảm

 Ảnh hưởng của sự già kết tủa: làm giảm độ tan

 Ảnh hưởng của dung môi: các chất kết tủa có độ tan

trong nước thường lớn hơn rất nhiều so với trong dung môi hữu cơ.

 Kết luận: khi sử dụng loại kết tủa nào trong phân tích

cần xác định điều kiện thích hợp để quá trình phân tích được thuận lợi, kết quả phân tích chính xác.

+ Chọn điều kiện kết tủa: chủ yếu chọn điều kiện pH môi trường

Ví dụ: khi làm kết tủa ion SO42- trong mẫu có chứa ion CO32- , PO43- dưới dạng kết tủa BaSO4 thì cần tiến hành ở pH=4, vì ở môi trường đó các ion CO32- , PO43- , không tạo kết tủa với ion Ba 2+

+ Che ion gây nhiễu: thường dùng pư tạo phức để che ion nhiễu.

Ví dụ: khi làm kết tủa Mg 2+ khi có mặt Fe 3+ dưới dạng kết tủa

MgNH PO 6H O Dùng ion xitrat tạo phức bền với ion Fe 3+ để tránh tạo

2.3 Kết tủa phải dễ lọc, dễ rửa

2.4 Kết tủa phải dễ chuyển thành dạng cân

Sự cộng kết là: Hiện tượng tạp chất kết tủa đồng thời với kết tủa chính mà

trong điều kiện không có kết tủa chính thì nó không kết tủa được.

Vì sự cộng kết xảy ra đồng thời với quá trình kết tủa, làm tăng khối lượng kết tủa và gây sai số phân tích.

Nguyên nhân: sự cộng kết được tạo ra do sự hấp phụ bề mặt, sự kết vón

hay sự tạo tinh thể hỗn hợp.

Phân loại:

- Sự cộng kết do hấp phụ

Trong thí nghiệm dư thuốc thử, kết tủa chính ở dạng keo, các hạt keo này hấp thụ ion hoạt động của thuốc thử dẫn đến sự hấp thụ tiếp các ion trái dấu Làm tăng khối lượng kết tủa chính.

Khắc phục: Nên tiến hành kết tủa với dd loãng, nồng độ thuốc thử loãng,

kết tủa nóng và không để kết tủa quá lâu trong dung dịch.

3 Sự cộng kết

Là hiện tượng xảy ra khi kích thước ion trong kết tủa và ion nhiễu có kích

thước gần nhau (khác nhau không quá 10-15%) Do đó các ion nhiễu có thể thay thế các ion trong kết tủa chính.

Khắc phục: tiến hành che hoặc khử ion gây nhiễu bằng các phản ứng tạo

phức chẳng hạn.

3 Sự cộng kết

Chú ý:

- Phân biệt hiện tượng cộng kết và hiện tượng kết tủa theo

- Ưu nhược điểm của hiện tượng cộng kết:

Trong PTKL - gây sai số dương

Trong PT - vừa có lợi, vừa có hại

(Học trong giáo trình)

3 Sự cộng kết

4.1 Có công thức hóa học xác định

- Đây là một yêu cầu rất quan trọng.

- Các kết tủa hidroxit hoặc muối bazơ không thể được dùng làm dạng cân vì thành phần của chúng không ổn định, phụ thuộc vào điều kiện kết tủa, nhiệt độ …

4.2 Dạng cân phải bền vững về phương diện hóa học

- Không hút ẩm, không phản ứng với oxi cũng như các chất trong không khí, không biến đổi thành phần trong quá trình bảo quản.

4.3 Có hàm lượng chất cần xác định càng nhỏ càng tốt

Hệ số chuyển F là tỉ số giữa khối lượng chất cần xác định có trong 1mol dạng cân so với khối lượng mol của dạng cân

Chọn dạng cân có hệ số chuyển F nhỏ để giảm sai số cân

4 Yêu cầu của dạng cân

0,5259 10-4 g nếu dùng dạng cân là Al2O3

0,2212 10-4 g nếu dùng dạng cân là AlPO4

Hiểu đơn giản là: Cùng lượng mẫu Al, nếu phần Al càng nhỏ

tức khối lượng dạng cân càng lớn, Khối lượng càng lớn, sai

4 Yêu cầu của dạng cân

Bài tập 2:

 Tính hệ số chuyển F trong các trường hợp sau:

a Xác định Fe dùng dạng cân Fe2O3

b Xác định Mg dùng dạng cân Mg2P2O7

c Xác định Ba dùng dạng cân BaSO4; BaCO3

d Xác định Ca dùng dạng cân CaCO3; CaC2O4.H2O; CaSO4

e Xác định S dùng dạng cân BaSO4

f Xác định Pb dùng dạng cân PbSO4; PbCrO4

- Chọn thuốc thử làm kết tủa

Ưu tiên: Thuốc thử dễ phân hủy bởi nhiệt

Thuốc thử có độ tan lớn Thuốc thử có khối lượng mol phân tử càng bé càng tốt Thuốc thử cho phép tiến hành kết tủa đồng tính

Thuốc thử dùng dư so với lí thuyết (dư gấp hai, ba lần)

5 Một số kĩ thuật làm kết tủa

- Làm kết tủa

KẾT TỦA TINH THỂ + Cần tạo được kết tủa tinh thể to

+ Cách làm: kết tủa trong dung dịch loãng, nóng, làm muồi

KẾT TỦA VÔ ĐỊNH HÌNH + Kết tủa nhỏ, dễ tạo keo

+ Cách làm: kết tủa trong dung dịch nóng, khuấy liên tục,

thêm chất điện li để tránh keo tụ và pepti hóa, nhanh chóng tách kết tủa ra khỏi dung dịch Nếu có thể thì nên làm kết tủa đồng tính (đ/c thuốc thử ngay trong dung dịch)

5 Một số kĩ thuật làm kết tủa

- Lọc rửa kết tủa

+ Chọn giấy lọc (màng lọc) thích hợp.

+ Cách rửa: Rửa gạn, rửa trên giấy lọc

Rửa nhiều lần chia nhỏ lượng nước rửa

Cn = Co.[R/(V + R) ]nn: số lần rửa

V: thể tích dung dịch rửa mỗi lần

R: thể tích dung môi bị giữ trong kết tủa

Co: nồng độ chất bẩn ban đầu

Cn: nồng độ chất bẩn còn lại trên kết tủa sau lần rửa n

- Sấy và nung kết tủa

Chọn điều kiện sấy nung: nhiệt độ, khí quyển nung …

5 Một số kĩ thuật làm kết tủa

Trong đó: F là hệ số chuyển

a là khối lượng của mẫu ban đầu lấy để phân tích (g)

b là khối lượng của dạng cân (g).

6 Tính toán kết quả

b

7 Ưu – nhược điểm của phương pháp PTKL

Ưu điểm: Thiết bị, dụng cụ đơn giản

Độ chính xác rất cao

Áp dụng rộng rãi với nhiều chất vô cơ

Nhược điểm: Tốc độ phân tích chậm.

Không tự động hóa được quá trình phân tích

Độ nhạy thấp

8.1 Xác định SO 4

2-+ Dạng kết tủa: BaSO4

+ Dạng cân : BaSO4

+ Tiến hành: - Axit hóa mẫu phân tích bằng dd HNO3 đến pH=4

- Thuốc thử là dd Ba(NO3)2 dư

- Kết tủa được lọc, rửa, sấy-nung ở 700 o C đến khối lượng không đổi và cân.

8.2 Xác định Cl

-+ Dạng kết tủa: AgCl

+ Dạng cân : AgCl

+ Tiến hành: - Axit hóa mẫu phân tích bằng dd HNO3 đến pH=1

- Thuốc thử là dd AgNO3 dư

- Kết tủa được lọc, rửa, sấy-nung ở 130 o C đến khối lượng không đổi và cân.

8 Một số ứng dụng cụ thể

8.3 Xác định PO 4

3-+ Dạng kết tủa: MgNH4PO4.6H2O

+ Dạng cân : Mg2P2O7

+ Tiến hành:

- Axit hóa mẫu phân tích bằng dd HCl

- Thêm vào hỗn hợp thuốc thử MaCl2+NH4Cl

- Chỉnh pH của dd bằng dd NH3 đến khi kết tủa hoàn toàn

- Lọc, rửa kết tủa bằng dd NH3 5%, sấy-nung ở 1100oC đến khối lượng không đổi và cân

- Thêm tiếp axit HF và H2SO4 đặc vào phần rắn và nung tiếp

để đuổi hết SiF4, chất rắn còn lại là b gam

- Lượng SiO2 là (a-b) gam

8.5 Xác định Fe 3+

+ Dạng kết tủa: Fe(OH)3

+ Dạng cân : Fe2O3

+ Tiến hành:

- Cho vào mẫu pt dd NH4Cl hoặc NH4NO3 làm chất điện giải

- Kết tủa ion Fe3+ nóng bằng lượng dư tt dd NH3 loãng(1:3)

- Lọc, rửa kết tủa bằng dd NH4NO3 hoặc NH4Cl 1%

- Sấy-nung ở 1000oC đến khối lượng không đổi và cân

Bài tập: Giáo trình

8.5 Xác định Al 3+

+ Dạng kết tủa: Al(OH)3

+ Dạng cân : Al2O3

+ Tiến hành:

- Cho vào mẫu pt dd NH4Cl hoặc NH4NO3 làm chất điện giải

- Kết tủa ion Al3+ nóng bằng lượng dư tt dd NH3 loãng(1:3) đến pH = 5  6

- Lọc, rửa kết tủa bằng dd nóng NH4NO3 hoặc NH4Cl 1%

- Sấy-nung ở 1000oC đến khối lượng không đổi và cân