Hóa phân tích: Phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử

Hóa học phân tích là môn khoa học về các phương pháp xác định thành phần định tính và định lượng của các chất và hỗn hợp của chúng. Phân tích định lượng cho phép xác định

A.MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài:

Hóa học phân tích là môn khoa học về các phương pháp xác định thành phần định

tính và định lượng các chất và hỗn hợp của chúng Phân tích định lượng cho phép xác

định thành phần về lượng các hợp phân của chất cần phân tích Như vậy hóa học phân tích đóng vai trò qua trọng đối với sự phát triển của các môn hóa học khác cũng như các ngành khoa học khác Do có tầm quan trọng nên một loạt các chuyên ngành của khoa học phân tích ra đời và ngày càng phát triển mạnh Tùy thuộc vào bản chất của các chất phân tích mà người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau Trong đó nhóm phương pháp hóa học đựa trên các loại phản ứng được ứng dụng nhiều nhất Do đó trong bài này tôi

đặc biệt nghiên cứu các phương pháp phân tích định lượng dựa vào các phản ứng hóa học

cụ thể là phản ứng oxi hóa khử

H Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử này nhằm tập hợp hệ thống là những kiến thức cơ bản trong chuẩn độ oxi hóa khử Đưa ra một số bải tập ứng dụng phương pháp này để làm cơ sở trong quá trình học hóa phân tích định lượng và thực hành

Ill Đối tượng nghiên cứu và phạm vỉ nghiên cứu:

Nghiên cứu phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử trong hóa học phân tích định lượng

IV Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu

B NỘIDUNG

L CƠ SỞ LÝ THUYFT:

Các phương pháp chuẩn độ oxi hóa — khử được sử dụng để định lượng các chất có

tính oxi hóa, khử Phương trình chuẩn độ oxi hóa — khử có thê biểu diễn như sau:

a) Đối với phản ứng chuẩn độ đối xứng:

s* Phương trình phán ứng chuẩn độ dạng oxi hóa và dạng khử liên hợp có hệ số bằng nhau:

Giá sử chuẩn độ Vụ ml Kha có nồng độ Cọ bằng V ml chất Ox; có nồng độ C Phản ứng chuân độ:

Nếu dừng chuẩn độ sau điểm tương đương thì:

b) Đối với phản ứng chuẩn độ bất đối xứng:

s* Phương trình phản ứng chuẩn độ dạng oxi hóa và dạng khử liên hợp có hệ số khác nhau:

e_ Định lượng chất khử qua phản ứng với Fe”” sau đó chuẩn độ lượng Fe”” còn đư

dùng để chuẩn độ các chất khử mà gặp khó khăn khi chuẩn độ trực tiếp Ví dụ như: Cr7”

thành Cr”, Tỉ” thành TÍ”,

e Định lượng gián tiếp chất khử dùng pemanganat dư dùng để chuẩn độ các chất

khử không thể chuẩn độ trực tiếp được

e_ Định lượng gián tiếp chất oxi hóa dùng chất khử dư

e oxalat bang pemanganat

b) Phuong phap dicromat:

Cr,O; +14H*+6ef 2Cr*+7H,O E9

Cr,O, +6Fe*' +14H* > 2Cr* + 6Fe*' +7H,O Phạm vi ứng dụng:

e Phản ứng này có thể dùng chuẩn độ ngược chiều chất oxi hóa

e Có thể định lượng chất thử bằng phương pháp chuẩn độ thế hoặc chuẩn độ ngƯỢC:

e Cho chất khử phản ứng với muỗi Fe” dư và chuẩn độ lượng Fe” tạo thành bằng

Cr,O,

e Nếu chất khử phản ứng chậm với Fe”” thì thêm K;Cr;O; dư, lấy chính xác, sau đó chuẩn ngược băng dung dịch chuẩn Fe(IJ)

c) Phương pháp ïot:

Phương pháp này dựa trên cơ sở các quá trình oxi hóa, khử biến iot tự do thành

1otdua và ngược lại:

bt+leu

I, +2ef 31°

Pham vi tmg dung:

e Dinh luong cac chất khử hoặc các chất oxi hóa

Một trong các chất khử được dùng để định lượng trong phương pháp này là NaaS;Oa

Đề chính xác người ta dung chỉ thị là hồ tinh bột

e Cho các chất oxi hóa tác dụng với KI đư sau đó chuẩn độ lượng iot giải phóng ra

bằng Na2S203

e_ Có thể thêm dư dung dịch chuẩn iot vào chất khử sau đó chuẩn độ iot dư bằng

dung dịch chuẩn Na,S,03

Phản ứng quan trọng là: 7; +2§ÓO; ƒ S,Ó@“ +31

H Bài tập ứng dụng:

Bài 1: Tính pe và E khi chuẩn độ 25,00ml Fe”” 0,100M bằng Ce”” 0,100M trong

dung dịch H;ŠO¿ (pH = 0) khi đã thêm:

a)20,000ml b)25,00ml c)26,00ml Ce”

Lời giải:

Phản ứng chuẩn độ:

Fe” + Cef” œ# Fe?” + Ceh

a) Vị = 20,00ml < V+p, đừng chuẩn độ trước điểm tương đương

E, = 22,926 0.0592 = 1,357 V

Bai 2: Tinh pe va E trong phép chuan d6 25,00 ml Fe** 0,100 M băng KmnO¿

0,0200M trong H;SŠO¿ ( pH = 0) sau khi đã thêm

a) 24,50ml b)25,00ml c)26,00ml KMnO¿

Lời giải: Phản ứng chuẩn độ:

MnO, + 5Fe” + 8H’ = Mn” + 5Fe” + 4H;O

Tại điểm tương đương: số đương lượng M»O; = số đương lượng Fe”

Bài 3: Việc xác định nồng độ dung dịch chuẩn KMnO¿ được thực hiện bằng cách: cân a gam H;ạC;Ox.2H;O (M = 126,066 ), hòa tan trong bình định mức 250ml Chuẩn độ 25,00ml dung dịch thu được khi có mặt H;SOa 2M hết V ml KMnO¿ Nếu nồng độ của

KMn0O, bang 0,01M thì cần cân z trong khoảng bao nhiêu gam để V dao động từ 15 — 20

ml ?

Lời giải: Phản ứng chuẩn độ:

5H,C,0, + 2MnO, + 6H > 2Mn” + 10CO; + 8H,O

Vậy lượng cân axit oxalic phai lay tir 0,5 — 0,6 g

Bai 4: Xac dinh nong độ dung dịch chuẩn KMnO¿ được thực hiện bằng cách cân 0,5124 g H;C;Ox.H;O (M = 126,066), hòa tan trong bình định mức 250ml Chuẩn độ

25,00ml dung dịch thu được khi có mặt H;SO¿ 2M thì hết 18,75ml KMnO¿

Lời giải: Phán ứng chuẩn độ:

5H,C,0, + 2Mn0O, + 6H’ — 2Mn* + 10CO, + 8H,O

a 25,00 V 0,01 n° 126,066.250 1000

Theo định luật hợp thức ta có:

Lời giải: Phán ứng chuẩn độ:

5H,O, +2MnO, ->5O, +2Mn”' +8H,O

Lời giải: Phản ứng khử Fe”” bởi HạNOH:

2H,NOH +4Fe* > N,O1+4Fe*+4H*+H,O (A)

Phản ứng chuẩn độ Fe7” bằng KMnO¿:

KCIO¿, biết tỉ khối của đung dịch bằng 1,02

Lời giải: Phản ứng giữa KCIO; và FeSOa:

CIO, + 6Fe” + 6H’ > Cl + Fe** + 3H,O (1)

Phản ứng chuẩn độ Fe7ˆ bằng KMnO:

SFe”' + MnO, +§H" —>5Fe” + Mn”' +4H,O (2)

Gọi số gam của KCIO: là a

Số mol Fe7” đã phản ứng với CIO; la x, tir phản ứng (1) ta có:

Bài 8: Một mẫu 0,501 gam đá vôi được hòa tan trong axit và sau đó làm kết tủa hết

io Ca”” đưới dạng CaC;O¿ Lọc kết tủa, rửa sạch và chế hóa kết tủa trong 25 ml hỗn hợp

KMnOx0,0508 và H;SO¿ 1M Sau đó chuẩn độ KMnO¿ dư hết 18,2 ml FeSO, 0,05015

M Tinh ham luong % của Ca trong đá vôi?

Lời giải: Các phản ứng xảy ra:

CaCO, } +2H' - Ca” +CO, +H,O — (1) Ca?` +C,O, —> CaC,O, Ỷ (2) CaC,O, } +2MnO, +16H” —> 5Ca?' +10CO, T +2Mn** +8H,O (3)

MnO, +5Fe** +8H* — Mn** +5Fe** +4H,O (4)

Bài 9: Hòa tan 1,805 gam quặng sắt trong HCI Khử Fe” thành FeF”, pha loãng với

nước rồi chuẩn độ Fe”” hết 20,15 ml K;Cr;O; có độ chuẩn theo Fe là 0,002,5 Tính hàm lượng % Fe trong quặng?

Lời giải:

6Fe”' +Cr,07 14H" —>6Fe`' +2Cr”' +7H,O

Độ chuẩn K;Cr;O; theo Fe bằng 0,00205 có nghĩa là 1ml KzCr;O; tương đương hóa

học với 0,00205 g Fe Vậy số gam Fe trong quặng phản ứng vừa hết với 20,1 5ml

K;Cr;O› là:

0,00205 20,15 = 0,04131 (g)

0,04131 100%

Bài10: Đun nóng chảy 1,015 g quặng cromit với Na;O; để oxihoa Cr(II) thành

CrO?- Cho khối chảy vào nước, đun sôi để phân hủy hết Na;O; và tách kết tủa Fe(OH): Lay dung địch thu được, axit hóa băng H;SO¿, thêm 100ml FeSO, 0,0502M Chuẩn độ

Fe”' dư hết 25,3 ml K;Cr;O; 0,01052 M Tính hàm lượng % của Cr trong quặng?

Lời giải:

Cr,O; +6Fe™* +14H* > 2Cr* +6Fe™ +7H,O, (2)

Số mol Fe”' dư theo phản ứng (2) = eon

Số mol Fe?” đã phản ứng với Cr,Ø?ˆ tạo ra từ quặng:

Số mol Cr = 5,89.10 2 = 1,179.10

Số gam Cr = số mol Cr 52 = 6,131.107

0,06131 100%

Bài 11: Để chuẩn hóa dung dịch NazS;O: người ta hòa tan 0,1004 g KIO; trong 100

ml nước, thêm 6 ml KI 6% và 1ml HCI 2M Chuẩn độ 7; giải phóng ra hết 28,75 ml

Na;S›Oa Tính nồng độ của dung dịch Na;S;Oa

tiếp 20 ml KI 5% Đậy kín bình và để yên trong tối 10 phút Chuẩn độ bằng dung dịch

chuẩn Na;S;O; 0,1015 M cho đến màu vàng rơm Sau đó, thêm 2 ml hồ tinh bột và chuẩn

độ trực tieepscho đến mắt màu xanh lục thì phải dùng hết 12,56 ml Na,S,03 Tinh d6 tinh

khiết muối K;Cr;O;?

Bài 13: Một chất bột gồm co Na3AsO4.12H,O, Na,HAsOQO, va tạp chất trơ Hòa tan

1,012 gam bột trong nước và pha loãng thành 100 ml Chuẩn độ hỗn hợp ở pH = 8 hết 15

ml đung dịch iot 0,01428 M trong KI 1 M Sau đó axit hóa dung dịch bằng H;SO¿, thêm

KI đư chuẩn độ iot giải phóng ra hết 30,51 ml NazS;Oa 0,085 M Tính thành phân % của mỗi chất trong hỗn hợp

Chuẩn độ I; bang Na;S›Oa

Tu phan tmg (1), (2) va (3) ta co:

Số mol AsO? + sé mol HAsO? = s6 mol H,AsO, (6)

Theo phản ứng (4) ta có:

sé mola EMBED Equation.psmrts aaa

(8)

Tổ hợp (6), (7) và (8) ta được:

Số mol 4sO> +s6 mol HAsO? =

ssmola EMBED Equation psmr- aaa

Bài 14: Hòa tan 0,25g một mẫu phân tích chứa bột Fe và Fe;O; trong HCI Khử Fe””

thành Fe”” Chuẩn độ lượng Fe”” thu được hết 25,18 ml KMnOx 0,03 M Tính hàm lượng

% của Fe và Fe;O; trong mẫu

SFe”' + MnO, +§H' ->5Fe” + Mn”'+4H,O (3)

Goi a va b lân lượt là sô mol của Fe và Fe;Oa

Từ (1), (2) và (3) ta có:

Bài 15: Để chuẩn hóa đung dịch chuẩn KMnO¿ người ta hòa tan 1,2605 g

H;C;Ox.2H;O trong nước và pha loãng thành 250 ml Chuẩn độ 25 ml dung dịch thu

được hết 18,72 ml KMnO¿ Tính nồng độ mol của KMnO¿

suy ra

=> Cy = 0,0214 M

Bài 16: Tính sai số khi chuẩn độ dung dich Fe”* bang dung dich KMnO¿ có cùng

nồng độ đương lượng 0,1 N, nếu kết thúc chuẩn độ của dung dich bang 0,95 V; 1,515 V

Lời giải: Phản ứng chuẩn độ:

5Fe** + MnO, +8H* —> 5F” + Mn” +4H,O

0,77+5.1,55

Ta có Erp của phép chuẩn độ: Erp = =1,42V

e Khi kết thúc chuẩn độ E = 0,95 tức là kết thúc chuẩn độ trước điểm tương đương

| Fe" | _ 0,95—0,71

[Fe] 0,059 = 3,00

_ 0,02(+10°)—0,02

.100% =0,1%

0,02

Bài 17: Chuẩn độ 25 ml FeSO, 0,05 M bang KMnO, 0,01 Mo pH = 0 Tinh E va pe

của điện cực Pt nhúng dung dịch chuân độ so với điện cực hidro tiêu chuan sau khi thêm:

a) 15 ml KMnO,

b) 25 ml KMnO,

c) 28 ml KMnQO,

Lời giải: Phán ứng chuẩn độ:

MnO, +5Fe”' +8§H' —› Mn”' +5Fe" +4H,O Tại điểm tương đương số đương lượng MO; = số đương lượng Fe?'

an" 6 = 23,43

Erp = 23,43 0,0592 = 1,387 V

e V3;=28 ml > Vz Dimg chuan dé sau diém trong duong Ta cé:

1 „ mŒY-n.CV, 1, 5.0/01.28—1.0,05.25

Bài 18: Hòa tan 0,51g một mẫu chất khoáng chứa SnO; trong axit, khử Sn(IV) thành

Sn(ID bằng Pb Sau đó chuẩn độ Sn(II) bằng K;Cr;O; 0,035 M Thể tích K;Cr;O; đã

dùng là 15,05 ml Tính hàm lượng % của SnO; trong mẫu phân tích

Lời giải: Gọi a là sô gam của SnO,

Cr,O; + 6Fe™ +14H* — 2Cr* +6Fe** +7H,O

Tai thoi diém tuong duong thi: số đ Cro? = SỐ đ e2

Bài 20: Cân 0,3325 g K;Cr;O; bị nhiễm bân hòa tan định mức thành 500 ml (dung

dich A) Chuan d6 20 ml dung dich A bang dung dich FeSO, 0,01 M thi tén 26,4 ml

a) Việt và cân băng phản ứng chuân độ băng lon

b) Tính % K;Cr;O; trong mẫu ban đầu?

Lời giải:

a) Phản ứng chuẩn độ:

6Fe”' +Cr,O; +14H' > 6Fe™ +2Cr* +7H,O

b) Goi a la số gam K›;Cr;O; ban đầu

Tacó: 6Fe*+Cr0O; +14H* > 6Fe™* +2Cr*' +7H,O

dịch đều có nồng độ của H;SO¿ là 1 M

Lời giải: Phản ứng chuẩn độ:

CeT' + Fe” > Ce3+ + Fe3+

Lời giải: Phản ứng chuẩn độ:

Fe>” +TỶ" + H,O —> Fe” +TiO* +2H*

Erp = = —— = 0,4355 > E„ = 0,28 V Dùng chuẩn độ trước điểm tương đương

Bài 23: Chuan độ dung dịch 10 ml HạC;O¿ 0,05 M trong môi truong axit hết 0,75 ml

KMnO¿ Hãy viết phương trình phản ứng chuẩn độ và tính nồng độ của dung dịch

KMnQO,

Lời giải: Phản ứng chuẩn độ:

5H,C,O,+2MnO, +6H* — 2Mn** +10CO, +8H,O

=> Cụ = 0.267 M

Bài 24: Lấy 5 ml rượu mạnh pha loãng thành 1 1 bằng bình định mức, sau đó lấy ra

25 ml thêm vào 50 ml K;Cr;O; 0,02 M để oxi hóa rượu etylic thành CH;COOH theo

phương trình phản ứng sau:

3C,H,OH +2Cr,O, +16H* — 4Cr** +3CH,COOH +11H,O

Sau khi làm lạnh thêm 20 ml Fe”” 0,1253 M, lượng Fe?” dư được chuẩn độ bằng dung dịch K;Cr;O; hết 7,46 ml với chỉ thị diphenylamin sunfonic axit Tinh % C,H;OH trong rượu mạnh trên ( 46,07 g/mol )

Lời giải: Phản ứng chuẩn độ:

CƠ + 6Fe2† +14H† -—y> 2Cr3† +6Fe3† + 1H,O

Tổng số mol K;Cr;O; thêm vào:

3 0,73153 2 0,046 = 0,05055 (g)

0,050552

Bai 25: Lay 10 ml dung dich As;O› đem định lượng hết 9,85 ml dung dịch I, 0,1 N

Viết phương trình phản ứng định lượng và tính nồng độ g/l cua dung dich As,03

Bài 27: Tính sai số chuẩn độ 100 ml dung dịch Fe” có 01M bằng Ce” 0,1M trong

môi trường H;SO¿ 1 M Nếu kết thúc chuẩn độ ở E bằng 0,87 V và 1,237 V

Fe** + Ce** — Fe** +Ce*

Ta co: Erp = = “ee = 1,06V

Kết thúc chuẩn độ tại 1,257 là kết thúc sau điểm tương đương

E,=E ca" /ce** +0,0592 lgq

—› lgq = Ig 0,0008

— q =0,0008 = 0,08%

Bai 29: Chuan d6 100 ml dung dich FeSO, 0,1 M bằng dung địch KMnO¿ 0,02 M ở

pH = 0 Tinh sai số chuẩn độ khi dung dịch xuất hiện màu hồng cua KMnQ, voi nồng độ 1a 1.10° M

Lời giải: Phản ứng chuẩn d6: 5Fe** + MnO; +8H* > 5Fe™ + Mn™ +4H,0

Chuẩn độ đến khi xuất hiện màu hồng là kết thúc chuẩn độ sau điêm tương đương

Với | H* |=1 ta có:

_ 0,0592, | MnO; |

E= _ + n, Ig | Mn” |

—5

©q= 10" = 5 — =10° hay q = 0,1%

Bài 30: Tính sai số chuẩn độ 100 ml dung dịch Fe” có 0,1M bằng Ce** 0,1 M trong

môi trường H,SO, 1 M Nếu dùng chỉ thị là diphenylamin

Lời giải: Phản ứng chuân độ:

Fe” + Ce** — Fe** +Ce™*

Trong phép chuẩn độ oxi hóa khử chủ yếu chúng ta đựa vào các phản ứng oxi hóa

khử đê chuân độ Không sử dụng chỉ thị mà dựa vào sự đôi màu của các chât oxi hóa

hoặc khử để dừng chuẩn độ Đường chuẩn độ được xác định dựa vào việc tính thế theo

phương trình Nernst Trong quá trình nghiên cứu không tránh khỏi những sai sót mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn

D Tài liệu nghiên cứu

1 Bộ y tế Hoá phân tích Tập 1 Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội, 2007