SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM CHUẨN độ kết tủa

Nguyên tắc chung của phương pháp chuẩn độ thể tích là dựa trên sự đothể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ đã biết phản ứng với một thể tích xácđịnh dung dịch của chất có nồng độ chưa b

MỤC LỤC MỤC LỤC……….1

A PHẦN MỞ ĐẦU:……….1

1 Lý do chọn đề tài:……… 2

2 Mục đích nghiên cứu:……… 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:……… 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:……… ….2

5 Những điểm mới của SKKN……… 2

B NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI:……… 3

Chương 1: Cơ sở lý luận liên quan đến SKKN:……… 3

I Đặc điểm chung của chuẩn độ kết tủa:……… 5

II Một số phương pháp chuẩn độ kết tủa:………5

Chương 2: Vận dụng lý thuyết chuẩn độ kết tủa trong bồi dưỡng học sinh giỏi…… 9

I Xác định nồng độ các chất dựa vào chuẩn độ kết tủa………9

II Sai số trong chuẩn độ kết tủa:……….11

Chương 3: Hệ thống bài tập trong các đề thi……… 12

I Đề thi học sinh giỏi quốc gia:……… 12

II Đề thi chọn đội tuyển Olymipc hóa học Quốc tế……… 15

III Bài tập chuẩn bị và đề thi Olymipc Quốc tế:………16

Chương 4: Hệ thống đề kiểm tra……….…19

Chương 5: Thực trang của SKKN……… 20

1 Phạm vi nghiên cứu:……… 20

2 Thực trạng của SKKN:……… 20

3 Nguyên nhân của thực trạng:……… 20

Chương 6: Biện pháp, giải pháp chủ yếu để thực hiện đề tài:……….20

1 Cơ sở đề xuất các giải pháp:……… 21

2 Các giải pháp chủ yếu:……… 21

3 Tổ chức triển khai thực hiện:……… 21

C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 21

1 Kết luận:……… …21

2 Kiến nghị:……… 21

D PHẦN ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC CÁC CẤP:……….…22

TÀI LIỆU THAM KHẢO:……… …22

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LAM SƠN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA

Người thực hiện: Trương Quang Đạo Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Hóa học

Thanh Hóa năm 2017

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Bài tập về hóa học phân tích với chuẩn độ kết tủa là những vấn đề thườnggặp trong các kỳ thi chọn học sinh giỏi (HSG) cấp tỉnh, cấp quốc gia, hay trong

kỳ thi Olympic Hóa học Quốc tế (IchO) Nhằm mục đích có thêm tài liệu phục

vụ cho việc giảng dạy, bồi dưỡng HSG và làm tài liệu phục vụ cho việc tự

nghiên cứu của học sinh Tôi xin giới thiệu chuyên đề “ CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA”

2 Mục đích nghiên cứu:

Việc nghiên cứu nội dung này nhằm mục đích tự bồi dưỡng chuyên môn

cá nhân, làm tài liệu để giảng dạy, bồi dưỡng HSG, hoặc làm tài liệu tự học chohọc sinh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Nội dung đề tài tập trung nghiên cứu về lý thuyết và vận dụng các phươngpháp chuẩn độ kết tủa thông qua các bài tập cho trong các kỳ thi học sinh giỏicác cấp, qua đó phân loại hệ thống các dạng bài tập

4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Làm nổi bật một số vấn đề lý thuyết và vận dụng các phương pháp chuẩn

độ kết tủa vào làm các bài tập hóa phân tích Giúp các em có kiến thức tổng quát

để giải quyết các bài toán trong các đề thi chọn HSGQG và QT

5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm :

Dùng để bồi dưỡng sâu về phần chuẩn độ kết tủa cho học sinh thiHSGQuốc Gia, chọn vòng 2 dự thi olympic Quốc Tế và thi Quốc Tế môn hóahọc

B NỘI DUNG ĐỀ TÀI

CHƯƠNG I: CƠ SƠ LÝ LUẬN

I Đặc điểm chung của chuẩn độ kết tủa

1 Nguyên tắc chung

Nguyên tắc chung của phương pháp chuẩn độ thể tích là dựa trên sự đothể tích dung dịch thuốc thử có nồng độ đã biết phản ứng với một thể tích xácđịnh dung dịch của chất có nồng độ chưa biết cần xác định Cách xác định nồng

độ dung dịch đó gọi là sự chuẩn độ

2 Phương pháp chuẩn độ kết tủa

Phương pháp chuẩn độ kết tủa là phương pháp chuẩn độ thể tích dựa trên

sự tương tác giữa các ion trong dung dịch để tạo thành các chất kết tủa và đượcdùng để định lượng chúng Nói cách khác phản ứng chuẩn độ là phản ứng tạothành các chất kết tủa

Ví dụ: Chuẩn độ ion Cl- trong dung dịch bằng phản ứng tạo kết tủa vớiion Ag+ theo phương trình phản ứng

Ag+ + Cl- → AgCl↓

Khi đó dựa vào lượng Ag+ đã biết để xác định nồng độ ion Cl- trong dung dịch

3 Những đặc điểm của phản ứng chuẩn độ kết tủa

Điều kiện chung của phản ứng chuẩn độ thể tích

Mặt khác, các phản ứng tạo kết tủa cũng thường kèm theo các quá trìnhphụ làm sai lệch tính hợp thức của phản ứng (ví dụ như sự hấp thụ, cộng kết, tạo

dung dịch rắn…) Trên thực tế, người ta cũng đã sử dụng nhiều cách khác nhau

để tăng độ chính xác của phép chuẩn độ kết tủa như: Thay đổi dung môi hoặcgiảm độ phản cực dung môi, chuẩn độ ngược…

Trên thực tế, chúng ta chỉ dùng được một số ít các phản ứng kết tủa trongphân tích chuẩn độ, trong đó quan trọng nhất là phản ứng kết tủa bằng AgNO3

α + phụ thuộc pH của dung dịch

Theo định luật bảo toàn nồng độ ta có:

-1 = P-1=qVới q là sai số chuẩn độ

Khi gần điểm tương đường thì 0 0

5 Bước nhảy chuẩn độ.

Khi gần đến điểm tương đương, sự thay đổi nhỏ về thể tích của dung dịchchuẩn dẫn đến sự tăng hoặc giảm mạnh nồng độ của các chất trong phản ứngchuẩn độ Giai đoạn bắt đầu và kết thúc sự thay đổi đó được gọi là bước nhảychuẩn độ

Từ biểu thức sai số chuẩn độ q = P - 1 = ' 0

Nếu chấp nhận rằng bước nhảy chuẩn độ ứng với giá trị sai số chuẩn độ là

q =± 0,2% thì khi nồng độ các chất càng lớn, tích số tan càng nhỏ, bước nhảychuẩn độ sẽ càng lớn

Tương tự trong phép chuẩn độ trên với sai số chuẩn độ là q =± 0,2% thìbước nhảy chuẩn độ tương ứng với pAg’ = 6 - 4 hay pCl = 4 - 6

II Một số phương pháp chuẩn độ kết tủa

1 Phương pháp Mohr

a Cơ sở của phương pháp

Trong phương pháp Mohr, K2CrO4 được sử dụng để xác định điểm tươngđương của phép chuẩn độ các ion halogenua bằng AgNO3 Tại điểm dừng chuẩn

độ có xuất hiện kết tủa đỏ nâu của Ag2CrO4

Độ nhạy của chất chỉ thị phụ thuộc nhiều vào các yếu tố trong đó quantrọng là nồng độ của chất chỉ thị, pH của dung dịch và nhiệt độ

Khi phản ứng gần đến điểm tương đương, xảy ra các phản ứng

2 4

2 2

2 2

4

−sẽ cản trở việcnhận ra màu đỏ nâu của Ag2CrO4 Thực tế thường dùng là dung dịch K2CrO45.10-3 M (độ 1-2ml K2CrO4 5% đối với 100,0ml hỗn hợp chuẩn độ)

Nếu với nồng độ của K2CrO4 5.10-3 M thì độ nhạy của ion Ag+ cần đề xuấthiện màu đỏ nâu rõ của kết tủa Ag2CrO4 là (3-4).10-5M Trong điều kiện này

4,98.10

−

− = 1,61.10-5M Nếu không tính đến lượng Ag+ đã đi vào kết tủa Ag2CrO4 thì sai số mắcphải khi chuẩn độ dung dịch NaCl 0,100M bằng dung dịch AgNO3 0,100M là:

b Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả chuẩn độ

Ảnh hưởng của pH dung dịch

Khi tăng pH của dung dịch dẫn đến sự xuất hiện của kết tủa Ag2O

2Ag+ + 2OH- Ag2O + H2O K = 1015,4

Khi đó sự xuất hiện kết tủa Ag2CrO4 sẽ đồng thời cùng với sự xuất hiệnkết tủa Ag2O

[OH-] ≥ 10 15,42 1015,45 2

− + = − = 5.10-4 tương ứng với pH ≥ 10,7Trong khi đó, khi pH của dung dịch thấp, dẫn đến sự tăng độ tan của

Ag2CrO4 do quá trình

Ag2CrO4 2Ag+ + CrO2

4

− (1) Ks = 10-11,89CrO2

−] = S a 2

CrO a

Do đó khi nồng độ H+ càng lớn thì độ tan càng giảm

Trên thực tế để đảm bảo độ chính xác cần thiết khi chuẩn độ dùng K2CrO4

là chất chỉ thị nên tiến hành trong khu vực pH từ 8 đến 10

2 Phương pháp Volhard

A Cơ sở của phương pháp

Phương pháp Volhard dựa vào việc chuẩn độ ion Ag+ bằng ion SCN- vàdùng ion Fe3+ làm thuốc thử

Ag+ + SCN- AgSCN↓ K 1

s

− = 10+11,96Tại thời điểm gần cuối chuẩn độ xảy ra phản ứng:

Thông thường, khi chuẩn độ 100,0ml dung dịch KSCN 0,100M bằngdung dịch AgNO3, người ta thường cho 1 ml dung dịch phèn sắt (III), Fe(NH4)(SO4)2.12H2O, tương ứng với nồng độ 1,00M Khi đó

Do đó, sự xuất hiện màu đỏ thường đi kèm với sai số dương khi chuẩn độ

b Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép chuẩn độ

(i) Sự tạo thành lớp điện kép

Khi chuẩn độ gần đến điểm tương đường kết tủa hấp thụ AgNO3, dướidạng keo là AgSCN, Ag+ M NO3

− , nên màu đỏ của phức Fe(SCN)2+ thường xuấthiện trước điểm tương đương Do đó để sai số cần lắc mạnh dung dịch khi chuẩn

độ để chóng đạt cân bằng

(ii) Kết tủa cạnh tranh

Trong nhiều trường hợp để chuẩn độ các ion halogenua (Ví dụ Cl-), người

ta thường cho lượng dư dung dịch AgNO3 sau đó tiến hành chuẩn độ Ag+ dưbằng dung dịch KSCN Khi kết thúc chuẩn độ thì lượng dư SCN−tác dụng vớiion Fe3+ cho màu đỏ của phức Fe(SCN)2+ Tuy nhiên, do độ tan của AgCl lớnhơn độ tan của AgSCN nên tại điểm cuối chuẩn độ sẽ xảy ra phản ứng giữaAgCl và CAN−

- Lọc kết tủa AgCl sau khi đun sôi huyền phù trong vài phút nhằm đông tụkeo AgCl và giải hấp hết ion Ag+ hoặc thêm KNO3làm chất đông tụ keo và đunsôi khoảng 3 phút trước khi lọc

- Thêm một dung môi hữu cơ không trộn lẫn với nước, ví dụ nitrobenzen,vào hỗn hợp trước khi chuẩn độ Ag+ dư bằng SCN- nhằm ngăn chặn tác dụngcủa AgCl với SCN-

- Tăng nồng độ Fe3+; khi tăng nồng độ Fe3+ dẫn đến sự xuất hiện màu đỏcủa phức Fe(SCN)2+ cần một lượng SCN- nhỏ hơn và làm cho sai số của phép

chuẩn độ giảm xuống, tuy nhiên khi nồng độ Fe3+ quá lớn sẽ làm khó cho việcphát hiện ra màu đỏ phức Fe(SCN)2+

(iii) Phản ứng phụ

Khi chuẩn độ ion I- theo phương pháp Volhard thì phải cho Ag+ dư trướckhi cho ion Fe3+ làm chỉ thị vì nếu không thì Fe3+ sẽ oxi hóa ion I-

2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2

(iv) Môi trường

Quá trình chuẩn độ phải được tiến hành trong môi trường axít để tránh sựtạo phức hiđroxo của ion Fe3+ Nồng độ axít (thường dùng là HNO3) không được

bé hơn 0,30M

CHƯƠNG II VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA TRONG BỒI DƯỠNG

có thể xác định được nồng độ của các chất cần chuẩn trong phản ứng chuẩn độ

đó Bên cạnh đó, với nhiều chất không thể xác định trực tiếp bằng phản ứngchuẩn độ kết tủa, chúng ta có thể sử dụng phương pháp chuẩn độ gián tiếp hoặcchuẩn độ ngược

Xác định nồng độ mol/l của dung dịch NaBr

Phân tích: Dựa vào phản ứng chuẩn độ giữa Ag+ với Br- ta có:

Ag+ + Br- AgBr↓ (1) K 1

s

− = 1012>> 1 Phản ứng này hoàn toàn vì thế khi phản ứng đạt đến điểm tương đương thì

ta có:

nBr- = nAg+ ⇒ CV = C0V0 ⇒ 100.C = 40.0,1 ⇒ C = 0,040M

Nhận xét: Khi học sinh bắt đầu tiếp xúc với chuẩn độ kết tủa thì việc làm quen

với các khái niệm như phản ứng chuẩn độ, điểm tương đương là cần thiết Trong

ví dụ này, học sinh dựa vào phản ứng chuẩn độ và lượng chất chuẩn để từ đó xácđịnh lượng chất cần chuẩn mà không cần quan tâm đến các yếu tố chi phối như:Sai số chuẩn độ, chất chỉ thị…điều này rất quan trọng khi học sinh nắm đượcmục đích của chuẩn độ là nhằm xác định nồng độ của chất cần chuẩn độ Từ ví

dụ này chúng ta có thể thực hiện các phép chuẩn độ kết tủa khác nhằm xác địnhnồng độ các chất trong dung dịch hoặc lượng của một chất nào đó trong hỗnhợp

Ví dụ 2: Cho NaCl dư vào 25,00ml dung dịch AgNO3 Lọc kết tủa, làm khô, cânđược 0,4306 gam Mặt khác, nếu chuẩn độ 50,00ml dung dịch AgNO3 trên thìhết 32,58ml dung dịch NH4SCN

Tính nồng độ mol/l của dung dịch AgNO3 và NH4SCN

Phân tích: Từ phản ứng giữa Ag+ với Cl

-Ag+ + Cl- AgCl↓ (1) Ksl-1 = 1010.0 >>1

Khi lấy dư lượng Cl- thì lượng Ag+ trong dung dịch được kết tủa hoàntoàn Vì thế dựa vào khối lượng kết tủa thu được, ta xác định được số mol AgCl

và số mol Ag+ từ đó xác định nồng độ Ag+ trong mẫu

Số mol AgCl↓ = 107,87 35, 450, 4306+ = 3.10-3mol = 25.10-3 ⇒ C = 0,12M

Sau khi xác định được nồng độ Ag+, học sinh sử dụng kết quả đó để xácđịnh nồng độ NH4SCN dựa vào phản ứng chuẩn độ sau:

Ag+ + SCN- AgSCN↓ (2) Ks2-1= 1011,96

Phản ứng (2) có hằng số cân bằng rất lớn ⇒ phản ứng xảy ra hoàn toàn

Từ (2) ⇒ CV = C0V0 ⇒ 32,58.C= 50.0,12 ⇒ C = 0,184M

Nồng độ của dung dịch NH4SCN là 0,184M

Ví dụ 3: Hòa tan 1,998 gam hỗn hợp Kl và KBr vào nước và pha loãng thành

500,0ml (dung dịch X) Chuẩn độ 25,00ml dung dịch X theo phương phápFajans thì hết 11,52ml dung dịch AgNO3 0,0568M

Mặt khác, lấy 50,0ml dung dịch X, chế hóa với chất oxi hóa để oxi hóahết I- thành I2 và sau đó tách I2 bằng phương pháp chiết Chuẩn độ dung dịch cònlại thấy hết 7,10ml dung dịch AgNO3 0,0568M

Tính % KBr và KI trong hỗn hợp

Đáp số: %m KI = 51,96% %m KBr = 48,04%

Ví dụ 4: Hòa tan 2,00 gam một mẫu phân bón photphat trong nước, thêm

40,000ml dung dịch AgNO3 0,20M để làm kết tủa photphat dưới dạng Ag3PO4.Chuẩn độ lượng Ag+ dư hết 8,00ml dung dịch KSCN 0,1200M

Tính thành phần % P2O5 trong mẫu phân bón

có thể xác định chính xác nồng độ của các chất trong quá trình chuẩn độ

2 Các bước tiến hành

(1) - Xác định phản ứng chuẩn độ

(2) - Lập biểu thức bảo toàn nồng độ chất chuẩn và chất cần chuẩn

(3) - Lập biểu thức xác định sai số của phép chuẩn độ

(4) - Tính sai số của phép chuẩn độ

3 Một số ví dụ

Ví dụ 6: Chuẩn độ 50,00ml dung dịch NaBr 0,0100M bằng dung dịch AgNO30,020M dùng K2CrO4 2,00.10-3M làm chỉ thị

Tính sai số chuẩn độ nếu kết thúc chuẩn độ khi bắt đầu xuất hiện kết tủa

Ag2CrO4 (lượng kết tủa này không đáng kể)

Phân tích: Đây là phương pháp Morh trong chuẩn độ kết tủa Đối với học sinh

phổ thông việc xác định sai số được hiểu một cách đơn giản là sự chênh lệch kếtquả chuẩn độ so với thời điểm tương đương

Tại điểm tương đương của phép chuẩn độ:

Ag+ + Br- AgBr (1) Ksl-1 = 1012,3

Khi đó ta có: Vtđ.0,020 = 50,00.0,010 ⇒ Vtđ = 25,00ml

Tại thời điểm xuất hiện kết tủa Ag2CrO4 ta có:

12 3

10 2.10

−

− = 2,24.10-5M(Về mặt chính xác hơn ta phải xét đến cần bằng của CrO42- trong dung dịch là: CrO2

4

−

+ H2O HCrO4

− + OH−(1)K1 = KwK 1

a

− = 10-14 106,5 .10-7,5

C 2.10-3

[ ] 2.10-3 - x x x

K1

4 2 4

2.10

x x

Tính sai số của phép chuẩn độ

Ví dụ 9: (Bài tập hòa học phân tích - Nguyễn Tinh Dung)

Chuẩn độ 100ml dung dịch NaBr bằng dung dịch AgNO3 0,0100M Khithêm được 50,00ml dung dịch AgNO3 thì sai số mắc phải là + 0,3% Tính nồng

độ của NaBr

Đáp số: C0 = 4,985.10-3M

CHƯƠNG III

HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP TRONG CÁC ĐỀ THI

I ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA

Ví dụ 10: [ Câu II 2b) (HSG QG 2002) Bảng A]

Dung dịch X gồm Na2S 0,010M, Kl 0,060M, Na2SO4 0,050M Thêm dầnPb(NO3)2 vào dung dịch X cho đến nồng độ 0,090M thì thu được kết tủa Y vàdung dịch Z

- Cho biết thành phần hòa học của kết tủa Y và dung dịch Z

- Tính nồng độ các ion trong dung dịch Y (không thể sự thủy phân của cácion, coi thể tích dung dịch không thay đổi khi thêm Pb(NO3)2

Hướng dẫn giải:

Pb2+ + S2-  → PbS↓ (K 1

s

−) = 10260,09 0,01

0,03

Pb2+ + 2I-  → PbI2 (K 1

s

− ) = 107.60,03 0,06

= 3 10 7,6

4

− = 10-2,7

PbSO4: S = 4

1.1

PbSO T

= 10 − 7,8 = 10-3,9

PbS: S =

1.1

PbS T

= 10−26 = 10-13Bởi vì độ tan của PbI2 là lớn nhất nên cân bằng chủ yếu trong dung dịch làcân bằng tan của PbI2

[S2-] =

26

2,7

10 10

−

− = 10-23,3 = 5.10-24M << [Pb2+] Các nồng độ SO2 2

4−, S + đều rất bé so với nồng độ của Pb2+, như vậy nồng độ của

Pb2+ do PbS và PbSO4 tan ra là không đáng kể nên cách giải gần đúng trên chấpnhận được

Ví dụ 11: [Câu III (đề thi chọn HSG 2004)]

Dung dịch A gồm AgNO3 0,050M và Pb(NO3)2 0,100M Thêm 10.00mldung dịch KI 0,250M và HNO3 0,200M vào 10,00ml dung dịch A thu được dungdịch B

Sau đó nhúng một điện cực Ag vào dung dịch B và ghép thành pin (có cấunối tiếp xúc hai dung dịch) với một điện cực có Ag nhúng vào dung dịch X gồmAgNO3 0,010M và KSCN 0,040M

a) Viết sơ đồ pin

b) Tính sức điện động Epin tại 250C

c) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động

d) Tính hằng số cân bằng của phản ứng trong pin

Cho biết: Ag+ + H2O AgOH + H+ K1 = 10-11,70 (1)

Pb2+ + H2O PbOH+ + H+ K2 = 10-7,80 (2)Cho số tích tan pKs: AgI là 16,0; PbI2 là 7,86; AgSCN là 12,0

E0Ag+/Ag = 0,799V ; RT

F ln = 0,0592 lg

Đáp số: b) Epin = 0,178v d) K = 104

Ví dụ 12: [Câu III.I - Đề thi chọn HSG QG 2006]

Thêm H2SO4 vào dung dịch gồm Pb(NO3)2 0,010M và Ba(NO3)2 0,020M chođến nồng độ 0,130M (coi thể tích dung dịch không đổi khi thêm axit)

Hãy tính pH và nồng độ các cation kim loại trong dung dịch thu được

Đáp số: pH = 0,78; [Ba2+] = 2,0.10-8 ; [pb2+] = 1,34.108M

Ví dụ 13: [Câu III - Đề thi chọn HSG QG 2007]

Một dung dịch có 3 chất HCl, BaCl2, FeCl3 cùng nồng độ 0,0150M Sục khí CO2vào dung dịch này cho đến bão hòa Sau đó thêm từ từ NaOH vào dung dịch đếnnồng độ 0,120M Tính pH của dung dịch thu được

Cho biết: Nồng độ CO2 trong dung dịch bão hòa là 3.102M; thể tích dung dịchkhông thay đổi khi cho CO2 và NaOH vào; các hằng số: pKa của H2CO3 là 6,35