Phân tích bằng điện hóa

Phân tích bằng điện hóa

Tuyên bố bản quyền:

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình

Cho nên các nguồn thông tin có thể được

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng

cho các mục đích về đào tạo và tham

khảo

Mọi mục đích khác có ý đồ lệch lạc hoặc

sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu

lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

Tổng cục dạy nghề sẽ làm mọi cách để

bảo vệ bản quyền của mình

Tổng cục dạy nghề cám ơn và hoan

nghênh các thông tin giúp cho chúng tôI

sửa chữa,hiệu đính và hoàn thiện tốt hơn

tàI liệu này

Địa chỉ liên hệ:

Dự án giáo dục kỹ thuật và nghề nghiệp

Tiểu ban Phát triển Chương trình Học liệu

………

Mã tài liệu:

Mã quốc tế ISBN:

LỜI TỰA

(Vài nét giới thiệu xuất xứ của chương trình và tài liệu)

Tài liệu này là một trong các kết quả của Dự án GDKT-DN …

(Tóm tắt nội dung của Dự án)

Sách hướng dẫn giáo viên là tài liệu hướng dẫn giảng dạy cho từng mô đun/môn học trong hệ thống mô đun và môn học đào tạo cho nghề phân tích dầu thô và các sản phẩm lọc dầu ở cấp độ lành nghề

Các thông tin trong tài liệu có giá trị hướng dẫn giáo viên thiết kế và tổ chức các bài dạy cho mô đun/môn học một cách hợp lý Giáo viên vẫn có thể thay đổi hoặc điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện và bối cảnh thực tế trong quá trình đào tạo

Đây là tài liệu thử nghiệm sẽ được hoàn chỉnh để trở thành Sách hướng dẫn giáo viên chính thức trong hệ thống dạy nghề

Hà nội, ngày … tháng… năm…

Giám đốc Dự án quốc gia

MỤC LỤC

Đề mục Trang

LỜI TỰA 3

GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN 5

Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun 5

Mục tiêu của mô đun 5

Mục tiêu thực hiện của mô đun 5

Nội dung chínhcác bài của mô đun 6

CÁC HÌNH THỨC DẠY VÀ HỌC 7

YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN 8

LIỆT KÊ CÁC NGUỒN LỰC CẦN THIẾT CHO MÔ ĐUN 9

TỔ CHỨC THỰC HIỆN BÀI DẠY 10

BÀI 1 CƠ SỞ CHUNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA 10

BÀI 2 THIẾT BỊ - DỤNG CỤ PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA Mã bài:HDH2 15

BÀI 3 LẤY MẪU, CHUẨN BỊ MẪU VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ Mã bài: HD H3 21

BÀI 4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ DẪN Mã bài: HD H4 28

BÀI 5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HOÁ Mã bài: HD H5 39

BÀI 6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN LƯỢNG Mã bài: HDH6 53

BÀI 7 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CỰC PHỔ Mã bài: HDH7 68

HOẠT ĐỘNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA TOÀN BÀI 77

CÁC TÀI LIỆU ĐI KÈM CHO MÔ ĐUN 78

NHỮNG GỢI Ý VỀ TÀI LIỆU PHÁT TAY 86

KẾ HOẠCH VÀ CÁCH THỨC ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP MÔ ĐUN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN

Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun

Phân tích điện hoá là phương pháp hoá lý sử dụng các phản ứng hoá học kèm theo sự thay đổi các tính chất vật lý cuả hệ phân tích, sử dụng máy móc thiết bị tinh vi đây là phương pháp phân tích có tính chọn lọc, cho phép xác định chất cần phân tích với hàm lượng nhỏ và vết, phân tích hàng loạt mẫu trong thời gian ngắn, được ứng dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm hiện đại để phân tích mẫu nước, mẫu dung dịch,

Ngành công nghiệp hoá lọc dầu tiêu thụ lượng nước rất lớn nước cho

quá trình hoá dầu, nước cung cấp cho nồi hơi Nước cung cấp cho các mục

đích sử dụng này đòi hỏi phải đảm bảo chất lượng nhất định, ví dụ: nước

dùng cho lò hơi nếu không đảm bảo chất lượng thì sẽ gây nổ lò hơi .Bên canh đó, quá trình lọc dầu cũng thải ra một lượng nước thải rất lớn Để đảm bảo không gây ô nhiễm thì nước thải này cũng cần thiết kiểm tra nghiêm ngặt trước khi thải ra môi trường

Mục tiêu của mô đun

Đào tạo cho học viên có đủ kiến thức về lý thuyết, kỹ năng thực hành, cách làm việc trong với máy móc thiết bị dùng trong phân tích độ dẫn, phân tích điện thế, điện lượng và cực phổ để thực hiện phép phân tích gồm :

- Hiểu được bản chất của phương pháp phân tích điện hoá

- Phân tích mẫu sản phẩm kiểm nghiệm

- Biết xử lý số liệu

- Đánh giá chất luợng của mẫu sản phẩm kiểm nghiệm thông qua số liệu phân tích đuợc

Mục tiêu thực hiện của mô đun

Khi hoàn thành này học viên có khả năng:

- Hiểu và biết được cơ sở lý thuyết cuả các phương pháp phân tích điện hoá

- Sử dụng thành thạo các thiết bị dùng trong phân tích điện hoá: máy chuẩn độ điện thế, máy đo độ dẫn, cực phổ

- Thực hiện thành thạo các bài thí nghiệm cuả môđun bằng các phương pháp phân tích điện hoá

- Xử lý số liệu vẽ các đường cong chuẩn độ, xác định các điểm uốn chuẩn

độ và bước nhảy thế

- Đánh giá chất luợng của mẫu sản phẩm kiểm nghiệm

- Thực hiện các thí nghiệm trong PTN

Nội dung chínhcác bài của mô đun

Danh mục các bài học Thời luợng (tiết) Các hình thức

khác

Lý thuyết Thực hành Bài 1:Cơ sở chung các phương

pháp phân tích điện hoá

Bài 2: Thiết bị - dụng cụ phân

tích điện hoá

Bài 3: Lấy mẫu, chuẩn bị mẫu,

xử lý kết quả

Bài 4: Phân tích độ dẫn

Bài 5: Phân tích điện hoá

Bài 6: Phân tích điện lượng

CÁC HÌNH THỨC DẠY VÀ HỌC

Hoạt động 1 Học trên lớp về:

- Cơ sở lý thuyết của quá trình phân tích điện hoá, các khái niệm, định nghĩa phương trình, công thức tính toán, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tích điện hoá

- Tìm hiểu về các loại điện cực (chỉ thị và so sánh), phân tích ưu nhược điểm

- Tìm hiểu về phương pháp phân tích trên máy đo độ dẫn, đo điện thế, đo điện lượng và thiết bị đo cực phổ

- Cách tổ chức thực hiện, các phép phân tích

Hoạt động 2: Tự nghiên cứu tài liệu liên quan đến kỹ thuật phân tích điện hoá, trình tự tiến hành phép phân tích trong phòng thí nghiệm do giáo viên hướng dẫn

Hoạt động 3: Xem trình diễn và thực hành việc sử dụng các dụng cụ, trang thiết bị phụ trợ

Hoạt động 4: Thực hành thao tác phép phân tích trên máy đo độ dẫn, đo điện thế, đo điện lượng và thiết bị đo cực phổ với các mẫu chuẩn và mẫu phân tích

Hoạt động 5: Thảo luận kết quả thu đuợc Tính toán và đánh giá kết quả Tìm các điều kiện tối ưu cho phép phân tích

YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN

- Bảo quản và bảo dƣỡng dụng cụ phòng thí nghiệm

- Pha hóa chất an toàn

- Tính toán dự trù vật tƣ, nguyên liệu cho các thí nghiệm

Về thái độ

- Nghiêm túc trong việc sử dụng và bảo dƣỡng các thiết bị máy móc và dụng cụ

- Luôn chủ động kiểm tra và đảm bảo về an toàn phòng thí nghiệm

- Chủ động xem xét tình trạng dụng cụ, thiết bị và hóa chất trong phòng thí nghiệm

- Nhắc nhở đồng nghiệp đảm bảo về an toàn phòng thí nghiệm

LIỆT KÊ CÁC NGUỒN LỰC CẦN THIẾT CHO MÔ ĐUN

Vật liệu

- Các hoá chất thông dụng tinh khiết dùng cho phòng thí nghiệm: HCl,

H3PO4, NaOH, H2C2O4, AgNO3, CO2, FeCl2, Pb(NO3)2 theo từng bài thí nghiệm

- Các sản phẩm dầu mỏ

Dụng cụ và thiết bị

- Máy đo độ dẫn

- Máy chuẩn độ điện thế

- Máy đo điện lƣợng

TỔ CHỨC THỰC HIỆN BÀI DẠY

CƠ SỞ CHUNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA

Mã bài: HDH1

Hình thức 1: giảng giải và đưa ra các ví dụ minh họa

- Giảng về cơ sở lý thuyết của các phương pháp phân tích điện hoá

- Các ứng dụng của các phương pháp phân tích điện hoá

1 Khái niệm

Phản ứng điện hoá chủ yếu xảy ra trong bình điện phân Lập một bình điện phân gồm hai điện cực anot (A) và catot (C) nhúng vào dung dịch điện giải và nối hai điện cực này vào nguồn điện một chiều

Năng lượng cung cấp bởi nguồn điện phải đủ lớn để có được phản ứng khử (ở catot) hoặc oxy hóa (ở anot)

Điện tử do nguồn điện cung cấp đến điện cực C, nếu thế ở C đủ bé ta

có phản ứng khử:

OX1 + ne- Kh1 Đồng thời ở A, chất khử Kh2 cho điện tử tạo ra chất OX2:

Kh2 - ne- OX2 Các hiện tượng xảy ra trong bình điện phân:

- Sự trao đổi điện tử ở điện cực nhanh hay chậm tùy theo bản chất cuả mỗi phản ứng (ở catot nhận điện tử, anot nhường điện tử)

- Sự truyền khối là hiện tượng ion trong lòng dung dịch đi về phía điện cực

do sự khuếch tán, đối lưu, điện di Vận tốc truyền khối lớn hay nhỏ cũng ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng điện hoá Vì vậy, phản ứng điện hoá tùy thuộc vào các yếu tố sau: Thế điện cực, vận tốc trao đổi điện tử ở điện cực và vận tốc truyền khối

Vận tốc trao đổi điện tử và truyền khối có những giá trị nhất định, biến thiên giữa các giới hạn xa nhau

1.1 Phương pháp điện phân

1.1.1 Phương pháp điện lượng

Nguyên lý cuả phương pháp dựa trên cơ sở các định luật Faraday, người

ta dựa vào lượng điện tiêu tốn trong thời gian phản ứng điện hoá xảy ra mà suy ra lượng chất đã tham gia phản ứng Phương pháp này còn chia: Điện lượng trực tiếp và gián tiếp Điều kiện tiên quyết để có thể áp dụng phương pháp này là hiệu suất dòng điện phải gần 100%

1.1.2 Phương pháp điện phân

Đây là phương pháp phân tích điện hoá đầu tiên dùng để xác định lượng ion kim loại trong dung dịch

Nguyên tắc: chỉ cần chọn thế, mật độ dòng, pH dung dịch thích hợp để kết tụ hoàn toàn kim loại bên catot (hoặc oxy hoá hết kim loại bên anot)

- Phương pháp nội điện phân, dòng điện một chiều được sinh ra khi nhúng một cặp ganvanic vào dung dịch phân tích

- Phương pháp điện phân có dòng gọi là điện trọng lượng Sự tách chất trên điện cực xảy ra dưới tác dụng của dòng điện một chiều nhận được

từ nguồn ngoài Nếu dung dịch chỉ chứa một ion kim loại bị khử ở catot thì sự điện phân không gặp trở ngại gì, nhưng khi dung dịch chứa nhiều ion kim loại thì vấn đề được đặt ra là làm thế nào có thể khử hoặc oxy hoá một cách chọn lọc Việc sử dụng thế, pH, ligand thích hợp cho phép đạt được yêu cầu này

Điện phân với thế kiểm soát (thay đổi theo yêu cầu) đã trở thành một phương pháp phân tích khá thông dụng nhưng không được sử dụng nhiều

Ưu điểm cuả phương pháp điện trọng lượng so với phương pháp điện lượng là hiệu suất dòng không nhất thiết đạt 100% Ngoài ra, nếu khống chế được thế điện cực ta có thể tách và xác định số lượng lớn các kim loaị

1.2 Phương pháp phân tích điện thế

Phương pháp phân tích điện hoá chỉ dùng sự trao đổi điện tử ở điện cực

1.2.1 Phương pháp điện thế kế

Dựa trên phương trình Nersnt

) Kh (

) Ox ( ln nF

RT E

Phương pháp này thường được áp dụng để đo pH và hoạt độ một số ion bằng những điện cực đặc biệt gọi là điện cực chọn lọc, điện cực loại này có thể chỉ tùy thuộc hoạt độ của một ion nhất định

1.2.2 Phương pháp chuẩn độ điện thế

Chuẩn độ điện thế là phép phân tích dưạ trên việc đo sự biến thiên cuả thế trong quá trình chuẩn độ dung dịch nghiên cứu Trong phương pháp này

ta sử dụng hai điện cực, điện cực so sánh và một điện cực chỉ thị Tùy theo loaị điện cực chỉ thị và sản phẩm tạo thành mà người ta chia ra làm các phương pháp chuẩn độ điện thế khác nhau: chuẩn độ kết tuả, tạo thành phức chất ít phân ly, oxi hoá khử, axit-bazơ

1.3 Phương pháp phân tích điện hoá dựa trên sự truyền khối

Sự truyền khối (ion di chuyển từ lòng dung dịch đến điện cực) có thể thực hiện bằng sự khuếch tán, điện di, khuấy cơ học

1.3.1 Phương pháp đo độ dẫn điện

Đây là phương pháp phân tích điện hoá dựa trên sự truyền khối bằng cách điện di Độ dẫn điện cuả dung dịch tùy thuộc các yếu tố nói trên và tùy thuộc tổng số ion có trong dung dịch Bằng cách đo độ dẫn điện cuả dung dịch khi thay thế một ion này bằng một ion khác có vận tốc khác hẳn ion trước, vẽ đường độ dẫn theo thể tích dung dịch chuẩn R thêm vào từ đó xác định điểm tương đương và nồng độ dung dịch cần xác định

và thế đặt vào được gọi là đường von-ampe hay đường phân cực Đường này vừa cho biết bản chất cuả ion phóng điện vưà cho biết nồng độ ion ấy

Thế bán sóng là thế ứng với nửa chiều cao sóng cực phổ, không phụ thuộc vào nồng độ ion bị khử mà chỉ phụ thuộc vào bản chất cuả chất đó Thế bán sóng đặc trưng cho mỗi ion nên ta có thể dựa vào thế này để định tính chúng Mặt khác, thế bán sóng phụ thuộc nhiều vào môi trường nên ta có thể

sử dụng các dung dịch nền để xác định riêng biệt từng ion

2 Tổng quan về các ứng dụng cuả phép phân tích điện hóa

2.1 Ứng dụng phương pháp độ dẫn

- Xác định hằng số phân ly của các chất điện ly yếu

- Xác định độ hoà tan cuả những chất khó tan

- Xác định thành phần phức chất

- Phân tích chuẩn độ độ dẫn

o Chuẩn độ axit –bazơ

 Axit mạnh bằng bazơ mạnh, axit yếu bằng bazơ yếu

 Axit yếu bằng bazơ mạnh, hỗn hợp axit bằng bazơ

o Chuẩn độ kết tuả

2.2 Các ứng dụng cuả phương pháp điện thế

Phương pháp chuẩn độ điện thế được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại phản ứng khác nhau:

- Phản ứng trung hoà: Phép chuẩn độ axit bazơ điện thế đặc biệt thuận tiện khi phân tích hỗn hợn axit hay bazơ đa chức vì nó tách ra được ở điểm cuối chuẩn độ

- Phản ứng kết tuả: Theo dõi sự biến thiên nồng độ cuả ion trong dung dịch phân tích khi thêm một tác chất tạo thành kết tuả với ion cần xác định, đo thế E giữa một điện cực chỉ thị và điện cực so sánh Có thể chuẩn độ Br-

, Cl-, I-, SCN-, S2-, ferro, ferri cyanua,… chuẩn độ 1 hoặc 2 ion nói trên với điều kiện hai muối có độ tan khác nhau khá nhiều

- Chuẩn độ phức chất: Để phát hiện điểm cuối trong chuẩn độ tạo phức hoà tan có thể sử dụng điện cực kim loaị và điện cực màng Điện cực Hg đặc biệt sử dụng khi chuẩn độ bằng dung dịch EDTA (Y4-

- Chuẩn độ tự động, chuẩn độ vi phân

2.3 Ứng dụng phương pháp điện phân

Phương pháp điện phân ứng dụng trong hoá phân tích với nhiều mục đích khác nhau Các ứng dụng quan trọng có thể liệt kê:

- Tách các tạp chất, ion ảnh hưởng khỏi dung dịch trong một qui trình phân tích

- Phân tích định lượng:

o Điện phân trọng lượng: Kết tụ kim loaị và kết tụ muối ít tan

o Chuẩn độ điện lượng: Chuẩn độ axit –bazơ, chuẩn độ kết tuả, chuẩn độ phức chất và chuẩn độ oxy hoá khử

2.4 Ứng dụng cuả phương pháp cực phổ

Phương pháp cực phổ ứng dụng trong hoá phân tích để định tính và định lượng cation kim loại, anion và các chất hữu cơ chứa trong dung dịch mẫu

Nó được đặc biệt ứng dụng để xác định hàm lượng các chất trong khoảng từ

vài miligam cho đến vài nanogam

Gợi ý các khía cạnh và mức độ:

- Phải giảng cho học viên nắm vững cơ sở lý thuyết của các quá trình phân tích điện hoá

- Ý nghĩa của phân tích điện hoá trong phân tích mẫu kiểm nghiệm

- Tổng quan về các ứng dụng của phương pháp phân tích điện hoá

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá sự hiểu biết của học viên đối với phương pháp phân tích điện hoá bằng các hình thức trao đổi thảo luận Học viên trả lời trực tiếp qua các câu hỏi

Hình thức 2: tổ chức nghiên cứu tài liệu và thảo luận nhóm

- Tổ chức thảo luận về cơ sở lý thuyết của quá trình phân tích điện hoá Cập nhật các thông tin về các kỹ thuật mới trong phân tích điện hoá (cực phổ, cực phổ xung vi phân, chuẩn độ ampe )

- Hướng dẫn học viên nhận xét các hiện tượng xảy ra trong bình điện phân

Gợi ý các khía cạnh và mức độ:

- Các hiện tượng xảy ra trong bình điện phân

- Phải làm cho học viên nắm vững được cơ sở lý thuyết của phép phân tích độ dẫn, điện thế, điện lượng và cực phổ, các khái niệm, các nguyên tắc

- Các học viên phải nhận biết được ý nghĩa và ứng dụng của từng phép phân tích điện hoá

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá kiến thức của học viên qua bài kiểm tra về lý thuyết cho điểm từng phần

BÀI 2 THIẾT BỊ - DỤNG CỤ PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA

- Cách sử dụng máy chuẩn độ điện thế, máy đo độ dẫn, máy cực phổ

1 Nguyên tắc hoạt động máy chuẩn độ điện thế:

1.1 Máy chuẩn độ điện thế 702 SET/MET Titrino

1.1.1 Bật máy và cài đặt các thông số theo yêu cầu cuả máy

- Chọn phương pháp chuẩn độ pH hay m5

- Cài đặt thể tích dung dịch chuẩn mà tại đó máy sẽ dừng chuẩn độ, giá trị này sẽ lớn hơn thể tích ở tại điểm tương đương (để tránh việc tràn dung dịch từ cốc chuẩn độ ra ngoài)

- Cài đặt giá trị mà khi đạt tới giá trị đó máy sẽ dừng chuẩn độ (nếu có)

- Xác định điểm tương đương (EP1) và tốc độ chuẩn độ (ml/phút)

- Nhập công thức tính kết quả vào máy:

C00

C02 C01 EP1 RS1

Với: RS1 Kết quả tính toán (g/l)

EP1 Thể tích chất chuẩn ở điểm tương đương

C01 Nồng độ chất chuẩn

C02 Phân tử lượng chất chuẩn

C00 Thể tích chất cần phân tích

1.1.2 Chuẩn bị dung dịch chuẩn và chuẩn độ

Cân hoá chất và pha dung dịch chuẩn, đổ dung dịch chuẩn đã biết nồng

độ chính xác vào chai thủy tinh chứa chất chuẩn gắn ở bộ phận thay đổi

- Cắm điện cực so sánh và điện cực chỉ thị vào vị trí vào vị trí Ref và Ind1 hay Ind2 tùy theo yêu cầu máy và chất cần xác định

- Dùng pipet lấy dung dịch cần xác định vào trong cốc chuẩn độ, pha loãng dung dịch bằng nước cất, bật khuấy từ để khuấy đều Nhấn nút START trên máy bắt đầu chuẩn độ

- Trong suốt quá trình chuẩn độ hàng đầu tiên cuả màn hình luôn xuất hiện giá trị vừa đo được và tổng thể tích dung dịch chuẩn đã thêm vào cốc

- Và khi đã tìm được điểm tương đương màn hình sẽ xuất hiện EP1

- Máy sẽ tiếp tục chuẩn độ nhanh cho đến khi đạt được các giá trị tại điểm dừng đã cài đặt (nếu có), kết thúc chuẩn độ

- Có thể dừng chuẩn độ với nút STOP trên máy chuẩn độ Lúc này màn hình cuả máy chuẩn độ sẽ xuất hiện như sau:

- Cho dung dịch cần xác định và cá từ vào cốc chuẩn

- Bật máy rồi chỉnh về vị trí pH hay mV tùy theo yêu cầu chuẩn độ, lúc này màn hình sẽ xuất hiện giá trí pH hay thế cuả dung dịch trong cốc

- Tiến hành chuẩn độ, từ buret cho từ từ dung dịch chuẩn vào cốc, ngừng thêm dung dịch chuẩn, bật khuấy từ để khuấy đều dung dịch, tắt khuấy

từ, bật máy pH/mV để đo các giá trị tương ứng, lặp lại quá trình chuẩn độ cho đến hết

2 Máy đo độ dẫn

Máy đo độ dẫn cũng tương tự như máy đo pH hay máy volt kế khác Nó bao gồm hai bộ phận chính: bộ phận đo độ dẫn và điện cực đo độ dẫn

2.1 Máy đo độ dẫn cầm tay

Cấu tạo đơn giản và gọn nhẹ rất tiện lợi để mang đi thực điạ, điện cực được gắn trực tiếp vào máy

Khi sử dụng cần thiết phải biết được các thông số kỹ thuật cuả máy:

- Độ chính xác cuả máy

- Khoảng làm việc (xác định độ dẫn) mS/cm

- Điện cực đi kèm với máy

- Thế cuả máy

- Nhiệt độ làm việc cuả máy

- Số điểm chuẩn (chuẩn ở 1 hay 2 điểm )

2.2 Máy đo độ dẫn để bàn

- Cốc chứa dung dịch đo độ dẫn được đặt trên một máy khuấy từ có thể điều chỉnh tốc độ khuấy

- Điện cực đo độ dẫn được gắn trên giá cố định điện cực, điện cực được nhúng vào trong cốc chứa dung dịch cần đo độ dẫn, nối với bộ phận điều khiển

Nguyên tắc hoạt động: khá đơn giản chỉ cần bật máy rồi thao tác theo chỉ dẫn cuả từng loại máy Nhưng quan trọng khi sử dụng cần thiết phải biết được các thông số kỹ thuật cuả máy:

- Số điểm chuẩn (chuẩn ở 1 hay 2 điểm )

- Cài đặt điểm chuẩn

Các thông số về điện cực sử dụng: thông thường sử dụng điện cực thép, graphit, Pt Lớp bảo vệ bao phủ bên ngoài: thủy tinh hoặc nhựa epoxy, polysunfone Khoảng làm việc cuả điện cực sử dụng và nhiệt độ

Xác định độ dẫn: cho dung dịch cần xác định vào cốc, nhúng điện cực vào trong cốc chứa dung dịch cần xác định bật máy và đọc giá trị khi độ dẫn

đã ổn định

Chuẩn độ độ dẫn: cho dung dịch cần xác định vào cốc, nhúng điện cực vào trong cốc chứa dung dịch, gắn buret chứa chất chuẩn vào cốc, bật máy và đọc giá trị độ dẫn mỗi lần thêm dung dịch chuẩn

3 Máy cực phổ

Cực phổ là máy volt kế điện tử gồm một điện cực giọt Hg hoặc là điện cực quay kim loại (Pt, Au, Ag, Pd có thể điều chỉnh tốc độ) gắn với máy đo Tế bào điện phân là một cốc thủy tinh dùng để chứa dung dịch cần xác định với điện cực chỉ thị và điện cực so sánh nhúng vào trong lòng dung dịch

Nguyên tắc hoạt động: Tùy theo nguyên tố cần xác định mà sử dụng điện

cực kim loại quay hay điện cực giọt Hg Bật máy đo thế và cài đặt các thông

số theo yêu cầu cuả máy

- Nhập giá trị thế đặt vào theo yêu cầu của từng nguyên tố cần xác định

- Tốc độ quét mV/giây

- Số điểm trong một lần quét

- Thời gian quét cho một điểm

- Đối với điện cực cần phải điếu chỉnh tốc độ quay (vòng/phút) (đối với điện cực quay) và tốc độ nhỏ giọt (giọt/giây)(đối với điện cực giọt thủy ngân)

Tùy theo các yêu cầu mà có thể thu được các đồ thị và các thông tin chiều cao cuả peak, diện tích peak, thế bán sóng

4 Các dụng cụ thí nghiệm thông thường

- Buret, pipet

- Bình tam giác, bình định mức, cốc thủy tinh

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Học viên phải nắm vững nguyên tắc hoạt động của từng loại thiết bị

- Ý nghĩa của tế bào điện phân, vai trò của điện cực chỉ thị và so sánh

- Học viên phải sử dụng thành thạo các thiết bị kể trên cũng như ứng dụng của từng loại thiết bị trong thực tế

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý khả năng tư duy, suy luận của học viên:

- Học viên trả lời trực tiếp qua các câu hỏi

- Chỉ dẫn các bộ phận chức năng của từng bộ phận trên máy đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế và cực phổ

Hình thức 2: tổ chức nghiên cứu tài liệu và thảo luận nhóm

- Tổ chức thảo luận về cơ sở lý thuyết và nguyên tắc hoạt động của máy

đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế và cực phổ, ứng dụng thiết bị đo độ dẫn, đo điện thế và cực phổ trong phân tích các loại mẫu kiểm nghiệm

- Hướng dẫn học viên trao đổi theo nhóm cách sử dụng từng loại thiết bị

- Thảo luận quy trình thao tác trên máy

- Ý nghĩa, giới hạn làm việc và độ chính xác của từng loại máy

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý:

- Học viên trả lời trực tiếp qua các câu hỏi

- Giải thích các bộ phận chức năng của từng bộ phận trên máy đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế và cực phổ

- Cho học viên xác định tính năng của mỗi loại thiết bị

Hình thức 3: thảo luận đặc điểm và cách sử dụng các thiết bị

- Tổ chức thảo luận về đặc điểm của từng loại máy phân tích và từng loại điện cực

- Vai trò của từng loại điện cực (chỉ thị và so sánh), điện cực giọt thủy ngân, điện cực quay

- Hướng dẫn học viên sử dụng máy đo độ dẫn cầm tay, để bàn, máy chuẩn độ điện thế, máy đo cực phổ, các loại điện cực tương ứng

Cách thức kiểm tra đánh giá

- Cho học viên đọc và nhận xét về các thiết bị đo độ dẫn cầm tay, đo độ dẫn để bàn, chuẩn độ điện thế, đo cực phổ

- Cho học viên phân biệt ưu và nhược điểm của mỗi loại máy

- Cho từng nhóm lên trình bày vấn đề vừa thảo luận, các nhóm khác hỏi lại

và cho điểm Dựa vào kết quả trung bình để tính điểm cho từng cá nhân

Hình thức 4: thực hành thao tác trên các thiết bị

Tổ chức thành từng nhóm nhỏ cho học viên thực hành trên máy đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế, đo cực phổ

- Chuẩn bị tế bào điện phân tương ứng cho từng máy, từng chỉ tiêu xét nghiệm

- Hướng dẫn các thao tác trên máy: Cài đặt các thông số theo chỉ dẫn của từng máy

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Giúp cho học viên chuẩn bị tế bào điện phân

- Giúp học viên nắm vững thao tác trên các máy, các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình đo độ dẫn, đo thế và đo cực phổ

Cách thức kiểm tra đánh giá

Quan sát thao tác trên máy để đánh giá học viên có kỹ năng thực hành tốt hay không, nắm vững được quy trình bài thực nghiệm sử dụng máy hay không Dựa vào kết quả tính điểm

BÀI 3 LẤY MẪU, CHUẨN BỊ MẪU VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ

Mã bài: HD H3

Hình thức 1: giảng giải về phương pháp lấy, bảo quản và chuẩn bị các loại mẫu trước khi phân tích

- Mô tả cách lấy và bảo quản mẫu

- Chuẩn bị mẫu trước khi phân tích

- Xây dựng đường chuẩn và giải phổ đồ

1 Mô tả cách lấy các loại mẫu

1.1 Mẫu lỏng

1.1.1 Khái niệm

- Mẫu đơn: Là mẫu riêng lẻ, được lấy ngẫu nhiên từ một tập hợp mẫu

- Mẫu gián đoạn: thường được lấy thủ công, cũng có thể lấy tự động từ

trên bề mặt hoặc ở độ sâu nhất định hoặc ở vùng đáy

- Mẫu gián đoạn phụ thuộc thời gian: được lấy ở những khoảng thời

gian định trước Cách thông thường là dùng bơm, bơm mẫu vào một hoặc nhiều bình chứa trong một thời gian nhất định

- Mẫu liên tục lấy ở lưu lượng định trước

- Mẫu liên tục lấy ở lưu lượng thay đổi: Đây là cách lấy mẫu chính xác

nhất nếu cả lưu lượng và nồng độ chất quan tâm đều thay đổi mạnh

- Mẫu tổ hợp: Hai hoặc nhiều mẫu hoặc các phần mẫu trộn lẫn với nhau

theo tỷ lệ thích hợp đã biết trước, từ đó có thể thu được kết quả trung bình cuả một đặc tính cần biết

1.1.2 Cách lấy mẫu

- Lấy mẫu từ ống dẫn: mở vòi để mẫu chảy khoảng 10 -15 phút, hứng

trực tiếp bình lấy mẫu vào vòi (bình lấy mẫu cần được súc kỹ 2-3 lần bằng mẫu cần lấy để xét nghiệm)

- Lấy mẫu từ bể chứa

o Trường hợp nơi lấy mẫu có bơm thì lấy mẫu tương tự như lấy từ ống dẫn Ghi lưu lượng bơm khi lấy mẫu

o Trường hợp lấy mẫu trực tiếp thì dùng dụng cụ lấy mẫu lỏng, lấy mẫu ở các vị trí khác nhau trong bể, độ nông sâu khác nhau tuỳ theo dạng bể và mục đích nghiên cứu

1.1.3 Bình chứa mẫu

Bình lấy mẫu và chứa mẫu cần được chọn cẩn thận sau khi đã xem xét đến độ bền nhiệt, khó vỡ, dễ đóng mở, kích thước, dạng, khối lượng, giá cả khả năng tái sử dụng Vật liệu làm bình phải trơ hoá học và sinh học để tránh hoặc giảm đến tối thiểu phản ứng giữa mẫu và bình chứa Các bình bằng polyetylen và thủy tinh bosilicat là thích hợp cho lấy mẫu thông thường để xác định các thông số vật lý hoá học cuả nước

1.1.4.Nhận dạng mẫu

Sau khi lấy, bình chứa mẫu cần thiết phải được dán nhãn và ghi đầy đủ các thông tin cần thiết: điạ điểm lấy mẫu, ngày giờ lấy mẫu Nhận xét sơ bộ về mẫu vưà lấy: màu sắc, mùi, nhiệt độ, vị trí lấy mẫu, nên ghi rõ công trình liên quan tới mẫu, mục đích thử nghiệm và hoá chất bảo quản

1.2 Cách lấy mẫu rắn

Dùng xẻng nhỏ đào vào trong đống mẫu sâu 0,3-0,6m để lấy mẫu, tùy theo mục đích nghiên cứu mà lựa chọn cách lấy mẫu riêng biệt hay hỗn hợp

- Mẫu riêng biệt: tuỳ theo hình dạng đống mẫu mà bố trí các vị trí lấy mẫu

Áp dụng cách lấy mẫu đường chéo, đường thẳng góc, đường gấp khúc hay nhiều đường chéo như hình vẽ dưới đây:

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí lấy mẫu riêng biệt

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí lấy mẫu hỗn hợp

2 Vận chuyển, bảo quản mẫu

2.1 Bảo quản và vận chuyển mẫu lỏng

Bảo quản các loại nước, có thể thường bị biến đổi ở những mức độ khác nhau do các tác động lý, hoá và sinh vật xảy ra trong thời gian lấy mẫu đến khi phân tích Bản chất và tốc độ cuả những tác động này thường có thể làm cho nồng độ các chất xác định sai khác với lúc mới lấy mẫu Do đó, cần phải có những phương pháp lưu giữ mẫu Chú ý phương pháp giữ mẫu phải phù hợp với kỹ thuật phân tích tiếp sau

- Lọc hoặc ly tâm mẫu: Mẫu dùng để phân tích lý hoá tính thể tích tối

thiểu 2 lít Các chất lơ lửng, cặn lắng, tảo và vi sinh vật có thể được loại

đi lúc lấy mẫu hoặc ngay sau đó bằng cách lọc qua giấy hay màng lọc hay ly tâm Dùng màng lọc cần lưu ý vì nhiều kim loaị nặng có thể bị hấp thu lên bề mặt và các chất trong màng có thể tan ra

- Thêm chất bảo quản: Một số yếu tố vật lý hoá học có thể ổn định bằng

cách thêm hoá chất trực tiếp vào mẫu sau khi lấy hoặc vào bình chứa trước khi lấy mẫu Nhiều hoá chất và nhiều nồng độ khác nhau đã được khuyên dùng thông thường nhất là:

- Vận chuyển mẫu: Các bình chứa mẫu cần được bảo vệ và làm kín để

chúng không bị hỏng hoặc gây mất mát một phần trong khi vận chuyển Cần đóng gói để bảo vệ các bình chứa khỏi bị nhiễm bẩn từ bên ngoài và

bị vỡ, cần chú ý vật liệu đóng gói không được là nguồn nhiễm bẩn Trong khi vận chuyển, các mẫu cần được giữ lạnh và tránh ánh sáng

- Tiếp nhận mẫu tại phòng thí nghiệm: Mẫu được chở đến phòng thí

nghiệm và nếu không thể phân tích ngay thì mẫu cần được bảo quản trong phòng làm lạnh và tối

2.2 Vận chuyển và bảo quản mẫu rắn

Mẫu để phân tích hoá học cần được vận chuyển và bảo quản trong các bình bằng vật liệu trơ hoá học

3 Xây dựng đường chuẩn

Chuẩn bị một loạt các dung dịch có chứa chất cần xác định với nồng độ

đã biết tăng dần, đo trên máy (xác định độ dẫn, thế, độ hấp thụ tùy theo yêu cầu cuả phương pháp phân tích) Từ các kết quả thu được vẽ đường chuẩn

Ví dụ: Dựng đường chuẩn độ dẫn CaO

- Chuẩn bị dung dịch CaO chuẩn: cân chính xác10gCaO, dùng nước cất định mức đến 1 lít thu được dung dịch CaO chuẩn nồng độ 10g/l hay 10mgCaO/ml

- Lấy 7 bình định mức loại 50ml, thêm thứ tự dung dịch CaO và nước như bảng ở dưới đây:

4.1 Đường chuẩn độ độ dẫn

Ví dụ: Trong dung dịch có chất điện ly mạnh AB phân ly hoàn toàn, chuẩn

độ bằng dung dịch điện ly mạnh CD phân ly hoàn toàn

A+ + B- + C+ + D- AD + B- + C+ Trong quá trình chuẩn độ, A+ tạo thành hợp chất ít tan với D-, thay vào đó dung dịch xuất hiện C+ Độ linh động của A+

khác C+ Vì vậy độ dẫn điện dung dịch thay đổi dần

Nếu độ linh động: A+

> C+ đường 1 hình 4

A+ < C+ đường 2 hình 4

A+ = C+ đường 3 hình 4 Trong cả ba trường hợp, sau điểm tương đương độ dẫn tăng do xuất hiện ion C+

và D- Đường chuẩn độ dẫn điện tạo thành một điểm gãy khúc

Hình 3.4: Các dạng đường cong điển hình trong chuẩn độ độ dẫn

4.2 Đường chuẩn độ pH và chuẩn độ điện thế

- Bước nhảy pH trên đường chuẩn độ phụ thuộc vào nồng độ cuả dung dịch chuẩn và nồng độ cuả dung dịch cần xác định, nếu nồng độ các chất

đó càng lớn thì bước nhảy càng dài

Hình 3.5: Đường chuẩn độ pH và chuẩn độ điện thế

- Bước nhảy thế dài hay ngắn tùy vào nồng độ cuả các dung dịch, cường

độ chất tham gia phản ứng Nồng độ các chất tham gia phản ứng càng lớn, thế oxy hoá khử tiêu chuẩn cuả hai hệ tham gia phản ứng càng khác nhau thì bước nhảy càng dài

4.3 Cực phổ đồ

Hình 3.6:Cực phổ đồ cuả ion Cd

Đường cong trên là cực phổ đồ cuả dung dịch chứa 10-3

M Cd2+ và KCl 1M

Đường cong dưới là cực phổ đồ cuả dung dịch KCl

Cực phổ đồ là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ dòng điện vào thế được đặt vào pin cực phổ Trên phổ đồ này ta có thể thấy được dòng dư, dòng giới hạn, khuếch tán, thế bán sóng Dưới đây là cực phổ đồ cuả ion cadimi trong dung dịch chất điện giải trơ KCl

- Giá trị thế bán sóng giúp định danh nguyên tố cần xác định

- Giá trị cường độ dòng giúp xác định được nồng độ cuả nguyên tố cần xác định chứa trong mẫu

Địa điểm, môi trường

Tiến hành tại phòng học, yêu cầu có bảng viết và ghế ngồi cho học viên

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Giúp học viên hiểu tầm quan trọng của việc lấy và bảo quản mẫu

- Học viên phải hiểu thế nào là mẫu tổ hợp, mẫu đơn, mẫu gián đoạn, mẫu liên tục mẫu hỗn hợp và mẫu riêng biệt

- Giảng cho học viên về các thao tác trong quá trình lấy mẫu

- Xây dựng đường chuẩn và đọc phổ đồ

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý Học viên trả lời trực tiếp qua các ví dụ và câu hỏi về cách lấy mẫu và bảo quản mẫu

Hình thức 2: tổ chức nghiên cứu tài liệu và thảo luận đặc điểm và tầm quan trọng của việc chọn, lấy và bảo quản mẫu

- Thảo luận về đặc điểm của từng loại mẫu và cách bảo quản

- Vai trò của việc bảo quản mẫu

- Trao đổi theo nhóm cách lấy từng loại mẫu

- Hướng dẫn học viên cách dựng đường chuẩn và giải phổ đồ

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Giúp cho học viên hiểu khái niệm về các loại mẫu (mẫu đơn, mẫu tổ hợp, mẫu gián đoạn, mẫu liên tục, mẫu riêng biệt, mẫu hỗn hợp )

- Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc lấy mẫu đúng trong phân tích

- Ý nghĩa của việc bảo quản mẫu

- Ý nghĩa của đường chuẩn trong phân tích định lượng

- Ý nghĩa của phổ đồ

Cách thức kiểm tra đánh giá

- Viết bài tiểu luận cách chọn, lấy và bảo quản từng loại mẫu

- Cho học viên giải thích các thông tin hiển thị trên phổ đồ

Hình thức 3: thảo luận về cách lấy và bảo quản mẫu

- Tổ chức thành nhóm nhỏ thảo luận dụng cụ và hoá chất cần thiết cho việc lấy mẫu

- Thảo luận quy trình lấy mẫu lỏng và rắn

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Hướng dẫn học viên cách chọn và lấy mẫu đúng

- Hướng dẫn học viên bảo quản và vận chuyển mẫu

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên qua bài nhận xét và báo cáo về cách lấy và bảo quản mẫu

Hình thức 4: thực hành lấy và bảo quản mẫu

- Tổ chức thành nhóm nhỏ và cho học viên chuẩn bị các dụng cụ hoá chất cần thiết để lấy mẫu

- Tiến hành lấy mẫu theo bài thực hành trong giáo trình giành cho sinh viên

- Hướng dẫn học viên ghi nhận xét trong quá trình lấy mẫu

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Hướng dẫn học viên cách chọn và lấy mẫu đúng

- Hướng dẫn học viên bảo quản và vận chuyển mẫu

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên qua bài thực hành về cách lấy bảo quản và vận chuyển mẫu

BÀI 4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ DẪN

Mã bài: HD H4

Hình thức 1: giang về nguyên lý và ứng dụng của phép phân tích độ dẫn

- Giảng về cơ sở lý thuyết cuả phương pháp phân tích độ dẫn

- Kiến thức về các phương pháp phân tích định lượng

- Ứng dụng phương pháp phân tích độ dẫn

1 Tổng quát

1.1 Độ dẫn điện của dung dịch chất điện li

Dựa vào khả năng dẫn điện cuả các chất người ta chia các chất thành nhiều nhóm dẫn điện khác nhau:

- Chất dẫn loại 1 hay chất dẫn điện electron đó là kim loại, oxit

- Chất dẫn loại 2 hay chất dẫn điện nhờ sự chuyển động cuả các ion có mặt trong nó

Điện trở cuả chất dẫn điện phụ thuộc vào: Bản chất cuả chất dẫn, diện tích bề mặt, dòng điện đi qua độ dài chất dẫn

Độ dẫn điện cuả chất điện ly thường được biểu diễn qua độ dẫn riêng

và độ dẫn điện đương lượng Nồng độ ion trong dung dịch càng lớn thì độ dẫn riêng sẽ lớn

Độ dẫn điện riêng là đại lượng nghịch đảo cuả điện trở suất

)

1.2 Độ dẫn điện đương lượng

1.2.1 Định nghĩa: Độ dẫn điện đương lượng là độ dẫn điện cuả khối dung

dịch chứa đúng một đương lượng chất điện ly nằm giữa hai điện cực đặt song song cách nhau 1cm

Độ dẫn đương lượng luôn tăng đến một giá trị khi pha loãng dung dịch Khi pha loãng dung dịch mức độ phân ly tăng, làm số lượng ion trong một thể tích tăng và s cũng tăng, tăng đến khi toàn bộ phân tử hoà tan trong dung

dịch bị phân ly (tức là khi = 1) Giá trị khi = 1 được gọi là độ dẫn đương lượng ở độ loãng vô cực

1.2.2 Tính chất cộng tính cuả độ dẫn điện đương lượng ở độ pha loãng

42351269

NaCl

42391263150

3

42391263

Biết được độ loãng đương lượng cuả một số ion cho phép chúng ta giải quyết một số vấn đề quan trọng như xác định đối với các chất điện ly yếu, cũng như các chất ít tan

Ví dụ: Tính độ dẫn điện đương lượng cuả dung dịch axit acetic loãng cho biết: HCl = 426,1 cm2/ohm đlg; NaCl = 126,5; CH3COONa= 91,0

COO 3 CH H

cm 2

6 , 390 5 , 126 0 , 91 1 , 426

NaCl COONa

3 CH HCl

Na Na

COO 3 CH Cl

Cl H

1.2.3 Sự phân ly cuả chất điện ly yếu Mối quan hệ giữa độ dẫn điện với

tính chất cuả chất điện ly và bản chất cuả dung môi

Theo Arrhenuis có thể tính được độ phân ly cuả các chất điện ly yếu khi biết và Dung dịch càng loãng độ phân ly càng tiến gần đơn vị, là độ dẫn điện khi = 1:

Độ dẫn điện cuả bất kỳ một dung dịch chất điện ly nào đều phụ thuộc vào bản chất hoà tan cuả chất điện ly và dung môi Độ dẫn cuả dung dịch phụ thuộc vào số lượng ion chứa trong đó và độ linh động cuả chúng Phương

trình cơ bản biểu diễn mối tương hỗ giữa độ dẫn riêng với nồng độ và độ linh động cuả các ion trong dung dịch như sau:

) (

2

K C C

) ( K

Độ linh động cuả ion lại phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Khi có cùng điện tích, ion nào có bán kính lớn thì độ linh động tăng

- Nếu như bán kính của cation và anion như nhau (cùng tích điện) thì độ linh động cuả cation sẽ lớn hơn

- Độ linh động cuả ion H+

và OH- hết sức lớn Nguyên nhân cuả tính chất đặc biệt này được giải thích theo cơ chế sau:

H+ cuả ion hydroxoni sẽ hướng vào oxy cuả phân tử nước bên cạnh tạo thành nhóm H3O+ và cứ như vậy dịch chuyển từ phân tử nước này đến phân

tử nước khác hướng về phía điện cực trái dấu theo quy trình sau:

Cùng một hiện tượng như vậy đối với OH-, ở đây sự định hướng ion OH

-về phía anion

Bản chất dung môi: nếu chúng ta chuyển từ môi trường nước sang các dung môi hữu cơ độ dẫn điện nói chung là giảm do hai nguyên nhân:

 Độ nhớt trong dung môi hữu cơ hầu hết lớn hơn so với nước

 Hằng số điện môi trong dung môi hữu cơ cũng lớn hơn

1.3 Ảnh hưởng cuả nồng độ, nhiệt độ và áp suất tới độ dẫn điện

1.3.1 Ảnh hưởng cuả nồng độ

Độ dẫn đương lượng phụ thuộc vào sự biến đổi nồng độ, mà sự biến đổi nồng độ thì có ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân ly tức là đến số ion tồn taị thực tế trong dung dịch

- Khi nồng độ tăng lên đại lượng giảm xuống Đường cong f C đối với chất điện ly mạnh giảm theo quy luật đường thẳng và rất chậm khi

C tăng, điều phù hợp với phương trình Kohlrausch:

C

A Với: A hằng số thực nghiệm

Độ dẫn đương lượng giới hạn khi dung dịch loãng vô cùng

- Dung dịch đặc, các chất điện ly mạnh tuân theo quy luật bậc 3:

1.3.2 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ

Ảnh hưởng cuả nhiệt độ tới độ dẫn điện đương lượng trong vùng nhiệt

độ hẹp có thể biểu thị bằng phương trình sau:

Với t , t 0 Giá trị độ dẫn đương lượng ở nhiệt độ t và nhiệt độ 00

C , hệ số thực nghiệm

1.3.3 Ảnh hưởng cuả áp suất

Ví dụ: Ở nhiệt độ 200C, khi P tăng thì giảm Nhưng ở nhiệt độ cao đối với tất cả các dung dịch người ta tìm thấy sự tăng khi P cũng tăng

1.3.4 Ảnh hưởng cuả tạp chất

Độ dẫn điện cuả một dung dịch phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có

số lượng ion có mặt trong dung dịch Như vậy, đo độ dẫn điện cuả bất kỳ một dung dịch nào rõ ràng cũng phụ thuộc rất lớn vào sự có mặt cuả các ion lạ Nếu như trong dung dịch chỉ có mặt chất cần xác định thì khi dung dịch ở nồng độ loãng cực đại có thể xem độ dẫn điện là tổng số tốc độ hai thành phần cation và anion tạo nên chất hoà tan

Với +, -: tốc độ cation, anion

Chính dựa vào tốc độ cuả các ion này mà chúng ta có thể xác định được nồng độ qua độ dẫn Như vậy, những tạp chất nào không làm tăng hay giảm lượng ion tồn tại cần xác định sẽ không gây ảnh hưởng

2 Phương pháp phân tích định lượng

2.1 Phương pháp đo độ dẫn trực tiếp

Dựa vào độ dẫn cuả dung dịch để suy ra nồng độ chất khảo sát Phương pháp này có nhiều hạn chế do bị ảnh hưởng cuả nhiều yếu tố khó tránh được (chỉ có thể suy ra nồng độ cuả chất khảo sát từ độ dẫn khi trong dung dịch chỉ chứa một chất duy nhất, phải kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ dung dịch trong suốt quá trình đo độ dẫn)

Để tiến hành đo độ dẫn cuả một dung dịch chất điện ly, người ta sử dụng cầu Wheatstone

Các điện trở chọn thế nào để không có dòng điện chạy qua điện kế, điện

kế G chỉ không, cầu cân bằng, các điểm a và d có cùng một giá trị thế Vì các vai cầu ab và bd nối ở b và thế cuả điểm a và d bằng nhau nên sự sụt thế V1

trên ab bằng sự sụt thế V3 trên bd Tương tự sự sụt thế trên ac bằng sự sụt thế trên cd

Khi cầu cân bằng dòng đện qua ab và ac bằng nhau nên: I1 = I2, tương tự như vậy ta có I3 = I4

Nên ta có:

4 3 2

1

R

R R

R

hay

4 2 3

1

R

R R

R

Bình đo độ dẫn điện đóng vai trò quan trọng: điện trở cuả dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất điện ly, điện tích các điện cực khoảng cách giữa các điện cực, thể tích dung dịch Do đó, hình dạng và vị trí điện cực trong tất cả các phép đo phải cố định

Điện cực được sử dụng được chế tạo từ bạch kim hoặc bụi bạch kim, graphit hoặc thép không rỉ

2.2 Phương pháp xác định nồng độ

Nguyên lý: Chuẩn bị một loạt các dung dịch có nồng độ nhất định chất nghiên cứu đo độ dẫn riêng cuả chúng, dựng đồ thị, dựa vào đồ thị thu được chúng ta sẽ xác định được nồng độ cuả chất cần xác định trong mẫu

2.3 Phương pháp chuẩn độ độ dẫn

Nguyên lý: dưạ vào sự biến thiên độ dẫn điện cuả dung dịch nghiên cứu trong quá trình chuẩn độ do xảy ra phản ứng giữa chất nghiên cứu và chất chuẩn độ trong quá trình chuẩn độ để xác định điểm tương đương Tuỳ theo thành phần dung dịch, tùy theo thuốc thử sử dụng mà ta sẽ thu được các dạng đồ thị khác nhau, tuy nhiên đều tuân thủ theo quy tắc sau:

- Nếu một ion có độ linh động cao được thay thế bằng một ion có độ linh động thấp hơn đồ thị thường sẽ đi xuống

- Nếu ion có độ linh động thấp hơn được thay thế bằng một ion có độ linh động cao hơn đồ thị sẽ đi lên

- Nếu ion thay thế và ion bị thay thế có độ linh động tương đương thì đồ thị

Dung dịch muối này có nồng độ tương đối loãng, độ dẫn điện đương lượng thực tế bằng độ dẫn điện đương lượng ở độ pha loãng vô cùng của muối là

Ta có:

S 1000

Tra cứu -, + ở các bảng cho sẵn, đo tính được S

Dùng định luật tương tác khối lượng:

m n

n m

A R

A R i

a

a a K

Ki là hằng số không bền cuả phức ion

3.4 Chuẩn độ độ dẫn

Ví dụ: Dung dịch có chứa chất điện ly mạnh AB phân ly hoàn toàn, chuẩn

độ bằng dung dịch điện ly mạnh CD phân ly hoàn toàn

A+ + B- + C+ + D- AD + B- + C+

Do thành phần dung dịch biến đổi trong quá trình chuẩn độ nên độ dẫn điện cuả dung dịch chất điện ly biến đổi Trong quá trình chuẩn độ, A+ tạo thành hợp chất ít tan với D-, thay vào đó dung dịch xuất hiện C+ Độ linh động của A+

khác C+ Vì vậy độ dẫn điện dung dịch thay đổi dần Khi vượt quá điển tương đương nếu tiếp tục cho dung dịch CD vào, trong bình đo độ dẫn lúc này xuất hiện D- là cho độ dẫn điện dung dịch thay đổi rõ rệt

Nếu độ linh động: A+

> C+ đường 1 hình 1

A+ < C+ đường 2 hình 1

A+ = C+ đường 3 hình 1 Trong cả ba trường hợp, sau điểm tương đương độ dẫn tăng do xuất hiện ion C+

và D- Đường chuẩn độ dẫn điện tạo thành một điểm gãy khúc

Hình 4.1: Các dạng đường cong điển hình trong chuẩn độ độ dẫn

Hình 4.2: Đường cong chuẩn độ dung dịch HCl bằng NaOH

Theo quá trình thêm NaOH vào, độ dẫn điện cuả H+ thay bằng độ dẫn điện cuả Na+, độ dẫn điện cuả Cl- trong suốt quá trình chuẩn độ là không đổi Tại điểm tương đương b sự dẫn điện chỉ do Na+

và Cl- đảm nhiệm Từ điểm tương đương nếu tiếp tục cho thêm NaOH vào độ dẫn điện sẽ tăng lên do sự tăng số ion Na+

và OH-, đồng thời OH- linh động hơn

- Tương tự chuẩn độ BaCl2 bằng Na2SO4

Phản ứng: BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaCl

Trong quá trình chuẩn độ ion Ba2+ có tốc độ chuyển độ cao hơn được thay thế bằng ion Na+ có tốc độ thấp hơn Taị điểm tương đương tiếp tục cho thêm Na2SO4 độ dẫn tăng đột ngột do sự tăng số ion trong dung dịch

2 Trường hợp A+

= C+Chuẩn độ AgNO3 bằng BaCl2,

Phản ứng: AgNO3 + BaCl2 2AgCl + Ba(NO3)2

Hình 4.3: Đường cong chuẩn độ dung dịch AgNO3 bằng BaCl2

Tốc độ chuyển động cuả ion Ag+

và Ba2+ là tương đương cho nên độ dẫn điện trong suốt quá trình chuẩn độ gần như không thay đổi, tại điểm tương đương tiếp tục cho thêm BaCl2 thì độ dẫn sẽ tăng vọt lên

3 Trường hợp A+

< C+Chuẩn độ axit yếu HA (axit boric, phenol…) bằng kiềm Các axit HA này

có độ phân ly kém, độ dẫn điện nhỏ, chủ yếu là độ dẫn cuả H2O Trong quá trình chuẩn độ, độ dẫn điện tăng do sự hình thành NaA phân ly thành Na+

và

A- (bỏ qua độ dẫn cuả H+) Khi đạt tới điểm tương đương, các ion có độ linh động cao OH- xuất hiện nên độ dẫn điện tăng lên Cũng thu được dạng đồ thị tương tự khi ta chuẩn độ dung dịch AgNO3 bằng HCl

Hình 4.4: Đường cong chuẩn độ axit yếu bằng NaOH

4 Trường hợp khác

Một số trường khác, trong quá trình chuẩn độ lúc đầu độ dẫn tăng nhưng đạt tới điểm tương đương thì độ dẫn không tăng nữa

Ví dụ: chuẩn độ dung dịch CH3COOH bằng dung dịch NH4OH

Hình 4.5: Đường cong chuẩn độ CH3COOH bằng NH4OH

Trong chuẩn độ độ dẫn những đồ thị dạng gãy khúc như trên là rất hiếm, phần lớn tại điểm tương đương không xảy ra sự thay đổi độ dẫn đột ngột mà

từ từ Muốn tìm được điểm uốn chúng ta phải kéo dài những đường thẳng đến điểm gặp nhau Đường cong chuẩn độ có dạng như hình 6

Hình 4.6: Xác định điểm tương đương trong chuẩn độ độ dẫn

Ngoài ta, có thể sử dụng phương pháp chuẩn độ độ dẫn để xác định một hỗn hợp axit mạnh + axit yếu, hỗn hợp Cl-

+ Br- Trong những trường hợp này đường chuẩn độ sẽ có hai điểm uốn như hình

Hình 4.7: Đường cong chuẩn độ hỗn hợp HCl và CH3COOH bằng NaOH

Địa điểm, môi trường

Tiến hành tại phòng học, yêu cầu có bảng viết và ghế ngồi cho học viên

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Phải làm cho học viên nắm vững được khái niệm về độ dẫn điện các ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ, nhiệt độ và áp suất tới độ dẫn điện

- Cơ sở lý thuyết và nguyên tắc đo độ dẫn trực tiếp, chuẩn độ độ dẫn

- Học viên phải hiểu được ứng dụng của phương pháp đo độ dẫn

- Học viên phải biết cách đo độ dẫn trực tiếp và gián tiếp

Cách thức kiểm tra đánh giá

Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý khả năng tư duy suy luận của học viên

Hình thức 2: nghiên cứu tài liệu và thảo luận nhóm

- Tổ chức thảo luận về đặc điểm của phép đo độ dẫn trực tiếp và gián tiếp

- Trao đổi theo nhóm và đưa ra ưu, nhược điểm của hai phép đo độ dẫn

- Trao đổi theo nhóm về các ứng dụng của phép đo độ dẫn

Cách thức kiểm tra đánh giá

- Cho học viên nhận xét về phép đo độ dẫn trực tiếp và gián tiếp

- Nhận xét và so sánh về ưu nhược điểm của hai phép đo độ dẫn

- Ứng dụng của phép đo độ dẫn

Hình thức 3: thảo luận đặc điểm và cách chuẩn đo độ dẫn

- Tổ chức thảo luận về đặc điểm của máy đo độ dẫn

- Hướng dẫn học viên sử dụng máy đo độ dẫn

- Thảo luận về phép chuẩn độ độ dẫn, cách xác định điểm tương đương

Gợi ý các khía cạnh và mức độ

- Giúp cho học viên hiểu được vai trò của điện cực, tế bào điện phân trong phép đo độ dẫn

- Bản chất của các phản ứng xảy ra trong quá trình chuẩn độ độ dẫn

- Hiểu được các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phân tích

Cách thức kiểm tra đánh giá

- Cho học viên đọc và nhận xét về phép chuẩn độ độ dẫn

- Cho học viên nhận xét về các ưu và nhược điểm của phương pháp

- Nhận xét về các ứng dụng của phép chuẩn độ độ dẫn

- Cho từng nhóm lên trình bày vấn đề vừa thảo luận, các nhóm khác hỏi lại

và cho điểm Dựa vào kết quả trung bình để tính điểm cho từng cá nhân

Hình thức 4: thực hành phân tích trên máy đo độ dẫn

- Tổ chức thành nhóm nhỏ và cho thực hành trên máy đo độ dẫn và hướng dẫn học viên ghi nhận kết quả chính xác

- Tiến hành 2 thí nghiệm:

o Xác định nồng độ hỗn hợp hai axit HCl và H3PO4 Hai axit này cùng được trung hoà cùng bằng một dung dịch NaOH chuẩn

o Xác định nồng độ đương lượng cuả dung dịch chứa Ag+

- Chuẩn bị máy đo độ dẫn, thiến hành chuẩn độ, vẽ đường cong chuẩn độ

và tính toán kết quả như đã hướng dẩn trong giáo trình

Gợi ý các khía cạnh và mức

- Phải làm cho học viên nắm vững các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo

- Học viên phải biết cách chuẩn độ

- Các học viên phải nhận biết được ý nghĩa phép chuẩn độ

Cách thức kiểm tra đánh giá

- Cho học viên đọc và nhận xét về phép đo độ dẫn gián tiếp

- Cho học viên đọc và ghi nhận kết quả phân tích vẽ đường cong chuẩn

độ Cho điểm

BÀI 5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HOÁ

Mã bài: HD H5

Hình thức 1: giảng về các khái niệm cơ bản, nguyên tắc của phương pháp điện thế và chuẩn độ điện thế

- Giảng về khái niệm cơ bản trong phương pháp phân tích điện thế

- Nguyên tắc đo thế điện cực, phân tích điện thế trực tiếp

- Phương pháp chuẩn độ điện thế, các điều kiện cơ bản của chuẩn độ điện thế

1 Nguyên tắc đo thế điện cực riêng

Nguyên tắc: Ghép điện cực khảo sát với điện cực tiêu chuẩn hydro thành một nguyên tố Gavani, hai điện cực được nhúng vào hai dung dịch khác nhau rồi đo sức điện động E cuả nó Giá trị sức điện động này chính là thế điện cực riêng cuả điện cực khảo sát Ký hiệu hay E

1.2.1 Điện cực loại 1

Cặp oxy hoá-khử trong trường hợp này là một đơn chất (kim loại hay phi kim) và ion (cation hoặc anion từ đơn chất ấy) Là điện cực làm việc thuận nghịch với chất gây ra sức điện động

Đối với kim loaị: là điện cực làm viện thuận nghịch với cation, điện thế cuả điện cực này chủ yếu phụ thuộc vào hoạt độ cuả cation

Đối với phi kim loaị: (dùng ở thể khí) Điện cực khí làm việc thuận nghịch với anion Chỉ riêng với điện cực khí H2 với điện cực Pt, H2 2 H thì ion là cation

Đây là điện cực 3 lớp, kim loại điện cực tiếp xúc với 2 loại muối khó tan

có cùng anion nhúng vào trong dung dịch có chưá cation cuả muối dễ tan hơn Điện cực loaị 3 này đặc biệt là điện cực 2 2 2

MMY

;HgY

chuẩn độ phức chất các ion M2+, đặc biệt là các ion kim loaị không có tính điện hoạt trong điều kiện thường

1.2.4 Điện cực oxy hoá khử

Cấu tạo gồm kim loại thường là Pt, nhúng vào dung dịch có chứa đồng thời dạng oxy hoá và dạng khử

Điện cực quinidron: Quinidron là một hỗn hợp quinon và hydroquinon có

số mol bằng nhau Quinon và hydroquinon là hai dạng oxy hoá khử cuả nhau:

2 4 6

OH H C

O H C

a

a

sẽ khác làm ảnh hưởng đến giá trị cuả E đo được

1.2.5 Điện cực khí

Là điện cực kim loại trơ (Pt) nằm tiếp xúc với khí và dung dịch chứa ion cuả khí này Các phân tử khí hấp phụ lên bề mặt kim loại bị phân tách thành các nguyên tử hấp phụ tham gia trực tiếp vào quá trình điện cực Kim loại

dùng để chế tạo điện cực khí phải thoả mãn điều kiện sau: