Bài tường trình phân tích định lượng phương pháp chuẩn độ complexon

Bài tường trình phân tích định lượng phương pháp chuẩn độ complexon

Họ và tên sinh viên:

1.2 Các lưu ý khác:

Chuẩn độ complexom là phương pháp phân tích định lượng dùng để xác định nồng độcủa các hầu hết các ion kim loại nói chung, trừ kim loại kiềm EDTA phản ứng tạo phức bềnvới hầu hết các kim loại theo tỉ lệ 1:1 nên rất thuận lợi trong việc tính toán kết quả chuẩn độ

Phương pháp chuẩn độ complexom có nhiều ưu điểm trong việc xác định hàm lượng cácion kim loại trong dung dịch Tuy nhiên phương pháp này hạn chế trong việc xác định hỗn hợpcác kim loại không tinh khiết (vì EDTA phản ứng hầu hết với các kim loại nên tính chon lọckhông cao) Do đó người ta có thể nâng cao tính chon lọc bằng việc sử dụng chất che

Có nhiều phương pháp để chuẩn độ complexom như: chuẩn độ trực tiếp, chuẩn độ thaythế, chuẩn độ ngược mỗi phương pháp được áp dụng trong từng trường hợp riêng biệt tùythuộc vào đối tượng cần xác định, điều kiện hiện có của phòng thí nghiệm

2 Pha các dung dịch và chỉ thị màu kim loại:

2.1 Giới thiệu:

Dung dịch ETDA ban đầu do phòng thí nghiệm chuẩn bị có nồng độ cỡ 1.000000N, tapha loãng thành các dung dịch EDTA có nồng độ thấp hơn để sử dụng cho các thí nghiệm từđây trở về sau

2.2 Pha dung dịch ETDA nồng độ 0.01N:

Lấy đúng 5ml dung dịch ETDA ban đầu (do phòng thí nghiêm cung cấp) định mứctrong bình 500ml:

σε

2.3 Pha dung dịch ETDA nồng độ 5.10 -4 N:

Sau khi nạp dung dịch EDTA 0.01N vừa mới pha loãng vào buret Mở khóa buret lấyđúng 25ml dung dịch này mang đi định mức trong bình 500ml:

ình 500ml 0.95, ình 500ml 0.95

Chuẩn độ một thể tích chính xác muối Mg2+ bằng dung dịch complexon III trong đệmamoniac pH = 10 với chỉ thị NET đến khi màu chuyển từ đỏ nho sang chớm xanh chàm.

Với nồng độ C0 gần bằng 0.01, khoảng bước nhảy pMg tính gần đúng bằng 4.30 6.24 ÷

Ta có pMg cuối 1 = pMgIn – pKa + pH đệm = 7 – 11.6 + 10 = 5.4, suy ra pMg cuối 2 = 5.4 + 1 = 6.4

Ta thấy chỉ có pMg cuối 1 là nằm trong khoảng bước nhảy, vậy chọn pMg cuối 1 để kết thúc chuẩn

độ Tức là màu trung gian (chớm xanh chàm)

3.4 Tiến hành chuẩn độ:

Dùng pipet hút 10.00ml dung dịch kiểm tra cho vào erlen 250ml Thêm 10ml đệm pH =

10, 20mg chỉ thị NET và chuẩn độ bằng EDTA 0.01M đến khi dung dịch chuyển từ đỏ nhosang chớm xanh chàm (màu trung gian) Làm thao tác tương tự như trên 3 lần và ghi lại kết quả

2 2 2 2

2 2

Từ đây trở về sau nếu không có giải thích gì thêm thì việc chọn màu trung gian hay rõ rệt đểkết thúc chuẩn độ đều tuân theo nguyên tắc như vậy

Khi ta cho chỉ thị NET, màu có thể đậm nhạt khác nhau tùy thuộc vào lượng chỉ thị sửdụng Màu sắc từ cam (hay đỏ cam) cho đến đỏ nho đậm Nếu sử dụng lượng chỉ thị nhiều,màu dung dịch rất đậm thì sẽ khó khăn trong việc nhận ra sự đổi màu Vì vậy làm nhiều phépchuẩn độ sẽ giúp ta nhận biết được lượng chất chỉ thị được sử dụng bao nhiêu là hợp lí nhất

4 Xác định độ cứng chung của nước máy:

4.1 Giới thiệu:

Độ cứng chung của nước là do sự có mặt của của muối Mg2+ và Ca2+ tan trong nước.Được biểu diễn bằng số mili đương lượng gam kim loại (m g∋ ) có trong một lít nước cứng.

Không phân biệt tỉ lệ Mg2+: Ca2+ là bao nhiêu

Thường thì nồng độ Ca2+ có trong nước máy khá thấp (nhỏ hơn 0.001M) Thực nghiệmcho thấy phép xác định này chỉ cho kết quả đúng với điều kiện trong mẫu nước phải hiện diện

Mg2+ Tức là không thể xác định đúng độ cứng của nước máy nếu trong đó chỉ có mỗi Ca2+ Tạisao vậy? Ion Mg2+ đóng vai trò gì trong phép chuẩn độ này?

CaIn MgY+ →CaY MgIn+

Phản ứng chỉ thị xảy ra khi cho thêm một giọt complexon III:

Lấy Vmẫu = 50ml nước máy cho vào erlen 250ml Thêm 10ml đệm pH=10, rồi thêm 10giọt KCN 10%, 10 giọt dung dịch NH2OH.HCl 1%, lắc đều, thêm khoảng 40mg chỉ thị NET.Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 0,01M đến khi chuyển màu từ đỏ nho sang xanhchàm rõ rệt Làm thao tác tương tự như trên 3 lần và ghi lại kết quả VEDTA.

σε

CaIn MgY+ →CaY MgIn+ ) Dễ thấy sự có mặt của Mg2+ sẽ làm cho phép chuẩn độ chính xác(sẽ làm rõ vai trò của Mg2+ hơn ở thí nghiệm sau)

Do nồng độ Mg2+ và Ca2+ trong nước khá thấp nên khi chuẩn độ ta sử dụng một lượnglớn mẫu (50ml) đồng thời sử dụng dung dịch EDTA có nồng độ rất thấp 5.10-4N để tăng thểtích sử dụng, làm cho phản ứng chuẩn độ đạt độ chính xác cao

Vì trong thành phần của nước cứng ngoài 2 ion chính là Mg2+ và Ca2+ còn nhiều ion kimloại nặng khác cho nên ta cần sử dụng chất che và chất bảo vệ Ion Cu2+ sẽ tạo phức rất bền vớichỉ thị NET, làm cho không có phản ứng chỉ thị tại điểm tương đương (giải phóng In- để nhận

biết kết thúc quá trình chuẩn độ), bằng cách sử dụng CN- để tạo phức bền với ion Cu2+ sẽ làmmất khả năng tạo phức của ion này với chỉ thị Ion Mn2+ trong môi trường baz (pH = 10), sẽchuyển thành Mn4+ phá hủy chỉ thị NET Nên ta cho NH2OH.HCl vào nhằm ngăn ngừa sự tạothành Mn4+

CaIn MgY+ →CaY MgIn+

Phản ứng chỉ thị xảy ra khi cho thêm một giọt complexon III:

σε

Màu trung gian: pMg = pK’MgIn = 5.4 ⇒ pCacuối = 7.4 + p([CaY]/[MgY])

Màu rõ rệt: pMg = pK’MgIn + 1= 6.4 ⇒ pCacuối = 8.4 + p([CaY]/[MgY])

Ta nhận thấy pCacuối tùy thuộc vào tỉ lệ nồng độ CaY và MgY Nếu [CaY]/[MgY] =10/1

⇒ pCa cuối = 6.4 đối với điểm cuối ở màu trung gian và pCa cuối = 7.4 đối với điểm cuối ở màu

rõ rệt Cả hai trường hợp này đều có pCacuối nằm trong khoảng bước nhảy 5.3 ÷8.24 ⇒nên tachuẩn độ cho tới khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang xanh chàm rõ rệt

6 Xác định Ca 2+ nồng độ thấp khi có thêm MgY:

6.1 Giới thiệu:

Khi nồng độ ban đầu C0 của Ca2+ tương đối lớn ta có thể chuẩn độ Ca2+ bằng complexonIII hoàn toàn tương tự như Mg2+ bằng cách dùng chỉ thị NET với đệm pH = 10 Nhưng khinồng độ C0 ban đầu của Ca2+ quá thấp (cỡ nhỏ hơn 0.001N) liệu điều này có còn chính xác nữahay không?

6.2 Giải thích lí thuyết:

6.2.1 Khó khăn khi nồng độ ban đầu của Ca2+ quá thấp:

Từ công thức tính khoảng bước nhảy tại F = 0.99: pCa = pC0 + pDF + 2, ta nhận thấy khinồng độ ban đầu C0 của Ca2+ càng nhỏ, điểm đầu của khoảng bước nhảy càng cao lên trong khiđiểm cuối hầu như không thay đổi trong cùng điều kiện pH tương tự Điều đó có nghĩa làkhoảng bước nhảy ngày càng bị thu hẹp

Một số thời điểm quan trong của chuẩn độ, tính gần đúng khi nồng độ Ca2+ vào cỡ 0.0005 –0.001N:

F = 0.99: pCa = pC0 + pDF + 2 = 5.3

F = 1.00: pCa = 0.5(pC0 + pDF + pK’CaY) = 6.77

F = 1.01: pCa = pK’CaY – p(F–1) = 8.24

Tức là cần phải có một chất chỉ thị sao cho 5.30 < pCacuối < 8.24 Rõ ràng là khi dùng NET, pH

= 10 thì ngay cả trường hợp chuẩn độ đến màu chàm rõ rệt cũng chỉ có thể đạt giá trị pCacuối =

4.80 Ta tính được khi đó

4.8

% ,

∆ = − = − Điểm bất lợi nửa là phức màu CaIn với

NET có màu đỏ lợt nên khó nhận ra điểm cuối chuẩn độ

6.2.2 Giải pháp thêm MgY:

Tình huống trở nên rất thuận lợi khi ta thêm vào erlen một lượng thích hợp MgY, sựchuyển màu rất rõ rệt, kết quả chuẩn độ sẽ đúng Giải thích bằng sự chuyển dịch đáng kể củacân bằng phản ứng:

CaIn + MgY → CaY + MgIn (1)

6.3.1 Điều chế MgY 2- ngay trong dung dịch chuẩn độ:

Lấy 2ml dung dịch Mg2+ 10-3M cho vào erlen 250ml, 10ml đệm amoniac pH=10, 20mgchỉ thị NET, lắc đều cho tan Chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 5.10-4M đến chuyển màu rõ rệt

từ đỏ nho sang xanh chàm Ghi thể tích VI Tuyệt đối không cho dư EDTA

6.3.2 Xác định Ca 2+ :

Nạp thêm dung dịch EDTA đến vạch 0 của buret Lấy 10.00ml dung dịch chứa Ca2+ vàoerlen vừa điều chế MgY2- Màu dung dịch lập tức biến trở lại đỏ nho, chuẩn độ cho tới khichuyển sang màu xanh chàm, ghi thể tích VII đã tiêu hao cho chuẩn độ Ca2+ Làm lại 3 lần ghicác giá trị trung bình của VI và VII

( )

2

2 2

/ 0.95

s t

ε

+

+ +

ình 100m

2 ình 100m /

/

2 2

2

2 ình 100m

9 5

0.00188 0.00002

7.33

9.408.508638

Ca

EDTA ETDA

V Ca

V pCa

9 2

εε

+

+ +

độ Ca2+ và làm cho sự chuyển màu đúng ở thời điểm Fcuối cần thiết

Nguyên tắc điều chỉnh lượng MgY thêm vào erlen:

− < < Ví dụ khi CCa = 10CMgY thì pCa cuối = 8.4 – 1 =

7.4 nằm giữa 5.30 và 8.24

Ngoài ra giải pháp thêm MgY còn có thể áp dụng để chuẩn độ Ba2+ với chỉ thị NET tại

pH = 10 Như vậy, cùng với việc điều chỉnh lượng MgY để khống chế sự chuyển màu diễn ra ởthời điểm mong muốn, vai trò của ion Mg2+ trong hai thí nghiệm xác định độ cứng của nước ởtrên cũng được làm sáng tỏ

7 Xác định Ca 2+ nồng độ thấp khi không có MgY:

Lấy 10.00ml dung dịch Ca2+ cần chuẩn độ cho vào erlen Thêm 10.00ml dung dịch đệm

pH = 10, chỉ thị NET Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch ETDA 5.10-4N cho đến khi có sự đổimàu từ đỏ nhạt sang xanh chàm Lặp lại thí nghiệm 3 lần, ghi kết quả của VEDTA trung bình

*0.0000061 0.0005000

Trên thực tế để đảm bảo có một kết quả đúng khi nồng độ Ca 2+ khá thấp (vào cỡ khoảngdưới 0.001 đến 0.0005N) người ta thường chọn cách thêm một lượng nhất định MgY vào erlen

Lấy 10.00ml dung dịch Ca2+ cần chuẩn độ cho vào erlen Thêm 10.00ml dung dịch đệm pH =

10, chỉ thị NET Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch ETDA 0.01N cho đến khi có sự đổi màu

từ đỏ nho sang xanh chàm Lặp lại thí nghiệm 3 lần, ghi kết quả của VEDTA trung bình

Tương tự như khi chuẩn độ Mg2+

Trên thực tế nồng độ Ca2+ do phòng thí nghiệm chuẩn bị vào khoảng 0.01N Kết quảnồng độ Ca2+ xác định được 0.00983N là có thể chấp nhận được

Lưu ý lượng chỉ thị NET thêm vào phải vừa đủ để dễ dàng nhất quan sát được sự chuyểnmàu của dung dịch trong erlen

-Ta tìm được: pCu’cuối = pK’CuIn + 1 = 15.0 – 4.1 – 3.5 + 1 = 8.4.

9.4 Cách thức tiến hành:

Lấy 10.00ml dung dịch cho vào erlen 250ml Thêm 1ml NH4Cl 1M, 20mg hỗn hợp chỉthị MUREXID, lắc đều Thêm từ từ từng giọt dung dịch NH3 1M đến khi xuất hiện màu vàng(hoặc vàng lục tùy nồng độ Cu2+) Sau đó chuẩn bằng dung dịch EDTA 0.01M đến khi dungdịch chuyển màu từ vàng sang tím hồng Lặp lại thao tác như trên 3 lần và lấy giá trị VEDTAtrung bình

Dĩ nhiên đệm NH3 không thật tốt ở pH = 8.Vì vậy cần phải kết hợp điều chỉnh pH căn

cứ theo sự xuất hiện màu vàng da cam của phức '

10 Xác định Pb 2+ với chỉ thị NET bằng phương pháp chuẩn độ thay thế:

10.1 Giới thiệu:

Phương pháp chuẩn độ thay thế: Cho chất định phân X tác dụng với MY tạo thành MX

và giải phóng ra Y Tiến hành chuẩn độ Y, sau đó dựa vào nồng độ và liều lượng thuốc thử đểtính ra nồng độ chất X

10.4 Cách thức tiến hành:

Điều chế MgY2-: Cho 1,8ml Mg2+ vào erlen, điệm pH = 10, chỉ thị NET Cho từ từ dungdịch EDTA 0.01000N trên buret vào đến thấy màu chớm xanh chàm thì ngừng, không đượccho dư EDTA Lấy 10.00ml mẫu vào erlen, lắc kỹ cho phản ứng hoàn toàn, sau đó chuẩn chođến khi có màu chớm xanh chàm Vì đây là phản ứng chuẩn độ thay thế Pb2+ bằng Mg2+, nênnhư phản ứng 1, ta chuẩn đến màu trung gian là ngừng phản ứng chuẩn độ

σε

2 2 2 2

2 2

+

−

Bài thực tập này lúc đầu phải điều chế MgY2- nên cần phải rất cẩn thận, không được cho

dư EDTA, nếu cho dư thì sẽ mắc sai số thừa

Lắc kỹ cho phản ứng giữa dung dịch Pb2+ và MgY2− xảy ra hoàn toàn Lượng MgY điềuchế lúc nào cũng phải dư so với Pb2+ để đảm bảo phản ứng thay thế định lượng xảy ra đến tậncùng (không còn Pb2+ trong dung dịch)

Khi kết thúc chuẩn độ, nếu nghi ngờ màu của dung dịch, ghi lại số liệu vừa dừng chuẩn

độ, thêm vài giọt EDTA kiểm tra lại Nếu dung dịch đổi sang màu chàm rõ rệt rồi dừng chuyểnmàu thì số liệu vừa ghi chính xác

11 Xác định Pb 2+ với chỉ thị XO bằng phương pháp chuẩn độ trực tiếp:

11.1 Giới thiệu:

Chuẩn độ gián tiếp đôi khi gặp nhiều khó khăn do khâu điều chế MgY đòi hỏi sự chínhxác khá cao Có thể lựa chọn con đường chuẩn độ trực tiếp bằng chỉ thị XO trong môi trườngđệm axetat pH = 5 Ở đây ta sẽ so sánh độ đúng của hai phương pháp chuẩn độ này

Cơ bản là màu của PbIn và In- khác nhau

Hiện tượng: Có sự chuyển màu dung dịch từ đỏ tím sang vàng chanh

11.3 Cách thức tiến hành:

Hút 10.00ml dung dịch kiểm tra cho vào erlen 250ml, 5ml đệm axcetat pH = 5, 1-2 giọtchỉ thị XO pha sẵn Chuẩn độ bằng dung dịch complexon III 0.01000N cho đến khi có sựchuyển màu từ đỏ tím sang vàng chanh Làm 3 lần, lấy kết quả trung bình

11.5 Kết quả và thảo luận:

Hiện tượng: Có sự chuyển màu dung dịch từ vàng chanh sang hồng tím.

13.3 Giải thích lí thuyết:

Zn2+ chỉ tạo phức với lượng Y còn dư chứ không phá hủy được phức FeY và AlY

đã tạo ra từ trước do pKAlY > pKZnY và pKFeY > pKZnY Đây cũng là điều kiện chuẩn độ ngượcnói chung

13.4 Cách thức tiến hành:

Từ buret xả một lượng dư chính xác dung dịch EDTA 0.01000N (25ml) vào erlen,thêm vào 10.00ml hỗn hợp kiểm tra, 5ml đệm acetat pH = 5, lắc đều Đun sôi 2 phút để phảnứng tạo phức của Fe3+ và Al3+ xảy ra hoàn toàn Để nguội, thêm hai giọt chỉ thị XO rồi chuẩnbằng dung dịch kẽm (vừa xác định ở trên) cho đến khi chuyển màu từ vàng chanh sang hồngtím Làm 3 lần, ghi kết quả trung bình VI

σε

EDTA

EDTA

V N

EDTA EDTA EDTA

V EDTA V EDTA V EDTA

Thực tế chuẩn độ ngược chỉ có thể thực hiện được một khi thỏa điều kiện: Phức của kimloại cho vào để chuẩn độ lượng EDTA còn dư phải kém bền hơn so với phức của kim loại đãtạo thành với EDTA trước đó Nghĩa là trong phần giới thiệu ở trên pKMY phải lớn hơn pKNY

14 Xác định riêng Al 3+ từ hỗn hợp bằng phương pháp chuẩn độ ngược:

14.1 Giới thiệu:

Do Al3+ đã tạo phức với EDTA, nên để chuẩn độ lượng Al3+ cần phải tiến hành phépchuẩn độ thay thế Bằng việc cho NaF vào để Al3+ tạo phức với F- bền hơn phức tạo với EDTA.Lượng EDTA giải phóng ra đúng bằng lượng Al3+ sẽ được chuẩn bởi dung dịch Zn2+

Từ hai thí nghiệm trên, ta thấy rằng khi chuẩn độ riêng Al3+ hay hỗn hợp có Al3+ trong

đó thường phải dùng phương pháp chuẩn độ ngược Do nhôm có khả năng tạo phức hidroxokhá bền, sẽ khó tạo phức với EDTA, không phù hợp với phương pháp chuẩn độ trực tiếp Mặckhác, có thể do khoảng bước nhảy của Al3+ khá hẹp hoặc không có một chỉ thị nào có khả năngtạo ra pAl cuối nằm trong khoảng bước nhảy nên nhìn chung chuẩn độ Al3+ bằng phương pháptrực tiếp là một điều hết sức khó khăn Trong trường hợp này, chuẩn độ ngược hay chuẩn thaythế là phương pháp tối ưu nhất

15 Xác định riêng Fe 3+ bằng EDTA 0.01000N với chỉ thị SSA:

15.1 Giới thiệu:

Lấy 10.00ml mẫu, thêm NH3 và lắc mạnh đến thoáng đục thì cho thêm vài giọt HCl chotan, muc đích của viêc này là nhằm trung hòa lượng acid dư trong dung dịch mẫu Hai ion kimloai này dược pha trong môi trường acid nên cần trung hòa lại Lúc đầu ta cho thêm NH3 đếnthấy thoáng đục thì dung dịch đã dư một ít NH3, do đó ta phải thêm vài giọt HCl để đưa về pHbằng 7 (thấy dung dịch trong trở lại) Nhưng phản ứng chuẩn độ này phải đươc thực hiện ở pH

= 2, nên ta tiếp tục cho thêm 1ml HCl 1: 2 để đưa pH về gần bằng 2 Dung dịch phải được đunnóng đến 700C để phản ứng chuẩn độ xảy ra tức thời Tiếp theo ta thêm chỉ thị SSA và chuẩn

độ dung dịch ngay lúc còn nóng để phản ứng chuẩn độ xảy nhanh và có tính định lượng

Hiện tượng: Dung dịch chuyển màu từ hồng tím sang vàng nhạt hoặc không màu

Kết quả thu được từ hai phương pháp sai khác nhau khá nhiều nên khó có thể kết luậnphương pháp nào tối ưu hơn Tuy nhiên theo nhận xét chủ quan, cách xác định nồng độ Fe3+theo phương pháp trực tiếp sẽ có độ đúng cao hơn do tránh được nhiều giai đoạn trung gianphức tạp.

Trong điều kiện để chuẩn độ, Al3+ không bị chuẩn độ bởi EDTA và không cản trở phépxác định Fe3+ do ở pH = 2 pK FeY' =11.44, pK'AlY =1.69 và ' '

Lí thuyết và thao tác tiến hành: như trên

Sinh viên: Tô Kim Cần