Đang tải... (xem toàn văn)
hoàn thành tốt các bài báo cáo hóa phân tích
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM HÓA PHÂN TÍCH -------***------- Biên soạn: Trương Dực Đức Bộ môn Hóa Phân Tích – ĐHBK.HN Bài thí nghiệm 1: Xác định nồng độ dung dịch HCl bằng Na 2 B 4 O 7 và xác định nồng độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl………………………………………………………… . Bài thí nghi ệm 2: Xác định nồng độ dung dịch NaOH, Na 2 CO 3 trong hỗn hợp bằng dung dịch HCl…………………………………………………………………………………………… Bài thí nghi ệm 3: Xác định nồng độ dung dịch NaOH bằng dung dịch Kali hydrophtalat và xác định nồng độ HCl, H 3 PO 4 trong hỗn hợp………………………………………………… Bài thí nghi ệm 4: Xác định nồng độ KMnO 4 sử dụng H 2 C 2 O 7 . 2H 2 O và xác định nồng độ FeSO 4 bằng dung dịch KMnO 4…………………………………………………………………………………………………… Bài thí nghiệm 5: Xác định nồng độ dung dịch FeSO 4 bằng K 2 Cr 2 O 7 (khử Fe 3+ →Fe 2+ )……. ……………………………………………………………………………………………………… Bài thí nghi ệm 6: Phương pháp Iot. Xác định nồng độ Na 2 S 2 O 3 bằng K 2 Cr 2 O 7 . Xác định nồng độ CuSO 4 bằng Na 2 S 2 O 3 theo phương pháp iot………………………………………… . Bài thí nghiệm 7 :Chuẩn độ dung dịch Cl - bằng dung dịch AgNO 3 theo 2 phương pháp…… ……………………………………………………………………………………………………… Bài thí nghi ệm 8 :Chuẩn độ EDTA. Xác định nồng độ EDTA bằng ZnSO 4 . Xác định độ cứng chung của nước bằng EDTA………………………………………………………………. Bài thí nghiệm 9: Phương pháp khối lượng. Xác định nồng độ Fe 3+ với thuốc thử NH 4 OH. Xác định nồng độ SO 4 2- với thuốc thử BaCl 2 ……………………………………………………. NỘI QUY THÍ NGHIỆM HÓA PHÂN TÍCH 1. Sinh viên đi làm thí nghiệm đúng giờ. Đến muộn quá 15 phút không được làm thí nghiệm. 2. Tr ước khi làm thí nghiệm sinh viên phải nộp bài chuẩn bị, hiểu rõ nội dung và mục đích của bài, sinh viên vi phạm một trong những điều trên không được làm thí nghiệm. 3. Khi làm thí nghiệm sinh viên phải cẩn thận, quan sát tỉ mỉ, thao tác đúng theo h ướng dẫn của cán bộ phụ trách. 4. Khi s ử dụng thiết bị, máy móc sinh viên cần phải được sự đồng ý của cán bộ phụ trá ch. 5. Ch ỗ làm việc phải được sắp xếp trật tự, sạch sẽ ngăn nắp, không làm việc riêng trong phòng thí nghiệm. 6. Tr ước khi kết thúc buổi thí nghiệm sinh viên phải thu dọn nơi làm việc, dụng cụ sạ ch sẽ, bàn giao dụng cụ và thiết bị đầy đủ cho phòng thí nghiệm. 7. Sinh viên phải hoàn thành tất cả các bài thí nghiệm có trong nội dung môn học và nộp đầy đủ báo cáo thí nghiệm đúng hạn. 8. Sinh viên chỉ được làm bù các bài thí nghiệm khi có sự đồng ý của giảng viên phụ trá ch. 9. Sinh viên v ắng trên 03 buổi thí nghiệm không được tiếp tục học môn Hóa phân tích II. 10. Sinh viên không được phép nhờ người làm hộ cũng như đi làm thí nghiệm hộ người khác, nếu vi phạm sẽ bị xử lý theo quy chế. Bài thí nghiệm 1 Xác định nồng độ dung dịch HCl bằng Na 2 B 4 O 7 và xác định nồng độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl Muối natri tetraborat kết tinh (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O) có khối lượng phân tử lớn (M=381,37) và đủ tinh khiết có thể dùng làm chất gốc trong chuẩn độ axit-bazơ. Nó là một chất rắn kết tinh màu trắng, mềm, nhiều cạnh dễ dàng hòa tan trong nước. Khi để ra ngoài không khí khô, nó bị mất nước dần và trở thành khoáng chất tincalconit màu trắng như phấn (Na 2 B 4 O 7 .5 H 2 O). Trong dân gian, natri tetraborat được biết đến với tên gọi “hàn the” làm phụ gia cho vào thực phẩm. Tuy nhiên, do độc tính và ảnh hưởng lâu dài của nó, hàn the đã được cấm sử dụng ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới. Bài 1. Xác định nồng độ dung dịch HCl bằng Na 2 B 4 O 7 Để pha dung dịch chuẩn HCl trong phòng thí nghiệm người ta thường sử dụng dung dịch đặc axit HCl khoảng 37% khối lượng. Đặc điểm của dung dịch HCl đặc là bay hơi và hấp phụ nước mạnh nên nồng độ của dung dịch HCl đặc luôn luôn thay đổi theo thời gian. Do đó, ta không thể pha chính xác được dung dịch chuẩn HCl từ dung dịch HCl đặc, m à sau khi pha chế cần xác định lại nồng độ của dung dịch pha được. Để xác định lại nồng độ dung dịch HCl pha, ta thường chọn chất gốc là Na 2 B 4 O 7 . I. Cơ sở phương pháp Khi hòa tan vào nước, Na 2 B 4 O 7 bị thủy phân: Na 2 B 4 O 7 + 7H 2 O = 2NaOH + 4H 3 BO 3 H 3 BO 3 là axit yếu, NaOH là kiềm mạnh do đó dung dịch borax có tính chất kiềm mạnh, có thể định phân bằng axit HCl. Khi tác dụng với HCl phản ứng như sau: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O Ph ản ứng tổng cộng: B 4 O 7 2- + 2H + + 5H 2 O = 4H 3 BO 3 Trước điểm tương đương, trong dung dịch còn dư Na 2 B 4 O 7 , dung dịch có tính kiềm (pH>7). Tại điểm tương đương trong dung dịch có NaCl v à H 3 BO 3 nên H 3 BO 3 sẽ quyết định pH của dung dịch. Ta thấy H 3 BO 3 là đa axit có hằng số phân ly K a1 >> K a2 , K a3 (K a1 = 5,79.10 -10 ; K a2 = 1,82.10 -13 ; K a3 = 1,58.10 -14 ), do vậy có thể bỏ qua sự phân ly ra H + của các nấc thứ hai và thứ ba. Chúng ta có thể tính pH của dung dịch đa axit như dung dịch đơn axit với K a = K a1. Xét cân bằng: Ta có : Bỏ qua sự phân ly H + của nước ta có thể xét gần đúng : [H + ] [A - ] và [HA] Ca Khi đó, a a C H K 2 ][ aa CKH .][ Từ đó có thể tính pH theo công thức gần đúng sau : pH = ½ (pK a1 – logC a ) ≈ ½ (9,24 + 1) ≈ 5,12 Lưu ý: pH = -log[H + ], pK a1 = -logK a1 Trong đó Ca = 0,1 M (nồng độ chuẩn của dung dịch borat cần pha). Chất chỉ thị metyl đỏ (pT = 5) được coi là thích hợp nhất để xác định điểm tương đương. (điểm định phân pT c àng gần pH tại điểm tương đương càng tốt). II. Cách tiến hành 1. Pha ch ế 250,0 ml dung dịch chuẩn natri tetraborat 0,10000N Tính toán lượng Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O cần pha: = x , (N) Trong đó, Đ Na2B4O7.10H2O = 190,7 g/ đlg Vo = 250,0 ml m a lượng Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O cần cân. Từ đó tính được m a = = = = 4,7675 g Lưu ý: với lượng cân này thì nồng độ Na 2 B 4 O 7 pha được là 0,05M nên nồng độ H 3 BO 3 là 0,2M, như vậy so với tính toán lý thuyết thì tại điểm tương đương pH = ½ (pK a1 – log Ca) = ½ (9,24 + 0,7) = 4,97 t ức là không khác nhiều so với lý thuyết. Cách pha: Cân khoảng 4,6 – 4,8 gam Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O trên cân phân tích với độ chính xác 0,0001 gam cho vào cốc có mỏ. Sau đó thêm vào đó khoảng 40-50 ml nước cất, đun nhẹ trên bếp khuấy bằng đũa thủy tin cho đến tan hoàn toàn rồi chuyển định lượng vào bình định mức 250,0 ml, tráng nước cất ít nhất 5 lần và chuyển định lượng vào bình định mức (tránh mất mát), định mức bằng nước cất tới vạch, lắc đều trước khi sử dụng. Tính lại nồng độ của dung dịch chuẩn gốc sau khi pha: = x , (N) Lúc này m a là lượng cân thực tế cân được. 2. Pha chế dung dịch HCl 0,1N từ dung dịch HCl đậm đặc Để pha 500 ml dung dịch HCl có nồng độ khoảng 0,1 N dùng cho bài thí nghiệm thì thể tích HCl đặc (có d = 1,18g/ml chứa 37% HCl nguy ên chất ) (V x ) phải lấy: V x = = Cách pha: Tiến hành trong tủ hút để tránh khói HCl độc hại. Dùng ống đong lấy khoảng 4,2 ml dung dịch axit HCl đặc, rót và cốc có mỏ 500ml đã chứa sẵn khoảng 500 ml nước cất, khuấy đều bằng đũa thủy tinh cho đến khi dung dịch đồng nhất. Nồng độ chính xác của dung dịch HCl vừa pha sẽ được xác định lại bằng dung dịch chuẩn gốc natri borat. 3. Chuẩn độ. Nạp dung dịch HCl đã pha chế lên buret, đuổi hết bọt khí, chỉ chỉnh vạch 0 trước khi tiến hành chu ẩn độ. Dùng pipet lấy chính xác 10,00 ml dung dịch chuẩn Na 2 B 4 O 7 cho vào bình nón, thêm vào đó 2 giọt chỉ thị methyl đỏ, dung dịch có màu vàng. Chuẩn độ cho đến khi dung dịch từ màu vàng chuy ển sang hồng nhạt. Ghi thể tích HCl tiêu tốn. Tiến hành thí nghiệm ít nhất 3 lần, lấy giá trị trung bình để tính toán. III. Tính toán V Na 2 B 4 O 7 lấy để chuẩn độ: . . . .10,00 . . . . . . . ml V HCl đo được trong các lần chuẩn độ: Lần 1: . . . . . . . . . . . ml L ần 2: . . . . . . . . . . . ml L ần 3: . . . . . . . . . . . ml Trung bình : . . . . . . . . . . . ml Nồng độ của dung dịch HCl : - N HCl = , (N) Trong đó: = 10,00 ml : là giá trị thể tích HCl trung bình của 3 lần thí nghiệm, ml Đ HCl = 36,461 g/đương lượng gam - C HCl = N HCl . Đ HCl , (g/l) Bài 2. Xác định nồng độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl Dung dịch NaOH rất dễ hấp thụ CO 2 trong không khí, do đó trong dung dịch NaOH luôn chứa 1 lượng nhỏ Na 2 CO 3 , nồng độ NaOH bị giảm dần theo thời gian bảo quản. Ta cũng không thể pha được nồng độ chính xác dung dịch NaOH từ hóa chất NaOH rắn, do NaOH hút ẩm rất mạnh nên không thể cân chính xác được lượng cân. Vì thế, trước khi sử dụng NaOH ta phải xác định lại nồng độ của nó. I. Cơ sở phương pháp Khi tiến hành chuẩn độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl thì phản ứng chuẩn độ diễn ra như sau: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O Đây là trường hợp chuẩn độ một bazơ mạnh điển hình bằng một axit mạnh điển hình. Tại điểm tương đương dung dịch có pH = 7. Về lý thuyết có thể chọn chất chỉ thị sao cho điểm định phân càng gần pH tại điểm tương đương càng tốt. Tuy nhiên, với yêu cầu về phân tích ta có thể xác định điểm tương đương với sai số 0,1% vẫn thỏa m ãn yêu cầu phân tích. Giả sử chuẩn độ 100,00 ml dung dịch NaOH nồng độ 0,1000N bằng dung dịch chuẩn HCl 0,1000N thì bước nhảy pH của quá trình chuẩn độ với sai số ±0,1% sẽ là 9,7 đến 4,3. Do vậy ta có thể sử dụng chất chỉ thị metyl đỏ (pT = 5) hoặc phenolphtalein (pT = 9) l à chất chỉ thị để xác định điểm cuối của quá trình chu ẩn độ. II. Cách tiến hành 1. S ử dụng chất chỉ thị phenol phtalein Nạp dung dịch HCl đã pha lên buret, đuổi hết bọt khí, chỉnh vạch 0 trước khi chuẩn độ. Dùng pipet l ấy chính xác 10,00 ml dung dịch NaOH từ bình mẫu kiểm tra cho vào bình nón. Thêm 7-8 gi ọt chất chỉ thị phenol phtalein, dung dịch có màu hồng. Tiến hành chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển từ màu hồng sang không màu, ghi thể tích HCl tiêu tốn. Lập lại thí nghiệm ít nhất 3 lần, lấy giá trị trung bình để tính toán. 2. Sử dụng chất chỉ thị metyl đỏ Nạp dung dịch HCl đã pha lên buret, đuổi hết bọt khí, chỉnh vạch 0 trước khi chuẩn độ. Dùng pipet l ấy chính xác 10,00 ml dung dịch NaOH từ bình mẫu kiểm tra cho vào bình nón. Thêm 1-2 gi ọt chất chỉ thị metyl đỏ, dung dịch có màu vàng. Tiến hành chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu hồng. Ghi thể tích HCl tiêu tốn. Lập lại thí nghiệm ít nhất 3 lần, lấy giá trị trung bình để tính toán. III. Tính toán Nồng độ NaOH được tính theo công thức: N NaOH = , (N) C NaOH = N NaOH . Đ NaOH , (g/l) Trong đó, = 10,00 ml : là giá trị thể tích HCl trung bình của 3 lần thí nghiệm, ml Đ NaOH = 39,997 g/đương lượng gam IV. Câu hỏi: 1. So sánh thể tích HCl tiêu tốn trong quá trình chuẩn độ với 2 chất chỉ thị ở trên. Nhận xét kết quả thu được và giải thích? Trả lời: Thể tích HCl tiêu tốn trong trường hợp sử dụng chất chỉ thị metyl đỏ cho kết quả lớn hơn so với trường hợp sử dụng chất chỉ thị phenol phtalein. Nguyên nhân của sự sai lệch kết quả này là do trong dung d ịch NaOH bao giờ cũng lẫn 1 lượng nhỏ Na 2 CO 3 . Do vậy phản ứng xẩy ra trong quá trình chuẩn độ : NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (1) Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl (2) NaHCO 3 + HCl = H 2 CO 3 + NaCl (3) Xu ất hiện 2 điểm tương đương: - Điểm tương đương 1 ứng với phản ứng (2) kết thúc, pH của dung dịch được quyết định b ởi chất lưỡng tính NaHCO 3 . pH của dung dịch có thể được tính gần đúng theo công thức sau: pH = ½ (pK a1 + pK a2 ) = ½ (6,35+10,33) = 8,34 - Điểm tương đương 2 ứng với phản ứng (3) kết thúc. Khi đó dung dịch sẽ chứa 1 lượng nhỏ H 2 CO 3 (hay CO 2 hòa tan), pH của dung dịch sẽ được quyết định bởi lượng H 2 CO 3 này. Vì độ tan bão hòa của H 2 CO 3 là khoảng 10 -4 M nên có thể tính gần đúng pH của dung dịch tại điểm tương đương 2: pH = ½ (pK a1 – lgC a ) = ½ (6,35 +4) ≈ 5,18. Do đó ta thấy rằng, khi sử dụng chất chỉ thị phe nol phtalein (pT = 9) ta sẽ nhận biết được điểm tương đương 1, c òn với chỉ thị metyl đỏ (pT = 5) thì thực chất là nhận biết điểm tương đương 2. Hai điểm tương đương này không trùng nhau, chúng lệch nhau c àng nhiều khi hàm lượng tạp Na 2 CO 3 lẫn trong dung dịch càng lớn. 2. Ngoài sử dụng HCl làm chất chuẩn để xác định nồng độ dung dịch NaOH người ta còn hay s ử dụng phương pháp nào khác? Trả lời: trong thực tế, người ta hay sử dụng oxalic acid như là chất gốc để xác định nồng độ dung dịch NaOH, chất chỉ thị được sử dụng là phenol phtalein. Bài thí nghiệm 2 Xác định nồng độ dung dịch NaOH, Na 2 CO 3 trong hỗn hợp bằng dung dịch HCl Trong quá trình bảo quản NaOH, luôn xẩy ra sự hấp thụ CO 2 trong không khí : 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O Do đó dung dịch NaOH luôn luôn chứa Na 2 CO 3 . Khi bảo quản trong một thời gian dài hàm lượng Na 2 CO 3 có thể chiếm tương đối lớn.Trường hợp phải biết hàm lượng riêng của NaOH và Na 2 CO 3 người ta có thể sử dụng 2 phương pháp xác định: Phương pháp 1 là xác định 2 điểm tương đương trên đường định phân hỗn hợp. Phương pháp 2 là sử dụng Ba 2+ để kết tủa hết CO 3 2- , sau đó định phân xác định riêng NaOH. Hàm lượng Na 2 CO 3 có thể xác định được sau khi xác định hàm lượng tổng NaOH và Na 2 CO 3 . Trong bài thí nghi ệm này chúng ta sẽ sử dụng cả 2 phương pháp để xác định nồng độ NaOH và Na 2 CO 3 trong hỗn hợp. Bài 1. Phương pháp dùng hai chất chỉ thị I. Cơ sở phương pháp: Khi tiến hành dùng dung dịch chuẩn HCl tác dụng với hỗn hợp cần phân tích chứa NaOH và Na 2 CO 3 nhỏ giọt từ từ, lắc đều thì các phương trình phản ứng xẩy ra lần lượt như sau: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (1) Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl (2) NaHCO 3 + HCl = H 2 CO 3 + NaCl (3) Rõ ràng là không th ể xác định được điểm tương đương sau phản ứng (1) do NaOH và Na 2 CO 3 đều là 2 bazo mạnh, chưa kết thúc phản ứng (1) thì phản ứng (2) đã xẩy ra (do 2 bazơ có hằng số bazơ cách nhau chưa đủ lớn để 2 bước nhảy r õ rệt). Sau khi kết thúc phản ứng (1) và phản ứng (2) trong dung dịch sẽ chứa NaCl và NaHCO 3 , pH của dung dịch sẽ do NaHCO 3 quyết định. Do NaHCO 3 là một chất lưỡng tính nên ta có thể tính pH của dung dịch như sau: Xét cân bằng : Dạng axit : HCO 3 - H + + CO 3 2- (1) K a = K a2 = 4,69 . 10 -11 Dạng bazo : HCO 3 - + H 2 O H 2 CO 3 + OH - (2) K b = K H2O /K a1 . Trong đó K a1 = 4,46 . 10 -7 Hoặc biểu diễn dạng bazơ ở dạng: HCO 3 - + H + H 2 CO 3 K = 1/K a1 (2’) . HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM HÓA PHÂN TÍCH -- -- - -- * * *-- -- - -- Biên soạn: Trương Dực Đức Bộ môn Hóa Phân Tích – ĐHBK.HN Bài thí. -- > [OH - ] = Bb CK . 1 [H + ] = Bb w CK K . 1 -- > pH = -log[H + ] = -[ logK w - )log(log 2 1 1 Bb CK ] = -logK w - Bb CpK log 2 1 2 1 1 -- >pH
