Tài liệu CHƯƠNG 6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG doc

„ Giai đoạn đầu Tạo mầm kết tinh: tạo nên khoảng 4 phân tử nên kích thước rất nhỏ → trung tâm → cation và anion kết tủa lên bề mặt.„ Giai đoạn tiếp theo: mầm phát triểnthành hạt tủa có h

PHƯƠNG PHÁP

PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG

CHƯƠNG 6

„ PPPTKL thuộc nhóm phương pháp phân tích hóa học.

„ Định lượng cấu tử X dựa trên phép đo khối lượng.

I NGUYÊN TẮC

Ưu điểm:

„ Có độ chính xác cao (0,01%), được dùnglàm phương pháp trọng tài

„ Đơn giản về nguyên tắc, dụng cụ phân

SAI SỐ TRONG PPPTKL:

„ Sai số hệ thống:

„ Sai số ngẫu nhiên:

I NGUYÊN TẮC

Phân tích khối lượng có thể tiến hành nhiều phương pháp:

1 Phương pháp trực tiếp

2 Phương pháp gián tiếp

3 Phương pháp kết tủa

I NGUYÊN TẮC

X được tách khỏi mẫu dưới dạng đơnchất, hợp chất bền, ít tan, đem cân.

AX → A + X↓ (cân X)

mmẫu(g) mX(g)

1 Phương pháp trực tiếp

1 Phương pháp trực tiếp

1 Phương pháp trực tiếp

X được tách khỏi mẫu dưới dạng hợp chất

dễ bay hơi Cân mẫu trước và sau khi

2 Phương pháp gián tiếp

„ Hòa tan mẫu để chuyển X thành ion trongdung dịch

Phương pháp này đóng vai trò quan trọng,

sử dụng rộng rãi trong thực tế

Ví dụ:

3 Phương pháp kết tủa

Giai đoạn chuẩn bị: (bắt buộc)

„ Chọn mẫu đại diện

„ Cân lượng mẫu thích hợp sao cho nhậnđược lượng cân thích hợp của sản phẩmsau khi nung là:

II CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PPKL KẾT TỦA

Các giai đoạn phân tích:

5 Tính toán kết quả theo yêu cầu.

II CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PPKL KẾT TỦA

1.1 Yêu cầu đối với thuốc thử C

1.2 Yêu cầu của dạng tủa, dạng cân

1.3 Điều kiện tạo tủa thích hợp

1.3.1 Ảnh hưởng của dạng tủa

1.3.2 Các ảnh hưởng khác

1 Tạo tủa

1.1 Yêu cầu chọn thuốc thử C

„ Có tích chọn lọc cao: chỉ tác dụng với

cấu tử khảo sát

„ Tủa tạo thành có độ tan càng nhỏ càng tốt.

„ Dùng thừa thuốc thử 10 – 30% để phản ứng hoàn toàn, dùng dư 2 – 3 lần nếu thuốc thử bay hơi.

„ Tuy dùng thừa nhưng thuốc thử phải được loại bỏ dễ dàng khi lọc, rửa, nung,… và không bị hấp phụ lên tủa chính.

1.1 Yêu cầu chọn thuốc thử C

„ Lưu ý các trường hợp nếu dư thuốc thử

có thể làm tan tủa ( tạo phức tan…)

„ Thuốc thử có khả năng tạo thành dạngcân có hàm lượng X càng nhỏ càng tốt

( hệ số chuyển nhỏ ) → giảm sai số do cân

1.1 Yêu cầu chọn thuốc thử C

1.1 Yêu cầu chọn thuốc thử C

1.2 Yêu cầu của dạng tủa, dạng cân

to càng tốt) để ít tan, dễ lọc rửa và giảm

ẩm, không bị oxy hóa hay phân hủy bởi nhiệt…

1.2 Yêu cầu của dạng tủa, dạng cân

1.3.1 Ảnh hưởng của dạng tủa:

Khi cho C + X đến một lúc nào đó.

„ Giai đoạn đầu (Tạo mầm kết tinh): tạo nên khoảng 4 phân tử nên kích thước rất nhỏ → trung tâm → cation và anion kết tủa lên bề mặt.

„ Giai đoạn tiếp theo: mầm phát triểnthành hạt tủa có hình dáng xác định theo mạng lưới tinh thể 3 chiều → kết tủa tinh thể

1.3 Điều kiện tạo tủa thích hợp

1.3 Điều kiện tạo tủa thích hợp

„ Số lượng mầm sinh ra + kết tủa hạt to, nhỏ phụ thuộc độ quá bão hòa của dung dịch

Độ quá bão hòa (ĐQBH) =

Q: nồng độ của các thuốc thử sau khi trộn vào nhau (mol/lit)

S: độ hòa tan tủa sau khi cân bằng (mol/lit)

S

S

„ Nếu độ quá bão hòa rất bé → tạo mầmchậm → ít mầm → vật chất tập trung kết tủatrên bề mặt hạt mầm có sẵn → hạt to (do lượng anion và lượng cation trong một dung dịch là hằng số) → ion sắp xếp trên mạnglưới tinh thể → tủa có hình dáng xác định →

„ Nếu độ quá bão hòa rất lớn → tạo mầmnhanh → số mầm nhiều → không phát triểnthành hạt to rắn chắc mà chỉ liên kết vớinhau bằng lực yếu → các hạt sắp xếp hỗnđộn không định hướng → tủa vô định hình

„ S rất nhỏ → độ quá bão hòa rất lớn → tủa

vô định hình

1.3 Điều kiện tạo tủa thích hợp

„ Ngoài ra, nếu độ quá bão hòa rất lớn →tạo dung dịch keo, chứa hạt rất nhỏ vàmang điện tích cùng dấu → không lắngđược bằng cách ly tâm, lọt qua giấy lọc dễ(do kích thước hạt rất nhỏ so với kíchthước lỗ xốp giấy lọc).

→ phá keo bằng cách thêm dung dịch

điện ly và gia nhiệt.

1.3 Điều kiện tạo tủa thích hợp

„ Trong thực tế, ngoài bản chất của kết tủa, dạng tủa là tinh thể hay vô định hình

phụ thuộc nhiều vào quá trình tạo tủa

Ví dụ:

BaSO4 với dung môi nước: tủa tinh thể

BaSO4 với dung môi nước – etanol (30 –

60%) → tủa vô định hình.

1.3 Điều kiện tạo tủa thích hợp

KẾT TỦA DẠNG TINH THỂ

„ Độ quá bão hòa giảm → S tăng và Q giảm.

„ Tiến hành tủa ở pH thấp: ở điều kiện nàytủa tan nhiều → những mầm nhỏ tan →mầm lớn lớn lên

Yêu cầu để có tủa tinh thể hạt to

„ Tiến hành tạo tủa từ dung dịch loãng,

nóng, rót từ từ, khuấy đều tránh bão hòacục bộ

… Loãng → tránh tạo nhiều mầm kết tinh

… Nóng → những mầm nhỏ tan ra, bồiđắp cho những mầm lớn lớn lên vàgiảm hấp phụ ion lạ gây bẩn kết tủa, tránh tủa → dạng keo

Yêu cầu để có tủa tinh thể hạt to

Sau khi tạo tủa xong:

„ Đưa về pH thích hợp để tủa có độ tan S min

„ Để yên từ 20 – 30 phút hoặc 1 – 6 giờ →làm muồi tủa (tạo cho tủa lớn lên) ở nhiệt

độ cao, nhưng tránh để dung dịch sôi (vìnhiệt cao quá tủa sẽ tăng độ tan) → Giaiđoạn này: tinh thể nhỏ tan ra → tinh thể

Yêu cầu để có tủa tinh thể hạt to

Tuy nhiên, tùy từng trường hợp mà thờigian làm muồi tủa khác nhau, nếu thờigian quá dài → cộng kết hậu tủa

Nếu cấu tử chính để quá lâu trong dung dịch → các cấu tử phụ tủa theo → giảmbằng cách lọc, rửa tủa ngay

„ Giảm độ quá bão hòa dd bằng cách dùngphương pháp kết tủa đồng thể → tạo

chất trung gian thay vì cho thuốc thử trựctiếp vào dung dịch

„ Ví dụ: kết tủa hydroxid kim loại không tan

Yêu cầu để có tủa tinh thể hạt to

Ưu điểm của PP kết tủa đồng thể:

„ Tạo độ quá bão hòa thấp

„ Giúp cấu trúc mạng của tinh thể hoànchỉnh hơn

Yêu cầu để có tủa tinh thể hạt to

KẾT TỦA

VÔ ĐỊNH HÌNH

Lưu ý:

„ Dung dịch (C + X) đậm đặc, nóng → giảmhấp phụ, tủa xốp, dễ lắng

bám bẩn

„ Sau khi tạo tủa → thêm ngay dung dịchchất điện ly mạnh phá vỡ lớp điện tích képtrên những hạt keo → tủa dễ đông tụ

Nếu thu được tủa dạng vô định hình

„ Thêm vào một lượng nước nóng → giảmnồng độ cấu tử lạ trong dung dịch, tách

tủa khỏi dung dịch

„ Lọc ngay → tránh phản ứng phụ nếu tủa

tan ở nhiệt độ cao → làm nguội nước lọc

Nếu thu được tủa dạng vô định hình

Nguyên nhân

làm bẩn tủa

Trong quá trình tạo tủa: có xảy ra sự cộngkết (một số chất có mặt trong dung dịchcùng tủa theo) → làm bẩn tủa

a/ Hấp phụ bề mặt: có tính chọn lọc (ưu tiênion tạo tủa chính hay ion tạo tủa kháccùng bán kính ion tạo tủa chính).

Loại bằng cách:

… Tạo tủa tinh thể to, giảm Sbm

… Nhiệt độ cao → tăng giải hấp

… Pha loãng dung dịch, giảm nồng độ tạpchất

… Rửa nhanh tủa sau lọc bằng dung dịchthích hợp

Nguyên nhân làm bẩn tủa

b/ Nội cộng kết: là hiện tượng gây bẩntrong hạt tủa.

Gồm các dạng:

„ Cộng kết đồng hình: vị trí của C và X bịthay đổi bằng những ion có cùng điện tích, bán kính gần bằng nhau → khắc phục: tiến hành tủa lại

„ Cộng kết do tạo thành hợp chất hóa học

Nguyên nhân làm bẩn tủa

„ Cộng kết do tạo tủa phụ từ mầm tinh thểcủa tủa chính → chuyển ion ảnh hưởngsang dạng khác (dạng phức hay ion cóđiện tích khác).

là bẩn, khi nó lớn lên → tập tập trung vàokhuyết tật tinh thể của tủa → phân bốkhông đều

Nguyên nhân làm bẩn tủa

Nếu cho Ba2+ kết tủa nhanh → Fe3+ chưa

bị tách ra hết → có ion lạ nằm trong tủa

Cứ như thế tủa lớn dần lên

Giảm bằng cách:

+ Tạo tủa từ dung dịch loãng

+ Rót thuốc thử từ từ

+ Khuấy đều

+ Kết tủa trong môi trường đồng thể

Nguyên nhân làm bẩn tủa

1.3.2 Các ảnh hưởng khác

„ Sự hiện diện của nhiều ion làm tăng lựcion trong dung dịch dẫn đến hệ số hoạt độcủa các ion giảm, làm S tủa tăng

T AB = [A n+ ].[B n- ].f A .f B = S 2

AB An+ + B

B A

Tuy nhiên, [C+] tăng sẽ:

… Tăng lượng ion trong dung dịch dẫn đếntăng S tủa (tăng lực ion)

… Tạo phức với ion tủa làm độ tan của tủatăng lên

→ [C+] thêm vào phải khống chế 10 – 50% dư,

không tùy tiện

1.3.2 Các ảnh hưởng khác

„ Các tủa phân cực dễ tan trong dung môiphân cực do đó đối với tủa vô cơ hòa tan hoàn toàn trong nước thì giảm độ tan bằng cách thêm rượu etylic vào.

„ Độ tan tỉ lệ nghịch với bán kính hạt tủa, tủa càng mịn càng tan nhiều do Stx bề mặtlớn

„ Nhiệt độ tăng làm tủa tan nhiều hơn (do phần lớn quá trình hòa tan là thu nhiệt)

1.3.2 Các ảnh hưởng khác

LỌC

VÀ RỬA TỦA

2.1 Các loại giấy lọc:

PPKL sử dụng giấy lọc không tro (lượngtro rất nhỏ): thành phần giấy chủ yếu làcellulose (rất ít phụ gia)

2 Lọc và rửa tủa

„ Nung tủa ở nhiệt độ cao hơn 2500C:

dùng phễu thủy tinh và giấy lọc Vì nhiệt độ này đủ cháy hết giấy lọc.

„ Nếu tủa bị khử (không bền) ở nhiệt

độ lớn hơn 2500C: dùng phễu thủy tinh cà hoặc chung lọc Gooch.

2 Lọc và rửa tủa

„ Độ mịn của lớp thủy tinh cà phụ thuộc kích thước tủa Có 4 cỡ phễu:

2.2 Rửa tủa:

„ Rửa tủa trong becher, chỉ gạn phần nướctrong qua giấy lọc Khi nào tủa sạch mớichuyển hết sang giấy lọc→ tránh rách giấy

„ Nên rửa nhiều lần, mỗi lần ít nước →tránh tan tủa

„ Dung dịch rửa nóng (tăng giải hấp) Chú ý nhiệt độ cao sẽ làm tăng độ tan của tủa

2 Lọc và rửa tủa

„ Chứa ion chung so với tủa chính (tránhtan tủa).

„ Chứa lượng nhỏ axit hoặc baz giảm thuỷphân

„ Chứa chất điện ly để giảm hiện tượngpeptit (tủa vô định hình tạo dạng keo saukhi đông tụ)

Chú ý: các chất và ion thêm vào dễ tăngkhối lượng khi nung, cần hạn chế → tránhsai khối lượng tủa

2 Lọc và rửa tủa

CHUYỂN DẠNG

TỦA SANG DẠNG CÂN

„ Đốt cháy hết giấy lọc ở bên ngoài trước khichuyển vào lò nung.

„ Dạng tủa được sấy, nung sẽ chuyển thànhdạng cân: loại nước hấp phụ + kết tinh

„ Chuyển dạng tủa hỗn hợp sang dạng cân cócông thức phân tử xác định và đồng nhất

3 Chuyển dạng tủa sang dạng cân

(nung)

3 Chuyển dạng tủa sang dạng cân

4 Cân

„ Dùng cân phân tích (chính xác 0,0001g)

„ Bì: m0 (g)

„ Bì + tủa: m1 (g)

→ khối lượng tủa

mtủa(g) = m1 – m0

5.1 Mẫu dạng rắn

5.2 Mẫu dạng lỏng (C(g/l)

5 Tính toán kết quả

5.1 Mẫu dạng rắn

(thường tính hàm lượng X%):

„ a(g) mẫu → PPKL → m(g) kết tủa dạng

cân A

VD: Xác định hàm lượng sắt trong mẫu quặng bằng PPPTKL: Cân 0,3568g mẫu, hòa tan và tạo tủa với OH-, lọc

và nung tủa, cuối cùng thu được 0,1234g Fe2O3 Tính %FeO và

%Fe3O4 trong mẫu.

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

VD: Một mẫu chỉ chứa MgCO 3 và SiO 2 cân nặng 0,500g được nung để đuổi

CO 2 Lượng mẫu còn lại sau khi nung cân nặng 0,400g Tính %của CO 2 ; MgCO 3 ; SiO 2 trong mẫu ban đầu

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

VD:

Một mẫu quặng cân nặng 1,7890g

được sấy đến khối lượng không đổi

là 1,7180g Cân 0,3980g mẫu quặng ban đầu, hòa tan và tạo tủa, thu được

1,0780g BaSO4

Tính %S trong mẫu ban đầu và mẫu

đã sấy khô

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

„ a(g) mẫu → V(ml) DD 1

V X (ml) dd 1 → m(g)↓ A

(dạng cân)

5.1 Mẫu dạng rắn

„ VD: Để xác định hàm lượng NiSO4 và nước kết tính trong mẫu NiSO4.xH2O dùng PPPTKL: cân 2,7160g mẫu, hòa tan thành 100ml DD1 ; lấy 20ml DD1 tạo tủa bằng DD Ba2+ Khối lượng tủa thu được 0,4511g Tính x và % NiSO4.

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

VD: Hòa tan 4,090g hỗn hợp chỉ gồm CaCl2 và KCl thành 1 lít DD Làm kết tủa hết ion Cl- có trong 50ml

0,4230g AgCl Tính % CaCl2 và KCl trong mẫu.

5.1 Mẫu dạng rắn

5.1 Mẫu dạng rắn

„ Gọi a, b là số mol CaCl 2 và KCl trong mẫu.

5.1 Mẫu dạng rắn

5.2 Mẫu dạng lỏng (C(g/l)

„ V X (ml) mẫu → PPKL → m(g)↓ A (dạng

cân)

VD: Định lượng ion Ba2+ trong DD bằng PPPTKL: hút 5,00ml DD mẫu, tạo tủa với acid sulfuric, thu được 0,3258g tủa Tính nồng độ Ba trong nước dưới các dạng:

„ C(g/l) Ba2+

„ C(g/l) BaCl2

5.2 Mẫu dạng lỏng (C(g/l)

5.2 Mẫu dạng lỏng (C(g/l)

5.2 Mẫu dạng lỏng (C(g/l)

5.2 Mẫu dạng lỏng (C(g/l)

„ V(ml) dd mẫu → pha loãng V1(ml) dd loãng

VX(ml) dd loãng → m(g)↓ A (dạng cân)

1 Định độ ẩm - nước kết tinh

2 Định độ tro

3 Xác định lượng mất khi nung

4 Định lượng bằng cách tạo tủa

III ỨNG DỤNG

Độ ẩm → sấy ở 100 - 110oC

Nước kết tinh → 120 - 200oC

1 Định độ ẩm - nước kết tinh

Số g chất vô cơ có trong 100g mẫu Phảilưu ý những cấu tử dễ bay hơi khi nungnhư: P, As, Hg, Cd, Fe, S….

m 1 = m o + m mẫu

m = m + m

2 Định độ tro (600-800oC)

3 Xác định lượng mất khi nung

„ Thuốc thử vô cơ

„ Thuốc thử hữu cơ

„ Tạo anion trong môi trường đồng tướng

(p111-112)

4 Định lượng bằng cách tạo tủa