thực trạng và một số giải pháp nâng cao hiệu quả dạy – học phần thực hành phân tích hóa lý

thực hành với mẫu thực tế, chưa ứng dụng được nhiều phương pháp phân tích của lý thuyết hoặc những hiệu quả của những bài thực hành chưa cao … Trong khi những đề tài nghiên cứu trước đây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Lê Ngọc Tứ Sinh viên th ực hiện: Phạm Thị Mỹ Trinh

L ớp: Hóa 4C

L ỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận này, con xin kính gửi đến ba, mẹ lòng biết ơn sâu sắc Công ơn dưỡng dục và những lời động viên của ba, mẹ chính là động lực giúp con

vững bước hơn trong cuộc sống

Em xin kính gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy, cô trong khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm TP.HCM đã hết lòng dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt

bốn năm học qua

Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Th.S Lê Ngọc Tứ, cảm ơn thầy

đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho em những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành tốt công việc nghiên cứu của mình

Em cũng không quên gửi lời cảm ơn đến cô Phạm Thị Thảo Uyên và các thầy,

cô phụ trách ở phòng thực hành Hóa Phân tích đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian nghiên cứu

Cảm ơn các bạn sinh viên khóa 35 và 36 đã cho tôi những ý kiến bổ ích, làm tăng thêm tính khoa học và thực tiễn của bài khóa luận

Cảm ơn các bạn lớp Cử nhân hóa K.35 đã luôn động viên, ủng hộ tôi trong

những năm học Đại học

TP HCM, tháng 5 năm 2013 Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Mỹ Trinh

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

RSD Độ lệch chuẩn tương đối

S Sai số ngẫu nhiên

DANH M ỤC HÌNH ẢNH TRONG KHÓA LUẬN

Hình 2.1 Đồ thị sự phụ thuộc thế của điện cực chỉ thị với thể tích chất chuẩn Hình 2.2 Đồ thị sự thay đổi của thế trên thể tích từng phần của chất chuẩn Hình 2.3 Sơ đồ điện phân dung dịch CuSO4 trong phòng thí nghiệm

Hình 2.4 Đường chuẩn trong hệ tọa độ A - C

Hình 3.1 Đường cong chuẩn độ của axit H3PO4

Hình 3.2 Đồ thị chuẩn độ điện thế của axit H3PO4

Hình 3.3 Đường chuẩn của dung dịch Ni2+

M ỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN TỔNG QUAN……….3

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 4

1.1 Khái niệm về thực hành thí nghiệm 4

1.2 Mục đích của việc thực hành thí nghiệm 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ 7

2.1 Một số phương pháp phân tích điện hóa 7

2.1.1 Phương pháp chuẩn độ điện thế 8

2.1.2 Phương pháp điện phân 10

2.2 Phương pháp phân tích sắc ký trao đổi ion 12

2.2.1 Định nghĩa 12

2.2.2 Sắc ký trao đổi ion 12

2.3 Phương pháp phân tích trắc quang 14

2.3.1 Định nghĩa 14

2.3.2Phân tích định lượng bằng phương pháp trắc quang 15

PHẦN THỰC NGHIỆM……… 19

CHƯƠNG 3 THỰC TRẠNG DAY - HỌC PHẦN THỰC HÀNH PHÂN TÍCH HÓA LÝ 20

3.1 Thực trạng chương trình học thực hành Phân tích hóa lý ở các trường Đại học 20

3.1.1 Thực hành Phân tích hóa lý ở khoa Hóa học, ĐH Sư phạm TP.HCM 20

3.1.2 Nội dung chương trình thực hành ở một số trường Đại học khác 20

3.2 Điều tra thực trạng học thực hành Phân tích hóa lý của sinh viên khoa Hóa trường

ĐH Sư phạm TP.HCM 24

3.2.1 Mục đích điều tra 24

3.2.2 Đối tượng điều tra 24

3.2.3 Mô tả phiếu điều tra 24

3.2.4 Kết quả điều tra 25

3.3 Khảo sát các bài thực hành Phân tích hóa lý hiện tại 36

3.3.1 Bài 1 – Chuẩn độ điện thế Xác định nồng độ H3PO4 36

3.3.2 Bài 2 – Điện phân dung dịch CuSO4 39

3.3.3 Bài 3 – Xác định pH bằng phương pháp trắc quang 41

3.3.4 Bài 4 – Xác định Ni2+ bằng Dimetylglyoxim khi có mặt chất oxy hóa bằng phương pháp đường chuẩn 43

3.3.5 Bài 5 – Sắc ký trao đổi ion 45

CHƯƠNG 4 MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY – HỌC PHẦN THỰC HÀNH PHÂN TÍCH HÓA LÝ 48

4.1 Điều chỉnh, sửa đổi một số nội dung trong bài thực hành 48

4.1.1 Dung dịch rửa giải 48

4.1.2 Thời gian rửa giải Cu2+ 49

4.2 Thay mới, bổ sung một số bài thực hành 49

4.2.1 Phương pháp điện phân có kiểm tra thế catot xác định Pb trong oxit kẽm 50

4.2.2 Xác định đồng thời MnO4- và Cr2O72- trong hỗn hợp 51

4.2.3 Phương pháp trao đổi ion trên nhựa cationit tách niken và coban 53

4.3 Xây dựng các phim hướng dẫn thực hành cho sinh viên 54

PHẦN KẾT LUẬN 56

M Ở ĐẦU

Để bắt kịp và hòa nhập với nền giáo dục thế giới, nhiều năm nay cả nước ta đang

tiến hành công cuộc đổi mới nền giáo dục trên tất cả các lĩnh vực: mục tiêu, chương trình, nội dung, phương pháp… Trong đó thực hành là một trong những phương pháp

học tập giúp củng cố nền tảng lý thuyết đã được học Riêng đối với những ngành khoa

học thực nghiệm như hóa học thì thực hành thí nghiệm có vai trò vô cùng thiết thực Vì

thế, việc dạy – học thực hành các bộ môn hóa học ở trường đại học là rất quan trọng

Đã từ lâu nay, thực hành hóa học ở các trường đại học đóng vai trò cực kỳ quan

trọng đối với công tác dạy – học của giảng viên và sinh viên Thực hành thí nghiệm hỗ

trợ đắc lực cho các giảng viên trong quá trình giảng dạy, truyền đạt kiến thức và minh

họa lý thuyết một cách tốt hơn Thực hành còn giúp sinh viên nhanh chóng nắm vững

kiến thức, kỹ năng kỹ xảo, hình thành những phẩm chất cần thiết cho công việc nghiên

cứu khoa học

Riêng đối với bộ môn Hóa phân tích, đó là một môn học đòi hỏi người học phải

có tính tư duy tốt, các thao tác thực hành phải thật chính xác và đòi hỏi kỹ thuật cao Vì

thế, các giờ thực hành Hóa phân tích ở trường Đại học phải thực sự đạt hiệu quả cao, giúp sinh viên hiểu rõ hơn phần lý thuyết và vận dụng tính ứng dụng cao của Hóa phân tích vào nghiên cứu và thực tiễn

Trong khi nền khoa học của nước nhà và thế giới đang trên đà phát triển vượt

bậc thì đòi hỏi chúng ta cũng phải không ngừng học hỏi, rèn luyện các kỹ năng thật tốt

và phát triển tư duy để chất lượng giáo dục của trường Đại học nói chung, của khoa Hóa học nói riêng ngày càng được nâng cao Chương trình thực hành Phân tích hóa lý

tại trường ĐHSP TP.HCM đã đuợc xây dựng nhiều năm nay, phục vụ cho việc đào tạo

cử nhân Hóa học, nay cần được hoàn thiện hơn So với các trường đại học khác thì hiện

nội dung phần thực hành Phân tích hóa lý của trường ta còn rất ít, chưa có nhiều bài

thực hành với mẫu thực tế, chưa ứng dụng được nhiều phương pháp phân tích của lý thuyết hoặc những hiệu quả của những bài thực hành chưa cao …

Trong khi những đề tài nghiên cứu trước đây lại không tìm hiểu nhiều về vấn đề này dù đây là một đề tài có ý nghĩa quan trọng đối với các giờ học thực hành PTHL

của sinh viên, quyết định chất lượng và hiệu quả trong công tác giảng dạy của giảng viên tại trường

Vì vậy, đề tài “Thực trạng và một số giải pháp nâng cao hiệu quả dạy – học

ph ần thực hành Phân tích Hóa lý” được nghiên cứu với mong muốn cải thiện và

nâng cao hơn nữa chất lượng, hiệu quả của các giờ thực hành Phân tích hóa lý

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Khái niệm về thực hành thí nghiệm

Thí nghiệm: Theo từ điển Tiếng Việt NXB khoa học xã hội 1992 thì thí nghiệm

có hai nghĩa Nghĩa thứ nhất: “Gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh” Nghĩa

thứ hai: “làm thử để rút kinh nghiệm” Theo đại từ điển Tiếng Việt NXB Văn hóa thông tin 1999 thì thí nghiệm là: “làm thử theo những điều kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh” Trong đề tài nghiên cứu này khái niệm thí nghiệm được giới hạn trong một phạm vi hẹp hơn là “thực hiện các phản ứng, quá trình hóa học” [1]

Thí nghiệm hóa học là một phần quan trọng không thể thiếu được trong giáo dục hóa học bởi vì hóa học là một bộ môn khoa học thực nghiệm và mỗi nhà hóa học cần

phải nắm vững những kỹ năng thực hành cơ bản

Giáo dục hóa học có nhiều mục tiêu khác nhau, song nhiều mục tiêu không thể đạt được nếu không có thí nghiệm thực hành thích hợp

Thí nghiệm được xem như một mô hình đại diện cho hiện thực khách quan, là cơ

sở điểm xuất phát cho quá trình học tập, nhận thức của học sinh, sinh viên [2]

Thí nghiệm hóa học được sử dụng với tư cách là nguồn gốc, xuất xứ của kiến

thức để dẫn đến lý thuyết, hoặc với tư cách kiểm tra giả thuyết

Theo xu thế phát triển giáo dục khoa học của thế giới hiện nay thì mục đích của thí nghiệm hóa học không chỉ đơn giản là để minh họa nội dung lý thuyết đã học mà còn để phát triển khả năng suy luận, tư duy sáng tạo cho sinh viên Theo các nhà giáo

dục học phương Tây thì đây mới chính là giá trị đích thực của thí nghiệm hóa học

Trong nhiều trường hợp, thí nghiệm hóa học có những giá trị riêng biệt của chính nó hơn là chỉ để minh họa nội dung lý thuyết của khoa học (David A.Humphreys, 1993, tr-32)

Hầu hết các thí nghiệm trong hóa học đòi hỏi tư duy chặt chẽ, rõ ràng Các nguyên tử, orbital, cấu trúc lập thể của phân tử, các trạng thái tập hợp của các chất, các

lực nội phân tử,… không thể cảm nhận được một cách trực tiếp Chúng đều là những khái niệm trừu tượng mà sinh viên chỉ có thể hiểu được khi xem xét nó qua những sự

vật hay hiện tượng cụ thể trong thực nghiệm Vì vậy thí nghiệm hóa học tự bản thân

nó, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc gặt hái một số mục tiêu giáo dục hóa học ở đại học như phát triển kỹ năng lý luận khoa học và tư duy sáng tạo cho sinh viên, điều này chỉ có thể có được nếu trong thí nghiệm hóa học, chính sinh viên là những người

khảo sát các quá trình hóa học, làm việc chủ động trong phòng thí nghiệm chứ không đơn thuần là người thực hiện lại những điều đã vạch sẵn

1.2 Mục đích của việc thực hành thí nghiệm

Trong quá trình học tập, thực hành thí nghiệm giữ một vai trò rất quan trọng vì hóa học là một môn khoa học vừa lý thuyết vừa thực nghiệm, nó có cơ sở lý luận khoa

học nhưng những cơ sở đó đều được đúc kết và phát triển qua những công trình thực nghiệm tích lũy lại Ăngghen đã viết : “Trong nghiên cứu khoa học tự nhiên cũng như

lịch sử, phải xuất phát từ những sự thật đã có, phải xuất phát từ những hình thái hiện

thực khác nhau của vật chất, cho nên trong khoa học lý luận về tự nhiên, chúng ta không thể cấu tạo ra mối liên hệ để ghép chúng vào sự thật, mà phải từ các sự thật đó, phát hiện ra mối liên hệ ấy, rồi phải hết sức chứng minh những mối liên hệ đó bằng

thực nghiệm”

Như vậy, chúng ta thấy rằng thí nghiệm, thực nghiệm khoa học giữ vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình nhận thức khoa hoc và thực tiễn Mỗi môn học, mỗi công việc đều có mục đích Không nằm ngoài quy luật đó, thực hành thí nghiệm cũng

có những mục đích riêng của nó

Đối với bộ môn hóa học, thực hành thí nghiệm sẽ giúp cho sinh viên làm sáng tỏ

những vấn đề lý thuyết đã đưa ra “Học đi đôi với hành” – với ý nghĩa đó thực hành thí nghiệm giúp sinh viên ôn tập và kiểm tra lại các vấn đề lý thuyết đã học, trên cơ sở đó

hiểu sâu sắc và nắm vững những nội dung cơ bản trong giáo trình lý thuyết Vì thế, có quan điểm cho rằng: “Thí nghiệm hóa học là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn”

Thực hành thí nghiệm giúp sinh viên làm sáng tỏ lý thuyết, phát triển tư duy

nhận thức: dự đoán, suy diễn…, bồi dưỡng cho sinh viên phương pháp lý luận khoa

học Ngoài mục đích kiến thức, thực hành thí nghiệm còn rèn luyện cho sinh viên kỹ năng, kỹ xảo khi tiến hành thí nghiệm với từng thiết bị dụng cụ hay từng hóa chất Bên

cạnh đó, thí nghiệm hóa học còn có tác dụng giáo dục thế giới quan duy vật biện chứng

và củng cố niềm tin khoa học cho sinh viên, giúp hình thành ở sinh viên những đức tính, phẩm chất tốt đẹp của người lao động mới: thận trọng, ngăn nắp, trật tự, gọn gàng, kiên nhẫn, trung thực …

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MỘT SỐ

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ

Tất cả các phương pháp phân tích định lượng hóa học được chia thành hai nhóm: các phương pháp hóa học và các phương pháp hóa lý

Các phương pháp hóa học bao gồm các phương pháp phân tích trọng lượng, thể tích Các phương pháp hóa lý dựa trên việc đo các tính chất vật lý trong hệ nghiên cứu Các phản ứng hóa học được sử dụng trong các phương pháp phân tích hóa lý bao giờ cũng kèm theo sự thay đổi một số tính chất vật lý của hệ, ví dụ như các phản ứng tạo

phức làm thay đổi tính chất hấp phụ ánh sáng của dung dịch, các phản ứng điện hóa làm thay đổi thế điện cực, hay các phản ứng có kèm theo sự thay đổi độ dẫn điện của dung dịch …

Các phương pháp hóa lý có độ nhạy và độ chọn lọc cao hơn nhiều so với các phương pháp hóa học Các phương pháp hóa lý có thể chia thành nhiều nhóm khác nhau: Các phương pháp điện hóa, các phương pháp quang học, các phương pháp phóng

xạ, các phương pháp tách sắc ký

2.1 M ột số phương pháp phân tích điện hóa [3]

Các phương pháp điện hóa đều dựa trên các quá trình xảy ra trên hai điện cực

hoặc giữa hai điện cực Tất cả các quá trình đó đều kèm theo sự biến đổi của một tham

số của dòng điện như thế điện cực, cường độ dòng điện, điện trở … bởi vì các đại lượng này thường là hàm số của nồng độ của một số cấu tử trong hệ nghiên cứu Theo

một số tác giả, các phương pháp điện hóa có thể chia làm hai nhóm:

• Các phương pháp dựa trên cơ sở của phản ứng điện hóa xảy ra trên hai điện

cực (phương pháp điện thế, điện phân, cực phổ)

• Các phương pháp không liên quan đến phản ứng điện hóa xảy ra ở điện cực (phương pháp đo độ dẫn điện, đo điện môi)

Trong bài khóa luận này, chúng ta chỉ tìm hiểu hai phương pháp phân tích điện hóa là phương pháp chuẩn độ điện thế và phương pháp điện phân

2.1.1 Phương pháp chuẩn độ điện thế

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của phương pháp điện thế là chuẩn

độ điện thế Chuẩn độ điện thế là phép chuẩn độ trong đó sự thay đổi của sức điện động

của một pin nguyên tố Gavanic là hàm số của lượng chất thuốc thử thêm vào Bởi vậy trong phép chuẩn độ điện thế người ta tiến hành chuẩn độ và theo dõi sự thay đổi thế

của dung dịch cần chuẩn độ và từ đó xác định điểm tương đương

Mục đích chính của phương pháp này là xác định được điểm tương đương với

độ chính xác và độ lặp lại cao Mặt khác đường cong chuẩn độ có thể cho ta biết những thông tin nhiệt động học khác (như các hằng số phân li của các axit yếu, các hằng số

tạo thành của các ion phức…)

So với các phương pháp xác định điểm tương đương khác, phương pháp chuẩn

độ điện thế có nhiều ưu điểm vì nó có thể áp dụng cho các hệ có màu sắc hay những hệ không có chỉ thị màu (mà phương pháp chuẩn độ thể tích không sử dụng được) Mặt khác, trong phương pháp chuẩn độ điện thế ta có thể tránh được những sai sót do chủ quang gây ra khi xác định điểm cuối chuẩn độ theo sự thay đổi màu của chỉ thị và cả

những phép chuẩn độ bắt buộc phải có đối chứng

2.1.1.1 Các điều kiện cơ bản của chuẩn độ điện thế

• Phải có phản ứng hóa học xảy ra giữa thuốc thử và dung dịch chuẩn độ theo đúng yêu cầu đòi hỏi của các phản ứng dùng trong phân tích thể tích, tức là: phản ứng

xảy ra nhanh, hoàn toàn và đúng tỷ lượng

• Phải có phản ứng chỉ thị thích hợp, tức là phản ứng điện hóa xảy ra trên điện

cực chỉ thị Nếu chất tham gia phản ứng chỉ thị là chất xác định hoặc thuốc thử hoặc

sản phẩm thì thế đo được sẽ thay đổi trong suốt quá trình chuẩn độ và điểm tương đương sẽ dựa vào đồ thị E = f(x) Trong đó x là lượng thuốc thử cho vào khi chuẩn độ

Lượng chất tham gia phản ứng chỉ thị phải nhỏ hơn rất nhiều so với lượng chất tham gia vào phản ứng chính của phép chuẩn độ

Người ta phân biệt hai loại chuẩn độ điện thế: chuẩn độ điện thế khi cường độ dòng bằng không và chuẩn độ điện thế khi cường độ dòng không đổi, khác không

2.1.1.2 K ỹ thuật chuẩn độ điện thế

Để chuẩn độ điện thế, ta cần có cốc đổ chuẩn độ, buret đựng dung dịch chuẩn

của thuốc thử và hai điện cực – chỉ thị và so sánh Ngoài ra cần có dụng cụ khuấy dung

dịch (khuấy từ)

Mở đầu ta cho thuốc thử (chất chuẩn) nhanh, từng ml một lần, gần điểm tương đương thì cho ít lại khoảng 0,1 ml và phải đợi cân bằng được thiết lập trước khi thêm

phần mới Mỗi lần thêm chất chuẩn vào, cần thiết phải để cho điện cực chỉ thị có giá trị

thế không đổi (độ lệch không hơn vài milivolt trong một phút)

2.1.1.3 Cách xác định điểm tương đương trong chuẩn độ điện thế bằng phương

pháp đồ thị

Nguyên tắc cơ bản là nghiên cứu toàn bộ đường cong chuẩn độ Nếu ta vẽ đồ thị

sự phụ thuộc thế của điện cực chỉ thị với thể tích chất chuẩn thì trên đường cong chuẩn

độ sẽ có điểm uốn, ở đó sự thay đổi của thế theo thể tích chất chuẩn đạt cực đại, ta có

thể xác định điểm tương đương là ở tại đây

Hình 2.1 Đồ thị sự phụ thuộc thế của điện cực chỉ thị với thể tích chất chuẩn

Ta có thể vẽ đồ thị ∆𝐸∆𝑉 (sự thay đổi của thế trên thể tích từng phần của chất chuẩn) như một hàm số của thể tích chất chuẩn Đồ thị được biểu diễn trên hình vẽ sau đây:

Hình 2.2 Đồ thị sự thay đổi của thế trên thể tích từng phần của chất chuẩn

Khi vẽ đồ thị ∆𝐸∆𝑉 = 𝑓(𝑣) thì thể tích chất chuẩn V ở đây được tính là trung bình

cộng giữa hai giá trị thể tích tương ứng với các giá trị thế Nếu như tất cả các hiệu số (V2 – V1) đều bằng nhau thì ta có thể sử dụng ∆𝐸 để vẽ đồ thị (thay vì ∆𝐸∆𝑉 ) còn nếu như không bằng nhau thì phải tính cụ thể từng giá trị ∆𝐸∆𝑉

Từ giá trị cực đại trên đồ thị sự phụ thuộc ∆𝐸∆𝑉 theo V chiếu xuống trục hoành sẽ cho ta biết giá trị thể tích chất chuẩn tại điểm tương đương

2.1.2 Phương pháp điện phân

2.1.2.1 Điện phân khi cường độ dòng không đổi

Thiết bị điện phân gồm một bộ accu B, ampe kế A, vôn kế V, một bộ biến trở R

và bình điện phân C

Hình 2.3 Sơ đồ điện dung dịch CuSO 4 trong phòng thí nghi ệm

Bằng cách thay đổi biến trở R có thể giữ cho cường độ dòng điện không đổi trong suốt quá trình điện phân Khi tiến hành điện phân người ta thường dùng điện cực platin, trong đó catot thường làm dưới dạng lưới để tăng diện tích khi tiếp xúc Điện

cực phụ thường làm từ dây platin Trước khi điện phân phải rửa sạch điện cực platin

bằng axit HNO3, sau đó rửa bằng nước cất, sấy khô và cân Để kiểm tra lúc kết thúc điện phân người ta thử ion bị điện phân còn lại bằng phản ứng nhỏ giọt Sau khi đã điện phân xong người ta nhấc điện cực ra khỏi dung dịch điện phân và chỉ ngắt điện sau khi đã rửa sạch điện cực bằng nước cất, để tránh hòa tan kết tủa kim loại trở lại Sau đó sấy khô rồi cân và tính trọng lượng kết tủa kim loại đã tách ra

2.1.2.2 Điện phân khi khống chế thế

Phương pháp điện phân khi cường độ dòng không đổi có nhược điểm là thiếu

chọn lọc bởi vì khi tăng thế để giữ cho cường độ dòng không đổi thì có thể xảy ra quá trình khử các ion kim loại khác cùng có mặt trong dung dịch hoặc có thể có hydro thoát

ra

Để khắc phục nhược điểm này người ta tiến hành điện phân khi có khống chế

thế

Thiết bị điện phân về cơ bản giống như sơ đồ thiết bị điện phân khi cường độ dòng không đổi, chỉ có khác là trong dung dịch điện phân người ta lắp thêm một điện

cực so sánh S và nối điện cực này với điện cực chính (ví dụ catot) qua một điện thế kế

Trong quá trình điện phân, thế của điện cực chính được giữ cố định (theo dõi qua điện thế kế) bằng cách chuyển dịch biến trở R Phương pháp điện phân khi có

khống chế thế có ưu điểm là cho phép tách được các kim loại khác nhau ở trong cùng dung dịch

2.2 P hương pháp phân tích sắc ký trao đổi ion

của pha tĩnh và pha động, nhờ đó mà ta có thể tách được từng cấu tử riêng biệt

2.2.2 S ắc ký trao đổi ion [3]

Sắc ký trao đổi ion là quá trình sắc ký dựa trên cơ sở của sự trao đổi thuận nghịch, đúng tỷ lượng các ion trong dung dịch và các ion trong ionit

2.2.2.1 Ionit [4]

Ionit là tên gọi chung cho tất cả các chất có khả năng trao đổi ion với dung dịch

mà chúng tiếp xúc Ionit vô cơ hoặc hữu cơ thiên nhiên không đáp ứng được nhu cầu

phân tích do dung lượng trao đổi thấp và một điều rất không phù hợp khi áp dụng ionit này là độ lặp lại của phép phân tích kém Vì vậy ngày nay người ta chỉ còn sử dụng ionit thiên nhiên trong sản xuất Các ionit tổng hợp tỏ ra có ưu điểm rõ rệt do: dung lượng trao đổi cao, độ bền lý học và hóa học tốt, độ lặp lại của phép tách sắc ký tốt Có

thể chia các loại chất trao đổi ion thành hai nhóm cơ bản theo nền của chất trao đổi ion:

• Các hạt polyme xốp truyền thống mà ta vẫn gọi là nhựa trao đổi ion hay còn

gọi là nhựa ionit

• Các hạt silic có phủ lớp trao đổi ion truyền thống

• Các hạt silic xốp có gắn nhóm trao đổi ion trên bề mặt

2.2.2.2 Cân b ằng trao đổi ion [4]

Quá trình trao đổi ion dựa trên cân bằng trao đổi giữa các ion trong dung dịch và các ion trên bề mặt pha tĩnh Cationit axit mạnh có nhóm –SO3H phản ứng với cation trong dung dịch theo phương trình:

Kex chính là ái lực hấp thu của ionit với chất phân tích phụ thuộc vào điện tích

của ion, kích thước hydrat hóa của nó và các tính chất khác Mặt khác KD còn phụ thuộc nồng độ H+ theo tỷ lệ ngược

Thực nghiệm chứng tỏ rằng các cation đa hóa trị có hằng số trao đổi ion Kex lớn hơn các cation hóa trị thấp

2.2.2.3 Pha động trong sắc ký trao đổi ion [4]

Trước hết ta nói về phản ứng trao đổi cơ bản trong sắc ký trao đổi ion

Trong phản ứng trên E là chất rửa giải hay pha động, X là nhóm trao đổi ion trên pha tĩnh Như vậy vai trò của chất rửa giải là cạnh tranh vị trí hấp thu vào pha tĩnh (R-)

Có bốn căn cứ để lựa chọn pha động như sau: Kiểu phát hiện chất phân tích; Độ phức

tạp của mẫu phân tích; Loại chất phân tích và Loại cột được sử dụng

Thông thường, pha động là dung dịch đệm có pH xác định Để tách các ion kim

loại, người ta thêm các chất tạo phức Khi phân tích các anion, nếu hệ phát hiện là detector độ dẫn, pha động hoặc là dẫn điện kém (các chất rửa giải là anion hữu cơ như benzoat, phtalat…) có pH xác định hoặc là dung dịch phù hợp với cột loại trừ, thí dụ

cột loại trừ R-HCO3 kết hợp R-H thì pha động phải là dung dịch NaHCO3

2.3 Phương pháp phân tích trắc quang

2.3.1 Định nghĩa [3]

Phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phương pháp phân tích quang học

dựa trên sự tương tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lượng bức xa thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại Tương tác này xảy ra ở mức phân tử, vì vậy phân tích trắc quang bao hàm nội dung của phân tích quang phổ phân tử, nó khác với phân tích quang phổ nguyên tử, trong đó căn cứ vào sự hấp thụ hay phát xạ ra năng lượng bởi nguyên tử để ứng dụng vào phân tích

Do vậy, tùy thuộc vào loại hiệu ứng tương tác giữa phân tử và năng lượng bức

xạ mà ta có những phương pháp phân tích trắc quang khác nhau

Có thể chia phương pháp trắc quang thành ba nhóm chính như sau: phương pháp

hấp thụ quang, phương pháp phát quang và phương pháp đo độ đục Trong phạm vi bài khóa luận chỉ nghiên cứu phương pháp hấp thụ quang

Phương pháp hấp thụ quang dựa trên việc đo cường độ dòng sáng bị chất màu

hấp thụ chọn lọc Nếu ánh sáng bị hấp thụ nằm trong vùng tử ngoại hay hồng ngoại thì

phải đo quang bằng các thiết bị có tế bào quang điện hay các tế bào thu quang điện khác như nhân quang điện, quang điện trở …

2.3.2 Phân tích định lượng bằng phương pháp trắc quang [3]

Nguyên tắc chung của các phương pháp phân tích định lượng dựa trên phép đo quang của dung dịch màu và so sánh cường độ màu (hoặc độ hấp thụ quang) của dung

dịch nghiên cứu với dung dịch chuẩn là dung dịch có nồng độ chất cần xác định đã biết trước Sau đây chúng ta chỉ tìm hiểu về các phương pháp so màu quang điện

Thiết bị dùng trong phương pháp này là các quang sắc kế cho ánh sáng gần đơn

sắc, cho phép đo được mật độ quang của dung dịch nghiên cứu và dung dịch chuẩn so sánh với dung dịch “trống” (hay là dung dịch so sánh) Có nhiều phương pháp đo quang để xác định nồng độ, trong phạm vi của đề tài nghiên cứu này chỉ đề cập đến

một số phương pháp nhất định

2.3.2.1 Phương pháp đường chuẩn [3, 5, 6]

Trong thực tế phân tích người ta chỉ sử dụng vùng tuyến tính và đoạn thẳng AB được gọi là đường chuẩn của phương pháp phân tích Vùng tuyến tính này rộng hay

hẹp ở trong vùng nồng độ nào là tùy thuộc vào độ hấp thụ phân tử ε của mỗi chất phân tích hay sản phẩm của nó với một thuốc thử màu nhất định Nói chung, các hợp chất càng nhạy phổ UV – VIS thì vùng tuyến tính càng hẹp và lùi về phía nồng độ thấp Do

đó rất thích hợp để xác định lượng vết các chất

Từ phương trình cơ sở A = k.C, để xây dựng đường chuẩn cho việc định lượng

một chất ta phải trải qua các bước công việc sau đây:

• Chuẩn bị một dãy mẫu chuẩn có nồng độ chính xác của nguyên tố hay chất phân tích cùng trong điều kiện với mẫu phân tích như chất nền, môi trường pH, thông thường chuẩn bị dãy mẫu chuẩn với 5 hay 7 nồng độ, ví dụ như trong bảng 2.1 Ở đây,

Cx là các mẫu phân tích cần xác định nồng độ C

Bảng 2.1 Dãy chuẩn của chất phân tích

• Nghiên cứu chọn điều kiện phù hợp nhất để đo phổ UV – VIS của tất cả các

mẫu chuẩn và mẫu phân tích, như các thông số máy đo A, điều kiện đo,…

• Đo phổ hấp thụ UV – VIS của tất cả các mẫu chuẩn và mẫu phân tích theo các điều kiện đã chọn, ví dụ: ta thu được các giá trị tương ứng là Ao, A1, A2,… như trong bàng 2.1

• Từ các giá trị A – C tương ứng của các mẫu chuẩn ta dựng đường chuẩn trong

hệ tọa độ A – C (hình 2.3) Sau đó đem giá trị Ax của các mẫu phân tích áp vào đường chuẩn ta sẽ tìm được giá trị nồng độ Cx của chất phân tích trong mẫu đo

Phương pháp này rất tiện lợi để phân tích hàng loạt mẫu, nhanh chóng, hiệu suất cao Nhưng với những mẫu có hàm lượng nhỏ và thành phần phức tạp thì trong nhiều trường hợp ta không thể pha chế được một dãy mẫu chuẩn phù hợp với mẫu phân tích

về thành phần vật lý và hóa học Do đó sẽ mắc phải sai số lớn Những trường hợp này

ta phải chuyển mẫu sang chất nền khác hay dùng phương pháp thêm để loại trừ ảnh hưởng của thành phần nền

2.3.2.2 Phương pháp thêm [3]

Phương pháp thêm là một dạng của phương pháp so sánh Theo phương pháp này, mật độ quang của dung dịch nghiên cứu được so sánh với chính dung dịch đó có cho thêm những lượng xác định của chất nghiên cứu ai

Phương pháp này thường được dùng để đơn giản bớt quá trình phân tích nhưng

chủ yếu là để loại trừ ảnh hưởng cản trở của các tạp chất lạ vì nó cho phép tạo ra những điều kiện giống nhau cho dung dịch chuẩn và dung dịch nghiên cứu Phương pháp được dùng rộng rãi để xác định những vi lượng của chất nghiên cứu khi có mặt những

chất cản trở Tuy vậy nó cũng chỉ áp dụng được cho những dung dịch tuân theo định

luật hấp thụ cơ bản

Có thể dùng phương pháp tính hoặc phương pháp đồ thị, nhưng trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới thiệu phương pháp đồ thị

• Cách ti ến hành:

Pha dung dịch màu nghiên cứu với Cx và đo Ax

Pha một dãy dung dịch chuẩn cũng chính là dung dịch nghiên cứu có cho thêm

những lượng chính xác ai của chất cần xác định để nồng độ của dãy chuẩn là Cx+a1,

Cx+a2, Cx+a3, …, Cx+ai và đo mật độ quang Ax+aitương ứng

Dựng đồ thị Ax+ai - C𝑎𝑖 để xác định Cx

Kết quả xác định bằng phương pháp thêm sẽ càng chính xác nếu như 𝐶𝑎𝑖 càng bé

để cho Ax+ai càng gần nhau và gần với Ax Giá trị tuyệt đối từ A đến gốc tọa độ chính

𝑛 (pha loãng n lần dung dịch có

nồng độ Cx) và dung dịch màu nghiên cứu có cho thêm một lượng chất cần xác định để

có 𝐶𝑥+𝑎 sao cho 𝐶𝑛𝑥 < 𝐶𝑥 < 𝐶𝑥+𝑎 để cho 𝐴𝑥

𝑛 < 𝐴𝑥 < 𝐴𝑥 + 𝑎 nhưng rất gần nhau thì sai

số sẽ giảm

Nếu đưa lên đồ thị mà đường biểu diễn không phải là một đường thẳng thì trong

một phạm vi hẹp ta có thể coi như đường thẳng và tính Cx như sau:

PH ẦN THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 3 THỰC TRẠNG DẠY - HỌC PHẦN

3.1 Th ực trạng chương trình học thực hành Phân tích hóa lý ở các trường

đại học

3.1.1 Th ực hành Phân tích hóa lý ở khoa Hóa học, ĐH Sư phạm TP.HCM [7]

Chương trình thực hành Phân tích hóa lý theo niên chế (dành cho sinh viên khóa

35 trở về trước) tương đương với 1 đơn vị học trình, quy đổi thành 30 tiết thực hành; trong đó thời gian học tương ứng là 5 buổi và 1 buổi thi kết thúc học phần

Hiện nay, trường áp dụng chương trình học theo tín chỉ dành cho sinh viên, thì

phần thực hành Phân tích hóa lý tương đương với 1 tín chỉ

Trường hiện đang được sử dụng giáo trình “Thực hành một số phương pháp Phân tích hóa lý” do tổ Hóa phân tích biên soạn Đây là tài liệu lưu hành nội bộ, trong

đó gồm 5 bài thực hành như sau:

Bài 1: Chuẩn độ điện thế Xác định nồng độ H3PO4

Bài 2: Điện phân dung dịch CuSO4

Bài 3: Xác định pH bằng phương pháp trắc quang

Bài 4: Xác định Ni2+ bằng Dimetyglyoxim khi có mặt chất oxy hóa bằng phương pháp đường chuẩn

Bài 5: Sắc ký trao đổi ion

3.1.2 N ội dung chương trình thực hành ở một số trường đại học khác

3.1.2.1 Trường Đại học Bách khoa TP.HCM [8]

Trường sử dụng giáo trình thực hành Thí nghiệm Phân tích định lượng được biên soạn bởi các tác giả Nguyễn Thị Thu Vân (chủ biên), Trần Thị Minh Hiếu, Nguyễn Duy Khiêm, Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết; Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM năm 2011 Nội dung giáo trình như sau

A - CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN ĐẾN PHƯƠNG PHÁP QUANG Bài 1: Xác định hằng số phân ly của chỉ thị bằng phương pháp quang phổ hấp thu thấy được

Bài 2: Định lượng kim loại trong nước theo phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử AAS

Bài 3: Định lượng kim loại trong rượu theo phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử AAS

B - CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN ĐẾN PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ Bài 1: Làm mềm nước cứng bằng nhựa trao đổi ion

Bài 2: Định tính Ni2+, Co2+, Cu2+ bằng sắc ký giấy

Bài 3: Tách và định lượng Ni2+

trong hỗn hợp Ni2+

, Co2+, Fe3+ Bài 4: Định tính Cloramphenicol trong thuốc nhỏ mắt

Bài 5: Định tính tinh dầu trong lá bạc hà

Bài 6: Định tính vitamin trong thuốc bổ

Bài 7: Định tính chất ngọt nhân tạo trong nước ngọt giải khát

Bài 8: Tách và định tính caroten trong một số rau, củ, quả (cà rốt, cà chua, bắp vàng,…)

Bài 9: Định tính và định lượng các axit amin trong nước mắm

Bài 10: Định tính và định lượng α- pinene trong mẫu dầu thông bằng phương pháp sắc ký khí

C - CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN ĐẾN PP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA Bài 1: Phương pháp chuẩn độ điện thế (Bằng máy chuẩn độ tự động DL 21) Bài 2: Định lượng Cu và Pb trong đồng thau theo phương pháp điện kết tủa

3.1.2.2 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [9]

Trường sử dụng giáo trình thực hành “Hướng dẫn thí nghiệm Hóa phân tích” do tác giả Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng biên soạn vào năm 1992 Năm 2007, giáo trình được biên soạn bổ sung bởi các tác giả Từ Văn Mặc, Nguyễn Lê Huy, Vũ Thị Hồng

Ân Giáo trình gồm hai phần: Các phương pháp phân tích hóa học và Các phương pháp phân tích hóa lý Sau đây sẽ giới thiệu phần thực hành các phương pháp phân tích hóa

lý, gồm 23 bài

Chương 1: Phương pháp trắc quang

Bài 28: Nghiên cứu phổ hấp thụ của phức Fe-axit sunfosalisilic

Bài 29: Xác định sắt bằng axit sunfosalixilic

Bài 30: Xác định hàm lượng sắt trong nước tự nhiên

Bài 31: Xác định MnO4- và Cr2O72- trong dung dịch hỗn hợp

Bài 32: Xác định Ni2+

bằng dimetylglyoxim

Bài 33: Xác định amoni trong nước

Bài 34: Xác định Cl

bằng thủy ngân thyoxyanate

Bài 35: Phương pháp đo quang xác định thành phần phức Cu(II) – nitrozo – r-sol Bài 36: Xác định đồng theo phương pháp đo quang vi sai

Bài 37: Phổ điện tử của ion NO2

- Chương 2: Phương pháp điện phân

Bài 38: Phương pháp điện phân khối lượng xác định đồng

Bài 39: Phương pháp điện phân có kiểm tra thế catot xác định Pb trong oxit kẽm Chương 3: Phương pháp cực phổ

Bài 40: Xác định Zn trong dung dịch

Bài 41: Xác định Cd2+

trong dung dịch

Bài 42: Phương pháp von − ampe xác định Pb2+

Bài 43: Phương pháp von - ampe xác định Zn2+

, Cd2+, Pb2+, Cu2+ khi chúng có

mặt đồng thời

Chương 4: Phương pháp điện thế

Bài 44: Xác định nồng độ HCl bằng NaOH (điện cực quinhydron bão hòa) Bài 45: Xác định nồng độ NaOH và Na2CO3 bằng HCl (điện cực thủy tinh) Bài 46: Xác định Cl-, I- trong dung dịch hỗn hợp bằng AgNO3 0,1N

Bài 47: Chuẩn độ Fe3+

bằng K2Cr2O7 Chương 5: Phương pháp sắc ký trao đổi ion

Bài 48: Phương pháp trao đổi ion trên nhựa cationit tách niken và coban

Bài 49: Tách và xác định Fe3+

, Zn2+ trong dung dịch hỗn hợp

Chương 6: Phương pháp chiết – đo quang

Bài 50: Xác định vi lượng đồng(II) khi có niken(II) lượng lớn bằng phương pháp chiết - đo quang

3.2 Điều tra thực trạng học thực hành Phân tích hóa lý của sinh viên khoa

Hóa trường ĐH Sư phạm TP.HCM [10, 11]

Qua điều tra sẽ hiểu biết một cách đầy đủ và chính xác hơn về những mặt được

và chưa được, khẳng định mức độ tương hợp giữa dự đoán và thực tế

Rút ra những kết luận cần thiết và những giải pháp cụ thể trong việc nâng cao

chất lượng thực hành và xác định hướng nghiêu cứu

3.2.2 Đối tượng điều tra

Chúng tôi đã tiến hành điều tra với các sinh viên lớp Hóa 3C, 4A, 4B và 4C năm

học 2012-2013

Số phiếu phát ra: 150

Số phiếu thu về: 137; trong đó lớp Hóa 3C: 20 phiếu, lớp 4A: 35 phiếu, lớp 4B:

35 phiếu và lớp 4C: 47 phiếu

3.2.3 Mô t ả phiếu điều tra

Trong phiếu điều tra chúng tôi sử dụng 25 câu hỏi (gồm 24 câu hỏi đóng và 1 câu hỏi mở) Nội dung các câu hỏi tập trung vào 2 chủ đề chính là:

Thực trạng việc học thực hành PTHL (từ câu 1 đến câu 16)

Nhu cầu thay đổi hoặc cải tiến giờ thực hành PTHL (từ câu 17 đến câu 25)

3.2.4 K ết quả điều tra

Nhận xét chung: khi viết phiếu sinh viên đã thể hiện được ý thức xây dựng, mong muốn được đóng góp vào việc cải tiến nội dung và phương pháp trong các giờ

thực hành PTHL Trong câu hỏi mở có rất nhiều ý kiến phong phú đa dạng biểu hiện sự tích cực suy nghĩ và tinh thần trách nhiệm cao Tuy nhiên cũng còn một số phiếu không trả lời hết các câu hỏi hoặc đánh dấu vào mục “không quan tâm”

Kết quả cụ thể về từng nội dung cần tìm hiểu như sau:

3.2.4.1 Th ực trạng việc học thực hành Phân tích hóa lý

a) Thái độ, tình cảm và nhận thức của sinh viên về thực hành PTHL

Câu 1: Đối với các giờ thực hành PTHL bạn cảm thấy:

Chỉ hài lòng một phần 64 46,1

Câu 13: Số thí nghiệm mà bạn cảm thấy hứng thú khi tiến hành vào khoảng:

Nh ận xét: Đa số sinh viên có thái độ tích cực và yêu thích các giờ thực hành

PTHL Phần đông sinh viên cảm thấy hứng thú đối với các thí nghiệm đã thực hành và

cảm thấy số điểm đạt được cuối học phần là phù hợp với khả năng của bản thân