Giáo trình hóa phân tích - Chương 2 Phân tích khối lượng

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

496
lượt xem 216
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình hóa phân tích - chương 2 phân tích khối lượng', khoa học tự nhiên, hoá học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình hóa phân tích - Chương 2 Phân tích khối lượng

Chương II PHÂN TÍCH KH I LƯ NG 1. CÁC KHÁI NI M CƠ B N TRONG PHÂN TÍCH KH I LƯ NG ðây là phương pháp có l ch s lâu ñ i nh t trong các phương pháp phân tích ñ nh lư ng. Phương pháp này d a trên kh i lư ng cân chính xác c a s n ph m s ch, có công th c hoá h c xác ñ nh ch a nguyên t , ion, ho c thành ph n … c n phân tích ñã ñư c tách ra sau khi chuy n hoá chúng b ng các ph n ng thích h p, ñ t ñó tính ra lư ng ch t c n phân tích có trong m u. Ví d : khi phân tích ion Fe3+ trong dung d ch, làm k t t a nó dư i d ng Fe(OH)3 b ng dung d ch NH4OH. L c l y k t t a và r a s ch. Nung k t t a nhi t ñ 1000oC ñ n kh i lư ng không ñ i, nh m chuy n k t t a thành Fe2O3. ð ngu i m u nung ñ n nhi t ñ phòng, r i cân kh i lư ng c a nó b ng cân phân tích. T kh i lư ng cân tính ra kh i lư ng ion Fe3+. D a trên cách ti n hành khác nhau, có th chia các phương pháp phân tích kh i lư ng thành 4 nhóm phương pháp chính sau: + Phương pháp tách + Phương pháp chưng c t ho c ñ t cháy + Phương pháp nhi t phân + Phương pháp k t t a 1.1. Phương pháp tách Trong phương pháp này, thành ph n c n xác ñ nh ñư c tách ra tr ng thái t do, r a s ch, làm khô và cân b ng cân phân tích. Ví d : ñ xác ñ nh Au trong các h p kim Au – Cu, hoà tan m t lư ng h p kim trong nư c cư ng thu (HNO3 ñ c + HCl ñ c). Dung d ch thu ñư c cho tác d ng v i hidropeoxit, ion Au3+ s b kh ñ n tr ng thái Au t do và tách ra kh i dung d ch, còn ion Cu2+ không ph n ng: 2Au3+ + 3H2O2 = = 2Au ↓ + 6H+ + 3O2 Sau khi r a s ch, làm khô, lư ng Au ñư c cân b ng cân phân tích và t lư ng cân suy ra hàm lư ng Au có trong h p kim. Phương pháp tách thư ng ñư c dùng trong các ngành s n xu t công nghi p, trong phân tích ñ i tư ng nông nghi p nó ít ñư c dùng. 1.2. Phương pháp chưng c t ho c ñ t cháy Trong phương pháp này, thành ph n c n xác ñ nh ñư c tách ra th khí b ng nh ng ph n ng hoá h c thích h p (ph n ng phân hu , ph n ng ñ t cháy…), sau ñó các ch t khí thoát ra ñư c c t và ñư c h p ph vào bình h p ph . T s tăng kh i lư ng c a bình h p ph suy ra hàm lư ng ch t c n phân tích. Ví d 1: Xác ñ nh CO2 trong ñá vôi. D a vào ph n ng phân hu CaCO3 b ng axit: CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2 ↑ Khí CO2 thoát ra ñư c d n vào bình h p ph ch a h n h p NaOH + Ca(OH)2. ñây, x y ra ph n ng: 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………26
Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3 ↓ do ñó, kh i lư ng bình h p ph tăng lên và t s tăng kh i lư ng này suy ra lư ng CO2 cũng như CaCO3 trong m u. Ví d 2: Xác ñ nh hàm lư ng C và H trong ch t h u cơ. D a vào ph n ng cháy c a ch t h u cơ trong oxi v i s có m t c a ch t xúc tác AgMnO4 ho c h n h p oxit coban (II) và (III)… nhi t ñ 5500C ñ chuy n C thành CO2 và H thành H2O. D n các khí CO2 và H2O l n lư t qua bình h p ph ch a ch t h p ph H2O như P2O5 , Mg(ClO4)2 khan… r i qua bình h p ph ch a ch t h p ph CO2 như KOH, ho c h n h p NaOH v i Ca(OH)2 phân tán trên s i amiăng (azbest) và t s tăng kh i lư ng các bình h p ph suy ra hàm lư ng C và H trong m u. Phương pháp ñ t cháy thư ng ñư c dùng trong phân tích các ch t h u cơ. Trong phân tích các h p ch t h u cơ, ngoài phân tích C và H, ñôi khi còn ph i phân tích N. Nitơ trong các h p ch t h u cơ khi b ñ t cháy cho các s n ph m nitơ phân t và các oxit c a nó, các oxit này ñư c kh thành nitơ phân t b ng b t ñ ng nhi t ñ 5500C. ðo th tích khí nitơ và t ñó tính toán hàm lư ng ch a nitơ trong m u. Ngày nay, ñã s n xu t ra máy phân tích t ñ ng C, H, N trong các h p ch t h u cơ. Th i gian phân tích cho m t m u m t kho ng 15 phút. Ch t h u cơ ñư c ñ t b ng oxi s ch trong b u khí quy n heli v i s có m t c a ch t xúc tác. 1.3. Phương pháp nhi t phân Trong phương pháp này, hàm lư ng ch t c n xác ñ nh ñư c suy ra t s gi m kh i lư ng cân c a m u phân tích sau khi s y ho c nung m u. Phương pháp nhi t phân thư ng ñư c dùng ñ xác ñ nh ñ m, thành ph n nư c k t tinh hay các h p ch t d b phân hu khi nung nhi t ñ cao. Ví d 1: Xác ñ nh nư c k t tinh c a mu i bari clorua. Cân trư c m t m u mu i, r i mang s y nhi t ñ 1050C ñ n kh i lư ng không ñ i, ñ ngu i và cân ph n s n ph m thu ñư c: to = BaCl2 + xH2O ↑ BaCl2.xH2O Trư c khi nung Sau khi nung D a vào s chênh l ch v lư ng cân trư c và sau khi nung suy ra hàm lư ng nư c k t tinh trong m u. Ví d 2: Xác ñ nh hàm lư ng NaHCO3 trong h n h p v i Na2CO3 b ng cách nung m u. Khi nung, NaHCO3 b phân hu : to 2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O ↑ + CO2↑ Như v y, b ng s chênh l ch kh i lư ng cân trư c và sau khi nung s tính ñư c lư ng NaHCO3 trong m u. 1.4. Phương pháp k t t a (Phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a) Trong phương pháp này, thành ph n c n xác ñ nh ñư c k t t a dư i d ng h p ch t khó tan. K t t a ñư c l c, r a s ch, s y ho c nung ñ chuy n sang d ng có công th c hoá h c xác ñ nh và ñem cân. D a vào lư ng cân tính ra hàm lư ng thành ph n c n xác ñ nh. Ví d : xác ñ nh ion Al3+ trong m u. K t t a ion Al3+ dư i d ng Al(OH)3 b ng NH4OH: Al3+ + 3NH4OH = Al(OH)3 ↓ + 3NH4+ Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………27
Sau khi l c, r a s ch, k t t a ñư c nung nhi t ñ 1000oC ñ chuy n sang d ng Al2O3: 1000oC Al2O3 + 3H2O ↑ 2Al(OH)3 = có thành ph n hoá h c xác ñ nh và cân. T lư ng cân Al2O3 tính ra hàm lư ng ion Al3+ trong m u. Trong 4 phương pháp k trên, phương pháp k t t a thư ng ñư c dùng nhi u ñ ñ nh lư ng các ch t nh t là các h p ch t vô cơ, vì quá trình chuy n thành ph n c n xác ñ nh vào m t h p ch t khó tan d dàng hơn nhi u so v i quá trình tách nó dư i d ng t do, thêm n a, cũng vì các ph n ng t o k t t a có th s d ng trong phân tích có nhi u hơn nhi u so v i các lo i ph n ng khác. Ngoài ra, phương pháp k t t a còn là m t trong nh ng phương pháp tách ch t c n phân tích hay ch t gây nhi u r t hi u qu . Phương pháp k t t a thư ng ñư c s d ng trong phân tích nông nghi p, do v y, dư i ñây s t p trung trình bày v phương pháp này. 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KH I LƯ NG K T T A Ti n trình c a phương pháp k t t a bao g m l n lư t các công ño n sau: Cân m u → Dung d ch → K t t a → L c, r a → S y ho c nung → Cân → Tính toán. T t c các công ño n ñ u có nh hư ng tr c ti p ñ n ñ chính xác c a k t qu phân tích. Song, công ño n làm k t t a có nh hư ng l n nh t ñ n k t qu cũng như ñ n t c ñ phân tích, vì ñ chính xác c a phép phân tích ph thu c r t nhi u vào vi c ch n ch t k t t a, vào lư ng k t t a, vào ñi u ki n th c hi n k t t a… S d ng phương pháp k t t a phù h p s tránh ñư c ho c làm gi m các nh hư ng x u như: s tan c a k t t a, s b n k t t a…, cũng như giúp cho quá trình l c r a d dàng và vi c chuy n d ng k t t a sang d ng cân ñư c thu n l i. 2.1. Yêu c u c a d ng k t t a D ng k t t a là h p ch t ít tan thu ñư c khi cho thu c th thích h p tác d ng v i thành ph n c n xác ñ nh trong dung d ch. Ví d : ñ ñ nh lư ng ion SO42-, có th dùng thu c th Ba(NO3)2,và ph n ng x y ra như sau: Ba2+ + SO42- = BaSO4 ↓ S n ph m k t t a BaSO4 thu ñư c, ñư c g i là d ng k t t a. Trong hoá h c, m t nguyên t ho c ion… có th ñư c chuy n vào nhi u d ng k t t a khác nhau. Ví d : ion SO42- ñư c chuy n vào các d ng k t t a BaSO4, PbSO4, ho c SrSO4…; ion Fe3+ có th chuy n sang các d ng k t t a Fe(OH)3, FePO4, Fe(cuferon)3, FeS… Nhưng, ch có d ng k t t a ñáp ng các yêu c u dư i ñây m i ñư c dùng trong phân tích k t t a: a. D ng k t t a ph i ít tan Khi ph n ng t o k t t a MaXb t các ion Mm+ và Xn- ñã hoàn thành, k t t a và các ion t o ra nó n m trong tr ng thái cân b ng theo II- a: aMm+ + bXn- MaXb ↓ (II- a) Do có tr ng thái cân b ng mà trong dung d ch v n t n t i m t lư ng ch t c n theo dõi d ng hoà tan gây ra m t k t t a, hi n tư ng này ñư c g i là s không hoàn toàn c a ph n ng. Lư ng k t t a b m t do ch t c n phân tích không ñi vào k t t a ñư c tính theo bi u th c II- 1: w = M.C.V (II- 1) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………28
Trong ñó: w - kh i lư ng k t t a b m t (g), M - kh i lư ng c a m t mol phân t ch t k t t a (phân t gam) (g/mol), C – n ng ñ mol/lít c a ion c n phân tích còn l i trong dung d ch (mol/l), V - th tích dung d ch khi ng ng làm k t t a (l). ðây chính là ngu n gây sai s phân tích. N ng ñ c a ion c n phân tích (ví d ion Mm+) còn l i trong dung d ch, sau khi ph n ng t o k t t a MaXb ñã x y ra ñư c tính như sau: N u trong 1 lít dung d ch có s mol phân t k t t a MaXb tan ra theo II- a (s còn ñư c g i là ñ tan c a k t t a), thì s có as mol ion Mm+ và bs mol ion Xn- hình thành: aMm+ + bXn- MaXb ↓ s as bs Như v y, CMm+ = as. T ñó cho th y, s không hoàn toàn c a ph n ng t o k t t a ph thu c vào s tan c a k t t a t c ph thu c vào ñ tan c a k t t a. Có r t nhi u y u t nh hư ng ñ n ñ tan c a k t t a, ñây, ch trình bày m t s y u t chính, ñ t ñó tìm cách làm k t t a thích h p. * nh hư ng c a tích s tan ñ n ñ tan c a k t t a T cân b ng II- a, tích s tan c a k t t a MaXb là: TMaXb = [ Mm+ ]a [ Xn- ]b (II- 2) và như trên ñã trình bày, s có [ M m+]a = as và [ Xn- ]b = bs. Do ñó, TMaXb ñư c vi t là: TMaXb = (as)a . (bs)b = aa.bb sa+b (II- 3) Trong ñi u ki n v a xét, tr s c a s cũng có th coi là trùng v i ñ tan c a k t t a MaXb, do ñó ñ tan s s là: s = (TMaXb /aa.bb)1/(a+b) (II- 4) Như v y, ñ tan t l thu n v i tích s tan c a k t t a, do ñó, mu n ph n ng phân tích là càng hoàn toàn thì ph i ch n lo i ph n ng cho k t t a có tích s tan càng bé càng t t. Trong trư ng h p phân tích w gam ion Mm+ có kh i lư ng m t mol ion kí hi u là MMm+, v i sai s % (e %) cho trư c và th tích khi d ng k t t a là V lít, thì TMaXb ph i ñ t giá tr : TMaXb ≤ (10-2.e.w/V.MMm+)a+b.aa.bb (II- 5) Thông thư ng, trong phân tích kh i lư ng k t t a, kh i lư ng ch t phân tích kho ng 0,1g, th tích dung d ch là 0,1lít, kh i lư ng m t mol ion ch t c n phân tích là kho ng 100g, sai s phân tích là 0,1%, thì v i m = n = 1, tích s tan c a k t t a MX c n ñ t là: TMX ≤ 10-10, hay s ≤ 10-5M, khi lư ng thu c th là v a ñ . * nh hư ng c a ion chung ñ n ñ tan c a k t t a Ion chung là ion có trong thành ph n k t t a, như v y, vi c b sung ion chung vào dung d ch bão hoà c a k t t a s làm cho ph n ng II- a chuy n d ch v phía t o k t t a và làm gi m ñ tan c a k t t a (nguyên lí Le Chatelire) Ví d : tính ñ tan c a PbSO4 trong nư c và trong dung d ch Na2SO4 10-2M, cho TPbSO4 = 1,6 . 10-8 - Trong nư c: K t t a PbSO4 phân li: Pb2+ + SO42- PbSO4 ↓ Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………29
V y, ñ tan c a nó theo bi u th c II- 3 là: T PbSO4 = s.s = s2 → s = (1,6.10-8)1/2 ≐ 1,3.10-4M. - Trong dung d ch Na2SO4 10-2M: Có: [ Pb2+ ] = s, [ SO42- ] = s + 10-2, nên TPbSO4 = s(s + 10-2). Gi thi t s ≪10-2 thì TPbSO4 = 10- 2 .s, suy ra: s = 1,6.10-6M ≪ 10-2M. Như v y, ñ tan c a PbSO4 trong dung d ch Na2SO4 10-2M nh hơn ñ tan c a PbSO4 trong nư c kho ng 100 l n. Qua ví d trên cho th y: mu n cho k t t a x y ra hoàn toàn và nh t là ñ i v i các k t t a có tích s tan l n thì c n dùng dư thu c th , tuy nhiên, s dư c n v a ñ , n u không s d n ñ n: - T n kém, - Tăng s h p ph thu c th c a k t t a gây khó khăn cho vi c r a k t t a, - T o ph c ch t tan trong ñi u ki n thu c th dư, gây s tan k t t a, làm m t m u. Ví d : khi làm k t t a ion Al3+ dư i d ng Al(OH)3 (TAl(OH)3 = 1.10-32), như v y, theo bi u th c II- 5 k t t a s hoàn toàn v i n ng ñ c a [OH-] = 10-9M, t c pH = 5. N u làm k t t a pH≥ 6 s làm cho m t ph n k t t a Al(OH)3 tan ra dư i d ng ph c ch t tan [Al(OH)4] -, gây ra sai s phân tích. * nh hư ng c a ph n ng ph Thư ng hay g p ñó là các ph n ng thu phân và ph n ng t o ph c ch t. + nh hư ng c a ph n ng thu phân: Trong môi trư ng nư c các cation Mm+ cũng như các anion Xn- có th b thu phân mà s thu phân l i ph thu c vào pH môi trư ng. Khi pH tăng lên các cation b thu phân m nh hơn và ngư c l i khi pH gi m ñi thì các anion b thu phân m nh hơn. S thu phân s làm cho n ng ñ t do c a các ion t o k t t a gi m ñi d n ñ n k t t a s tan ra, hay ñ tan c a k t t a tăng. Ví d : Khi làm k t t a ion Ca2+ dư i d ng k t t a CaC2O4: Ca2+ + C2O42- = CaC2O4 ↓ n u ti n hành ph n ng t i pH ≤ 5, s d n ñ n các ph n ng: C2O42- + H+ = HC2O4- HC2O4- + H+ = H2C2O4 làm gi m n ng ñ ion C2O42-, d n ñ n k t t a CaC2O4 s tan ra. + nh hư ng c a ph n ng t o ph c: Trong s có m t c a ch t t o ph c, cation Mm+ còn có th t o ph c ch t tan v i các ph i t Ln-: Mm+ + xLn- = [MLx]m-xn làm cho n ng ñ t do c a các ion t o k t t a gi m ñi d n ñ n k t t a s tan ra, hay ñ tan c a k t t a tăng lên. Ví d : khi làm k t t a ion Fe3+ dư i d ng k t t a Fe(OH)3 t i pH = 4 – 5, trong môi trư ng có ñ ion CN-, k t t a s không hình thành, vì ion Fe3+ t o ph c ch t tan [Fe(CN)6]3- làm cho n ng ñ t do c a ion Fe3+ quá bé không ñ ñ k t t a Fe(OH)3. Các phương trình ph n ng trên cho th y s thu phân, s t o ph c ch t ñ u d n ñ n s gi m n ng ñ các ion t o k t t a ([Mm+], [Xn-]), do ñó làm tăng s hoà tan c a k t t a theo phương trình II- a (nguyên lí Le Chatelier). Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………30
* nh hư ng c a các y u t khác ñ n ñ tan k t t a Các y u t khác có nh hư ng ñ n ñ tan c a k t t a ñó là: nhi t ñ , kích thư c h t k t t a, s già hóa c a k t t a, tính ch t c a dung môi… + nh hư ng c a nhi t ñ ñ n ñ tan k t t a: ð i b ph n các k t t a có ñ tan tăng khi tăng nhi t ñ c a môi tru ng t o k t t a. + nh hư ng c a kích thư c h t ñ n ñ tan k t t a: Năng lư ng b m t c a h t to nh hơn năng lư ng b m t c a h t nh , do ñó khi tăng kích thư c h t thì ñ tan c a k t t a gi m. + nh hư ng c a s già k t t a ñ n ñ tan c a nó: Khi ñ lâu k t t a trong môi tru ng k t t a (làm già k t t a, làm chín k t t a, làm mu i k t t a) s d n ñ n các hi n tư ng: - Các h t nh s tan ra và các h t l n s l n lên, d n ñ n ñ tan k t t a gi m. - Các h t k t t a ch a nư c k t tinh có th s m t nư c và d n ñ n ñ tan gi m. Ví d : k t t a CaC2O4.2H2O chuy n thành CaC2O4.H2O. - S polime hoá các h t k t t a, nh t là ñ i v i các k t t a sunphua, hidroxit d n ñ n ñ tan c a k t t a gi m. Ví d : các k t t a CuS, ZnS d t o thành m ch: -M-S-M- gây ra s chuy n d ng tinh th và ñ tan gi m. + nh hư ng c a dung môi ñ n ñ tan k t t a: ð i b ph n các k t t a trong môi trư ng nư c (dung môi có tính phân c c l n nh t) ñ u có ñ tan l n hơn trong dung môi h u cơ. Do ñó, khi ti n hành k t t a trong dung môi h u cơ thích h p s làm cho k t t a hoàn toàn hơn so v i khi làm k t t a trong môi trư ng nư c. Ví d : k t t a AgCl, trong H2O, có ñ tan 0,00191g/lít, song, trong môi trư ng etanol, có ñ tan 0,000015g/lít, ho c k t t a CaSO4 (TCaSO4 = 9,1.10-6) tan nhi u trong nư c, song, trong môi trư ng có b sung etanol ho c axeton thì ñ tan gi m ñi nhi u l n. Nghiên c u v ñ tan c a k t t a cho th y có y u t làm gi m ñ tan nhưng l i có y u t làm tăng ñ tan. Do ñó, khi s d ng lo i k t t a nào trong phân tích c n xác ñ nh ñi u ki n làm k t t a thích h p, ñ quá trình phân tích ñơn gi n mà v n ñ m b o ñ chính xác cũng như t o ñi u ki n thu n l i cho các công ño n phân tích ti p theo. b. K t t a ph i ch n l c Thông thư ng, ñi cùng v i ion c n xác ñ nh còn có các ion khác có th tham gia ph n ng v i thu c th d n ñ n sai s phân tích, do ñó ch n ph n ng sao cho ch ion c n phân tích tham gia là h t s c quan tr ng ñ ñ m b o k t t a thu ñư c s ch, nói cách khác là tăng ñ ch n l c c a ph n ng phân tích. S k t t a ch n l c có th ñ t ñư c b ng nhi u cách như: * Ch n d ng k t t a thích h p: Khi không có ion gây nhi u, ch n k t t a có ñ tan nh nh t ñ s k t t a là hoàn toàn hơn. Trong trư ng h p có m t các ion gây nhi u, ch n k t t a có ñ ch n l c cao, m c dù có ñ tan l n và làm gi m ñ tan c a k t t a b ng các bi n pháp thích h p như dùng thu c th dư … Ví d : khi làm k t t a Pb2+ trong s có m t các ion Cu2+, Zn2+, ch n k t t a PbSO4 (TPbSO4 =1,6.10-8) ch không ch n các k t t a PbCO3 (TPbCO3 = 7,49.10-14), PbCrO4 (TPbCrO4 = 1,8.10-14), PbS (TPbS = 2,5.10-27), b i vì các ion Cu2+, Zn2+ cũng t o k t t a v i các ion CO32-, CrO42- và S2-. Trong ñi u ki n này, s không hoàn toàn c a k t t a PbSO4 ñư c kh c ph c b ng vi c s d ng dư ion SO42-. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………31
* Ch n ñi u ki n k t t a thích h p: Ch n ñi u ki n sao cho ch có ion phân tích ph n ng, như thay ñ i pH môi trư ng... Ví d : phân tích ion SO42- trong m u ch a các ion PO43-, CO32- dư i d ng k t t a BaSO4, c n ti n hành làm k t t a môi trư ng HNO3 hay HCl pH = 4, ñ các ion PO43-, CO32- không t o các k t t a Ba3(PO4)2, BaCO3 gây nh hư ng ñ n k t qu phân tích. * Che ion gây nhi u: ðây là bi n pháp chuy n ion gây nhi u vào ph c ch t b n và không ph n ng v i thu c th , như v y, ch có ion c n phân tích tham gia ph n ng v i thu c th . Ví d : khi phân tích ion Mg2+ trong s có m t c a các ion Fe3+, Al3+ dư i d ng k t t a MgNH4PO4.6H2O, cho vào môi trư ng k t t a ion xitrat, như v y các ion Fe3+, Al3+ s t o ph c ch t b n v i xitrat và không tham gia ph n ng t o k t t a photphat. N u các gi i pháp nêu trên không th ti n hành ñư c, thì ph i tách các ion gây nhi u hay ion phân tích trư c khi làm k t t a. c. D ng k t t a ph i d l c, d r a s ch Mu n v y, nên ch n d ng k t t a tinh th , có b m t ti p xúc nh , ít h p ph ch t b n và không b t kín l gi y l c, ñ d r a s ch và l c nhanh hơn. Các d ng k t t a vô ñ nh hình và nh t là các lo i k t t a keo, như các k t t a hidroxit, ñ u có b m t ti p xúc l n, d h p ph nhi u ch t b n, nên khó l c và khó r a s ch. Ví d : khi ch n l a 2 k t t a có ñ tan tương ñương nhau k t t a vô ñ nh hình Al(OH)3 (TAl(OH)3 = 1.10-32) và k t t a tinh th AlPO4 ( TAlPO4 = 5,7.10-19), n u có th , ưu tiên k t t a AlPO4. d. D ng k t t a ph i d dàng chuy n hoàn toàn sang d ng cân ðây là y u t cơ b n làm căn c cho s tính toán thành ph n c n xác ñ nh. Do ñó, c n ch n d ng k t t a sao cho khi s y ho c nung s ch thu ñư c m t s n ph m duy nh t, n ñ nh (d ng cân). Ví d : khi phân tích Pb2+ thư ng k t t a nó dư i d ng PbSO4 là d ng d dàng chuy n sang d ng cân PbSO4 ch không dùng d ng PbS (m c dù có ñ tan nh hơn), vì khi s y, nung, d ng PbS không n ñ nh d b oxi trong không khí oxi hóa: to 2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 d n ñ n s n ph m thu ñư c sau khi s y, nung là h n h p PbO và PbS không có công th c hoá h c xác ñ nh, không th làm d ng cân. 2.2. Yêu c u c a d ng cân D ng cân là d ng k t t a sau khi ñã ñem s y ho c nung ñ n kh i lư ng không ñ i. Tuỳ theo b n ch t c a k t t a, d ng k t t a và d ng cân có th có cùng ho c không cùng công th c hoá h c. Ví d : k t t a BaSO4 cho d ng k t t a và d ng cân như nhau, ñ u là BaSO4. Vi c s y ho c nung, trong trư ng h p này, ch làm m t ñi nư c h p ph . Nhưng, ñ i v i d ng k t t a Fe(OH)3, khi nung s thu ñư c d ng cân là Fe2O3: 10000C 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O ð có th t kh i lư ng d ng cân tính toán ñư c hàm lư ng c a thành ph n c n phân tích, thì d ng cân c n ph i ñ m b o các yêu c u sau: a. D ng cân ph i có công th c hoá h c xác ñ nh ð có th tính ñư c k t qu phân tích b t bu c d ng cân ph i có công th c hoá h c xác ñ nh, k c ph n nư c k t tinh. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………32
Ví d : các k t t a hidroxit hay các k t t a mu i bazơ không th dùng làm d ng cân ñư c vì thành ph n c a chúng không n ñ nh và ph thu c vào ñi u ki n k t t a. C n ph i nung chuy n các k t t a này sang d ng n ñ nh v công th c hoá h c như các d ng oxit, d ng mu i… Ví d : k t t a Fe(OH)3 chuy n thành Fe2O3 như ñã nêu trên. b. D ng cân ph i b n v phương di n hoá h c Như không ñư c h p th hơi nư c hay CO2, không tham gia ph n ng oxi hoá kh v i oxi trong không khí. Ví d : khi phân tích ion Ca2+ dư i d ng k t t a CaC2O4.H2O, có th có các d ng cân: CaC2O4.H2O, CaCO3, CaO, song, không nên dùng d ng CaO vì nó hút m r t m nh, khi cân s m c sai s . c. Hàm lư ng c a thành ph n c n tìm trong d ng cân càng bé càng t t Khi cân s m c sai s cân, do ñó ñ h n ch ñư c nh hư ng c a sai s này thì hàm lư ng c a thành ph n c n tìm trong d ng cân càng bé càng t t. Ví d : khi xác ñ nh ion Al3+ dư i d ng oxit nhôm Al2O3 (M = 101,96) s g p sai s 2,4 l n l n hơn so v i khi xác ñ nh dư i d ng AlPO4 (M = 121,95) n u cùng cân sai m t lư ng như nhau. Nh ng yêu c u nêu trên ñ i v i d ng k t t a và d ng cân cho th y vi c ch n d ng k t t a, d ng cân là r t quan tr ng trong phương pháp k t t a, vì nó quy t ñ nh ñ chính xác cũng như t c ñ c a phép phân tích. 2.3. S gây b n k t t a K t t a thu ñư c ñ trong môi trư ng k t t a s tương tác v i các ion có trong môi trư ng và t o nên s b n k t t a. Có 2 nhóm nguyên nhân chính gây b n k t t a ñó là s c ng k t và s k t t a theo. a. S c ng k t K t t a ñư c hình thành trong quá trình phân tích thư ng kéo vào c u trúc c a mình các t p ch t (các ion l ). Khi các t p ch t cùng k t t a ñ ng th i v i k t t a chính m c dù n ng ñ c a chúng chưa ñ t t i tr ng thái bão hoà, thì hi n tư ng này ñư c g i là s c ng k t – m t y u t gây nên sai s phân tích. Các nguyên nhân gây nên s c ng k t là: s h p ph b m t, s k t vón, s t o tinh th h n h p. *S c ng k t do h p ph : X y ra khi k t t a chính d ng keo trong s dư th a thu c th . Các h t keo h p ph ion ho t ñ ng c a thu c th s d n ñ n s h p ph các ion trái d u. Ví d : k t t a BaSO4 trong ñi u ki n dư ion SO42- s h p ph các ion dương. Trong trư ng h p này, th c t cho th y ion gây nhi u nào t o mu i v i thu c th có ñ tan nh hơn, s b h p ph nhi u hơn; v i k t t a BaSO4 nói trên, thì s h p ph ñ i v i các cation như sau: Na+ < K+ < Ca2+ < Pb2+. Nh m kh c ph c s h p ph , nên ti n hành k t t a v i dung d ch loãng thu c th loãng, k t t a nóng và không nên ñ k t t a quá lâu trong dung d ch. *S c ng k t do hi n tư ng k t vón: Gây b n cơ h c k t t a, b i khi ti n hành k t t a m t ph n ch t gây nhi u ñã b k t t a bao b c. Hi n tư ng này thư ng g p khi k t t a v i dung d ch ñ c, k t t a nhanh và khu y không t t. ð lo i tr s c ng k t này, c n ti n hành k t t a v i dung d ch loãng nóng, k t t a ch m và khu y t t ho c làm k t t a ñ ng tính. N u không thành công, thì ph i s d ng bi n pháp k t t a l i. *S c ng k t do hi n tư ng t o tinh th h n h p: X y ra khi bán kính ion c a ion trong k t t a chính và ion gây nhi u không khác nhau nhi u (ñ sai khác nh hơn 10 – 15%). Lúc này các ion gây nhi u có th thay th Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………33
cho ion t o k t t a chính trong m ng tinh th . Ví d : ion MnO4- có th thay th ion SO42-, nên khi k t t a BaSO4 v i s có m t c a ion MnO4- s thu ñư c tinh th k t t a có ch a ion MnO4-. S c ng k t này không th lo i b ñư c b ng cách r a ho c k t t a l i mà ch có th lo i b ñư c b ng cách che, kh các ion gây nhi u ñi. Ch ng h n, ví d trên, có th lo i nh hư ng c a ion MnO4- b ng cách kh nó v ion Mn2+ khi cho axit oxalic vào dung d ch phân tích trư c khi làm k t t a. Trong phân tích, s c ng k t không ph i lúc nào cũng gây h i mà ñôi khi l i có l i. Khi phân tích hàm lư ng nh các ch t, thư ng s d ng s c ng k t ñ “gom” các ch t c n phân tích. Ví d : khi xác ñ nh ion Pb2+ t dung d ch loãng, n ng ñ c a nó nh ñ n m c mà k t t a PbS, là k t t a ít tan nh t c a ion Pb2+, cũng không hình thành. Cho vào dung d ch phân tích ion Ca2+ và k t t a ion Ca2+ dư i d ng CaCO3, trong ñi u ki n này ion Pb2+ b c ng k t theo. Sau ñó, hoà tan k t t a cacbonat vào axit axetic và phân tích ion Pb2+ b ng các phương pháp thông thư ng. M t ví d khác, ñó là s gom lư ng nh các ion kim lo i hoá tr 2 như Cu2+, Cd2+, Mn2+, Zn2+ trên k t t a Fe(OH)3 ho c Al(OH)3.. B ng s c ng k t có th làm tăng n ng ñ các ch t c n phân tích lên hàng ngàn, hàng v n l n. b. S k t t a theo Ngoài s c ng k t, trong th c t còn g p hi n tư ng k t t a theo làm cho k t t a chính b b n. Hi n tư ng này x y ra khi k t t a chính ñã k t t a xong và không ñư c tách k p th i ra kh i dung d ch, thì sau m t th i gian s hình thành trên k t t a chính k t t a c a các ch t b n m c dù trong ñi u ki n bình thư ng nó không k t t a. Ví d : MgC2O4 là ch t tan, không cùng k t t a v i CaC2O4, nhưng sau khi CaC2O4 ñã k t t a h t và ñ lâu trong dung d ch (kho ng 2 gi ), thì MgC2O4 b k t t a theo. ð kh c ph c s k t t a theo c n tách k p th i k t t a chính trư c khi k t t a theo xu t hi n. 2.4. M t s kĩ thu t trong phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a Sau khi ñã ch n ñư c ph n ng t o k t t a thích h p, các bư c ti p theo bao g m: ch n d ng thu c th , làm k t t a, l c r a k t t a, s y và nung k t t a ñ chuy n sang d ng cân, cân s n ph m và tính toán. a. Ch n thu c th làm k t t a Khi ñã có ph n ng phân tích, vi c ch n d ng k t t a r t quan tr ng ñ ñ m b o vi c phân tích nhanh và chính xác. Ví d : khi phân tích ion Fe3+ dư i d ng k t t a Fe(OH)3, ch n hoá ch t nào trong s hoá ch t: NaOH, NH4OH, Na2CO3, ure, làm thu c th ? Vi c ch n l a d ng thu c th ph i theo các nguyên t c sau: + Ch n lo i thu c th không b n v i nhi t, như v y, khi s y nung k t t a nó d dàng b phân hu và bay ñi không gây nên sai s phân tích. Ví d : trong trư ng h p phân tích ion Fe3+ nói trên s dùng NH4OH ho c ure. + Ch n lo i thu c th có ñ tan l n, ñ khi r a k t t a thì ph n dư c a thu c th b h p ph b i k t t a d b lo i ñi. Ví d : làm k t t a ion Ba2+ b ng axit H2SO4 ch không dùng Na2SO4, vì H2SO4 có ñ tan l n hơn nên d b ñu i ra kh i k t t a hơn khi r a. + Ch n lo i thu c th cho phép ti n hành k t t a ñ ng tính, ñó chính là gi i pháp ñi u ch thu c th ngay trong dung d ch, như v y, thu c th s xu t hi n m i ch và ph n ng t o k t t a s x y ra m i nơi cùng m t lúc. Ví d : trong trư ng h p phân tích ion Fe3+ nói trên s dùng ure. Khi cho ure vào dung d ch, nó hoà tan nhanh và phân b ñ u trong toàn b không gian. ðun nóng dung d ch, ure b thu phân nhanh t o ra NH4OH: Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………34
to CO(NH2) 2 + 3H2O = 2NH4OH + CO2 và ph n ng t o k t t a Fe(OH)3 x y ra t i m i ñi m cùng m t lúc. S k t t a này g i là k t t a ñ ng tính. + Dùng m t lư ng thu c th dư so v i lí thuy t (thư ng dùng dư g p ñôi), vì ñ tan c a k t t a s gi m ñi nhi u, khi trong dung d ch có ion chung. Tuy nhiên, c n lưu í, m t s k t t a có th tan trong thu c th dư. Ví d : các k t t a AgCl, HgI2… tan ñư c trong thu c th dư (Cl- , I-) do s t o thành các ph c ch t tan [AgCl2]- , [HgI4]2-…, các trư ng h p này, ph i tính toán lư ng thu c th sao cho v a ñ ñ k t t a hoàn toàn và tránh ñư c s hoà tan c a k t t a do s t o ph c ch t tan. b. Làm k t t a Làm k t t a trong c c ch u nhi t. Kh i lư ng k t t a c n n m trong kho ng 200mg, th tích khi k t thúc làm k t t a kho ng 100 - 200ml. Tuỳ theo b n ch t c a k t t a (d ng tinh th , d ng keo hay d ng vô ñ nh hình) mà ch n cách làm k t t a thích h p. * Làm k t t a tinh th S t o thành k t t a bao g m hai qúa trình: s phát sinh các m m k t tinh là trung tâm c a s k t t a và các m m tinh th l n d n lên. + S phát sinh các m m k t tinh là trung tâm c a s k t t a. Các m m k t tinh có th t hình thành trong quá trình làm k t t a, cũng có trư ng h p t o nên b ng các thao tác thích h p như dùng ñũa thu tinh c vào thành bình ñ t o m m tinh th (trư ng h p k t t a MgNH4PO4…) + Các m m tinh th l n d n lên. ð tăng cư ng quá trình này, thư ng ñ yên k t t a trong vài gi ho c lâu hơn (làm mu i k t t a, k t t a). giai ño n này, các tinh th nh s tan ra, còn các tinh th l n s l n lên, vì trong cùng ñi u ki n, dung d ch s bão hoà ñ i v i tinh th l n nhưng có th chưa bão hoà ñ i v i tinh th nh . Như v y, khi làm k t t a tinh th , ñ có k t t a tinh th h t l n, ph i h n ch quá trình t o m m tinh th và ph i có th i gian làm mu i k t t a. ð h n ch s m m tinh th c n làm k t t a ch m b ng cách k t t a v i dung d ch loãng, thu c th loãng ho c làm tăng ñ tan c a k t t a nh k t t a v i dung d ch nóng, thu c th nóng ho c pH thích h p… Sau ñó, s k t t a hoàn toàn ñư c ñ m b o b ng vi c dùng thu c th dư hay b ng ñi u ch nh pH ho c thành ph n dung môi… Ví d : k t t a ion Ca2+ dư i d ng CaC2O4. ð u tiên ñun nóng dung d ch phân tích v i axit oxalic (ñ s m m tinh th ñư c t o thành ít do có ít ion C2O42-), sau ñó trung hoà môi trư ng b ng NH4OH ñ n pH ≥ 5 (tăng lư ng ion C2O42-). ð yên k t t a kho ng 1 gi (làm mu i), r i l c l y k t t a. * Làm k t t a vô ñ nh hình: Ngư c l i v i vi c làm k t t a tinh th , khi làm k t t a vô ñ nh hình c n ph i ti n hành nhanh trong dung d ch nóng v i thu c th dư và khu y t t, có thêm ch t ñi n li ñ h th ng keo nhanh b ñông t và ch ng ñư c s pepti hoá. Như v y, k t t a s dày ñ c, v ng ch c hơn, b m t ti p xúc s bé hơn. Sau khi làm k t t a xong ph i l c ngay, vì ñ lâu k t t a quánh l i gây khó r a. N u có th ñư c, nên làm k t t a ñ ng tính. T nh ng phân tích trên có th th y nh ng thao tác trong phân tích không th ti n hành m t cách tuỳ í mà ph i theo m t qui ñ nh nghiêm ng t ñ ñ m b o cho vi c phân tích ñ t k t q a chính xác. N ng ñ thu c th ñ c, loãng, cho dư nhi u hay ít ho c làm k t t a nhanh hay ch m… là nh ng qui ñ nh mà m i ngư i làm phân tích ph i tuân theo. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………35
c. L c k t t a ð l c k t t a thư ng dùng 3 lo i d ng c l c: ph u l c, c c l c b ng g m và c c l c b ng thu tinh. * Ph u thu tinh: ðư c th i t thu tinh ch u hoá ch t v i các tiêu chu n: góc t o b i hai ñư ng sinh b ng 90o và chi u cao c a ph u t 9 – 12cm. ði v i ph u l c ph i dùng gi y l c không tàn, t c lo i gi y khi ñ t cháy hoàn toàn cho lư ng tro không ñáng k (< 0,0001g, sai s c a cân phân tích). Gi y l c ñư c chia làm 3 lo i tùy theo kích thư c l c a gi y: - Lo i l nh (gi y l c băng xanh) dùng ñ l c gi các k t t a c h t nh . - Lo i l trung bình (gi y l c băng vàng, băng tr ng) dùng ñ l c gi c h t v a. - Lo i l to (gi y l c băng ñ ) dùng ñ l c gi các lo i h t thô. Vi c ch n gi y l c cho phù h p v i c h t là r t quan tr ng nh m lo i tr vi c k t t a chui qua gi y và t o cho vi c l c, r a ñư c nhanh. B l c này có ưu ñi m là r t ph bi n trong phòng thí nghi m. Tuy nhiên, khi chuy n sang d ng cân nh t thi t ph i nung k t t a vì ph i ñ t cháy gi y l c. Ngoài ra, không th s d ng kĩ thu t hút chân không v i b l c này, vì vi c hút chân không s làm th ng gi y l c, gây m t m u. * C c l c b ng g m : Là lo i c c làm b ng g m có ñáy là màng g m x p v i các kích c c a các l h ng khác nhau. Kí hi u cho t ng lo i c c c a các nư c có khác nhau, ví d : A1, A2, A3 (ð c), trong ñó A1 có kích thư c l to nh t, A3 có kích thư c l bé nh t. Ưu ñi m c a lo i c c l c này là cho phép dùng kĩ thu t l c chân không và có th s y ho c nung ñ chuy n d ng k t t a sang d ng cân. * C c l c b ng thu tinh: Là lo i c c làm b ng thu tinh có ñáy là màng thu tinh x p v i các kích c c a các l h ng khác nhau. Kí hi u cho t ng lo i c c c a các nư c có khác nhau, ví d : S1, S2, S3, S4, (Séc), G1, G2, G3, G4 (ð c), trong ñó S4, G4 có l h ng l n nh t và S1, G1 có l h ng bé nh t, thư ng dùng lo i S2, S3 hay G2, G3. Ưu ñi m c a lo i c c l c này là cho phép dùng kĩ thu t l c chân không, song, ch có th s y ñ chuy n d ng k t t a sang d ng cân. Khi l c thư ng k t h p g n r a và l c ñ mau ñ t ñư c k t t a s ch. Trư c tiên, ch t ph n nư c trong lên h th ng l c, cho ti p dung môi vào k t t a và khu y ñ u r i ñ sa l ng. Ch t ti p ph n nư c trong lên h th ng l c. Quá trình này ñư c l p l i kho ng 3 l n, sau ñó m i chuy n toàn b k t t a lên h th ng l c và ti n hành r a k t t a. d. R a k t t a M c ñích c a s r a k t t a là lo i các t p ch t h p ph trên k t t a. Trong khi r a, các k t t a thư ng tan ra cho nên c n ch n dung d ch r a, dung môi r a và cách r a thích h p. Thư ng ch n dung d ch r a như sau: - Dung d ch r a có ch a thu c th , n u thu c th là ch t d bay hơi ho c d b phân hu khi s y và nung k t t a. R a b ng cách này s h n ch ñư c s tan c a k t t a. Ví d : r a k t t a AgCl b ng dung d ch ch a HCl loãng. - Dung d ch r a có ch a ch t ñi n gi i d b bay hơi khi nung. R a b ng dung d ch này s h n ch ñư c hi n tư ng keo tán (pepti hoá) c a các k t t a keo. Ví d : r a k t t a Fe(OH)3, Al(OH)3 b ng dung d ch NH4Cl, NH4NO3. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………36
- Dung d ch r a có ch t ngăn c n s thu phân c a k t t a. Ví d : r a k t t a MgNH4PO4 b ng dung d ch ch a NH4OH ñ h n ch s thu phân c a MgNH4PO4 . - N u k t t a là ch t ít tan, không b thu phân, không b pepti hoá thì ch c n dung d ch r a là nư c c t. Khi r a c n lưu í r ng: v i cùng m t lư ng dung d ch r a, n u chia ra r a làm nhi u l n và trong m i l n r a c n ñ ch y h t nư c r a m i ñ nư c r a m i, thì k t t a mau s ch hơn và ít b tan hơn. ði u này d dàng nh n th y qua bi u th c II- 6: Cn = Co [R/(V + R)]n (II- 6) n –s l nr a trong ñó: V – th tích dung d ch r a R – th tích dung môi b k t t a h p ph C0 – n ng ñ ch t b h p ph khi b t ñ u r a Cn – n ng ñ ch t b h p ph sau l n r a th n. Quá trình r a k t thúc khi không phát hi n ph n ng c a thu c th ho c ion ch th trong nư c l c. Ví d : khi r a k t t a CaC2O4 hình thành t ph n ng gi a ion Ca2+ và thu c th (NH4)2C2O4. Vì k t t a hình thành h p ph ion C2O42- nên khi r a ion này s ñư c gi i phóng vào d ch l c. Thu l y d ch l c và nh vào ñó dung d ch ion Ca2+, n u d ch l c không có ph n ng t o k t t a CaC2O4, ch ng t vi c r a ñã hoàn t t. e. S y và nung k t t a S y và nung nh m ñ chuy n k t t a sang d ng cân. ð i v i k t t a có công th c hoá h c gi ng v i d ng cân thì ch c n s y lo i b nư c nhi t ñ 950 –1050C. Còn ñ i v i k t t a có công th c không trùng v i công th c d ng cân ho c khi c n ph i ñ t cháy gi y l c, thì sau khi s y khô, k t t a ñư c nung m t nhi t ñ xác ñ nh. Sau th i gian s y, nung kho ng 2 – 3 gi , m u l y ra ñư c ñ trong bình hút m ñ n khi ngu i v nhi t ñ c a phòng cân thì mang cân trên cân phân tích. Sau ñó, mang s y ho c nung m u thêm 30 phút, r i ñ ngu i và cân. N u kh i lư ng cân ñư c không sai khác so v i kh i lư ng cân l n trư c (v i sai s cân cho phép), thì vi c s y nung ñã k t thúc. N u kh i lư ng gi m ñi, thì c n nh c l i quá trình s y, nung ñ n khi kh i lư ng không ñ i. Nhi t ñ nung ph i chính xác, ñ chuy n hoàn toàn d ng k t t a sang d ng cân, nhưng không làm d ng cân ti p t c bi n ñ i. Ví d : ñ chuy n Fe(OH)3 sang Fe2O3 ph i nung nhi t ñ 1000 oC, n u nung nhi t ñ 1200 oC, s t ba oxit s b phân hu thành s t hai oxit, k t qu s thu ñư c h n h p 2 oxit v i công th c hoá h c không xác ñ nh: 1000oC 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O 1200 oC 2Fe2O3 = 4 FeO + O2, f. Cách tính toán k t qu Hàm lư ng c a thành ph n c n xác ñ nh trong m u ñư c tính toán t kh i lư ng c a d ng cân thông qua h s chuy n F. Ví d : ñ xác ñ nh Al3+ trong m u phân tích ñã cân a(g) m u và hoà tan vào dung d ch. K t t a nhôm dư i d ng Al(OH)3 b ng NH4OH. Sau khi nung chuy n Al(OH)3 thành Al2O3 thì cân ñư c b(g). Hãy tính thành ph n ph n trăm nhôm trong m u? Cách gi i: Các ph n ng phân tích ñã x y ra: Al3+ + 3NH4OH = Al(OH)3 + 3NH4+ 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………37
C 101,96 g Al2O3 có 53,96g Al, v y trong b(g) Al2O3 có x g Al x = (53,96/101,96). b (g) Thành ph n ph n trăm y% c a Al trong m u là: y% = 100.(53,96/ 101,96). b/a Trong công th c trên, t s 53,96/101,96 ñư c xác ñ nh b ng ñ nh lu t thành ph n không ñ i c a các ch t tham gia ph n ng, là m t h ng s và ñư c g i là h s chuy n F. V y h s chuy n F là t s gi a kh i lư ng c a thành ph n c n xác ñ nh có trong m t mol phân t c a d ng cân v i kh i lư ng c a m t mol phân t c a d ng cân. Do ñó, công th c t ng quát ñ tính thành ph n ph n trăm các thành ph n c n xác ñ nh là: y% = 100F. b/a (II- 7) F - h s chuy n. b - kh i lư ng c a d ng cân (g). a - kh i lư ng c a m u l y vào c n phân tích (g). Các phép phân tích khác nhau có h s chuy n khác nhau. Ví d : xác ñ nh Ba2+ qua k t t a BaSO4 có F =137,34/233,40, còn xác ñ nh Fe qua Fe2O3 có F = 111,69/159,69… 2.5. M t s ng d ng c th ng d ng c a phương pháp k t t a r t ña d ng và cho phép phân tích hàng lo t các ion, các h p ch t (b ng B.1.2). Dư i ñây, ch trình bày nguyên t c các phương pháp thư ng dùng trong phân tích m t s ion thư ng g p nông nghi p: * Xác ñ nh ion SO42-: D ng k t t a và d ng cân ñ u là BaSO4. M u phân tích ñư c axit hoá ñ n pH = 4 b ng axit HNO3 và làm k t t a ion SO42- b ng dung d ch thu c th Ba(NO3)2 l y dư. Trong ñi u ki n này, các ion CO32-, PO43- không gây nh hư ng ñ n k t q a phân tích. K t t a BaSO4 sau khi ñư c r a s ch b ng nư c c t, thì ñem nung nhi t ñ 700oC ñ n kh i lư ng không ñ i và cân. H s chuy n FSO42- = 0,4116. B ng B.1.2: M t s phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a Nguyên t D ng k t t a Tích s Nhi t ñ D ng cân Hs ñư c xác tan (T) s y, nung chuy n (oC) ñ nh (F) 1,78.10-10 Ag AgCl 130 AgCl 0,7526 5,3.10-13 AgBr 130 AgBr 0,5744 8,3.10-17 AgI 130 AgI 0,4594 1.10-32 Al Al(OH)3 1000 Al2O3 0,5292 5,75.10-19 AlPO4 1000 AlPO4 0,2212 5,1.10-9 Ba BaCO3 600 BaCO3 0,6959 1,2.10-10 BaCrO4 550 BaCrO4 0,5421 1,1.10-10 BaSO4 700 BaSO4 0,5884 2,3.10-9 Ca CaC2O4.H2O 900 CaO 0,7147 CaC2O4.H2O 500 CaCO3 0,4004 CaC2O4.H2O 105 CaC2O4.H2O 0,2743 9,1.10-6 CaSO4.H2O 600 CaSO4 0,2944 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………38
1,78.10-10 Cl AgCl 900 AgCl 0,8141 Co CoNH4PO4.H2O 1100 Co2P2O7 0,4039 1,2.10-10 Cr BaCrO4 500 BaCrO4 0,2052 6,3.10-31 Cr(OH)3 1000 Cr2O3 0,6842 4,8.10-15 Cu CuCNS 110 CuCNS 0,5225 4,0.10-11 F CaF2 500 CaF2 0,4866 -38 Fe Fe(OH)3 3,2.10 1000 Fe2O3 0,6994 8,3.10-17 I AgI 130 AgI 0,5405 2,5.10-13 Mg MgNH4PO4.6H2O 1100 Mg2P2O7 0,2184 1.10-12 Mn MgNH4PO4.H2O 1100 Mn2P2O7 0,3871 Ni NiNH4PO4.6H2O 1100 Ni2P2O7 0,4030 -13 P MgNH4PO4.6H2O 2,5.10 1100 Mg2P2O7 0,2790 1,8.10-14 Pb PbCrO4 140 PbCrO4 0,6411 1,6.10-8 PbSO4 550 PbSO4 0,6832 1,1.10-10 S BaSO4 700 BaSO4 0,1374 Si SiO2.xH2O 1000 SiO2 0,4674 Zn ZnNH4PO4.6H2O 1100 Zn2P2O7 0,4291 - * Xác ñ nh ion Cl : D ng k t t a và d ng cân ñ u là AgCl. M u phân tích ñư c axit hoá b ng axit HNO3 ñ n pH ≈ 1 và làm k t t a ion Cl- b ng dung d ch thu c th AgNO3. K t t a AgCl sau khi ñư c r a s ch thì s y nhi t ñ 130oC và cân. H s chuy n FCl- = 0,2474. Trong phương pháp này, các ion CO32-, PO43- không gây nh hư ng ñ n k t qu phân tích. * Xác ñ nh ion PO43-: D ng k t t a MgNH4PO4.6H20, d ng cân Mg2P2O7. Cho vào dung d ch phân tích ñã ñư c axit hoá b ng axit HCl thu c th MgCl2 + NH4Cl và sau ñó dùng NH4OH ch nh pH môi trư ng ñ n khi k t t a hoàn toàn ion PO43- dư i d ng MgNH4PO4.6H2O. ð k t t a hoàn toàn c n dùng dư NH4OH (kho ng 1/5 th tích dung d ch NH4OH 20%). K t t a ñư c r a b ng dung d ch NH4OH 5% và sau khi s y khô thì ñư c nung nhi t ñ 1100oC ñ chuy n hoàn toàn sang d ng cân Mg2P2O7. H s chuy n FPO43- = 0,8535. Trong trư ng h p có các ion Al3+, Fe3+ trong m u, c n làm k t t a MgNH4PO4 trong môi trư ng ch a ion xitrat ñ ngăn ng a s t o k t t a FePO4 hay AlPO4. * Xác ñ nh ion SiO32-: D ng k t t a H4SiO4 (hay SiO2. 2H2O), d ng cân SiO2. Ion SiO32- ñư c k t t a trong môi trư ng ch a 20% axit HCl và 5% gelatin hay agar. Mang nung k t t a thu ñư c nhi t ñ 1000oC ñư c kh i lư ng a (g). Thư ng trong k t t a có l n m t s t p ch t, nên sau khi nung cho ti p vào ph n ch t r n còn l i axit HF và axit H2SO4 ñ c và nung ti p ñ ñu i toàn b SiF4. Kh i lư ng ch t r n còn l i là b (g). T lư ng hao h t (a – b) cho bi t lư ng SiO2 ch a trong m u. H s chuy n FSiO2 = 1,000, FSiO32- = 1,5333. * Xác ñ nh ion Fe3+: D ng k t t a Fe(OH)3, d ng cân Fe2O3. Cho vào m u phân tích mu i NH4Cl hay NH4NO3 (ñ làm ch t ñi n gi i) và k t t a ion Fe3+ t dung d ch nóng b ng lư ng dư dung d ch thu c th NH3 loãng (1:3). K t t a Fe(OH)3 ñư c l c và r a b ng dung d ch nóng NH4NO3 hay NH4Cl 1% và sau ñó Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………39
mang nung nhi t ñ 1000oC ñ chuy n toàn b Fe(OH)3 sang d ng cân Fe2O3. H s chuy n FFe = 0,6994. * Xác ñ nh ion Al3+: D ng k t t a Al(OH)3, d ng cân Al2O3. Cho vào m u phân tích mu i NH4Cl hay NH4NO3 (ñ làm ch t ñi n gi i) r i k t t a ion Al3+ t dung d ch nóng b ng dung d ch thu c th NH3 loãng (1:3). pH khi d ng k t t a: 5 – 6. K t t a Al(OH)3 ñư c l c và r a b ng dung d ch nóng NH4Cl hay NH4NO3 1% và sau ñó mang nung nhi t ñ 1000oC ñ chuy n hoàn toàn Al(OH)3 sang d ng cân Al2O3. H s chuy n FAl = 0,5293. 2.6. Ưu như c ñi m c a phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a Phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a có nh ng ưu như c ñi m chính sau: * Ưu ñi m: - Trang thi t b dùng trong phân tích ñơn gi n và không ñ t ti n nên có kh năng ph c p cao. - ð chính xác r t cao, vì khi phân tích ñã tách ñư c ph n c n xác ñ nh ra kh i h n h p, nên ñư c dùng làm phương pháp chu n ñ ki m tra các phương pháp khác và ñ ki m tra các dung d ch m (là dung d ch có n ng ñ ≥ 10-2M, khi s d ng thì pha loãng thành các dung d ch v i n ng ñ nh hơn). - Có th dùng ñ phân tích h u h t các ion vô cơ. - Phương pháp k t t a còn ñư c s d ng ñ tách các ion ra kh i nhau. * Như c ñi m: - T c ñ phân tích ch m. - ð nh y th p nên không th dùng ñ phân tích lư ng nh ch t c n phân tích n u không làm giàu m u trư c khi phân tích. - Không th t ñ ng hoá ñư c quá trình phân tích. Do ñó, ngày nay, trong phân tích ng d ng ít s d ng phương pháp này. Câu h i ôn t p 1. Trong các công ño n c a phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a, công ño n nào là quan tr ng nh t? T i sao? 2. D ng k t t a c n ph i tho mãn nh ng ñi u ki n gì? T i sao? 3. D ng cân c n ph i tho mãn nh ng ñi u ki n gì? T i sao? 4. Các y u t nh hư ng ñ n ñ tan c a k t t a? 5. S c ng k t là gì? Cách kh c ph c? và s d ng hi n tư ng này? 6. Nguyên t c chon thu c th trong phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a 7. Hãy nêu cách làm k t t a. 8. Hãy nêu cách l c và r a k t t a. 9. Cách tính toán k t qu phân tích. 10. ng d ng phương pháp phân tích kh i lư ng k t t a trong phân tích m t s ñ i tư ng nông nghi p. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………40
Bài t p 1. Cân 0,400g m u ch a SO42- r i hoà tan thành 200 ml dung d ch. L y 100ml dung d ch này và làm k t t a b ng Ba(NO3)2 l y dư trong môi trư ng axit HNO3. L c l y k t t a, r a s ch và s y khô ñư c 0,1165g. Hãy tính thành ph n % SO42- trong m u. (ðáp s : 24%). 2. Cân 0,500g m u ch a Cu2+, Pb2+ và t p ch t không tham gia ph n ng r i hoà tan thành 250ml dung d ch. L y 100ml dung d ch này cho tác d ng v i axit H2SO4 0,5M l y dư thì thu ñư c 0,151g k t t a. M t khác, khi l y 100ml dung d ch trên cho tác d ng v i H2S dư thì thu ñư c 0,1675g k t t a. Hãy tính thành ph n % Cu2+ và Pb2+ trong m u. (ðáp s : 16,0%Cu2+, 51,6Pb2+). 3. Cân 0,500g m u ch a CO32- và SO42- r i hoà tan thành 200ml dung d ch. L y100ml dung d ch này ñ làm k t t a v i Ba(NO3)2 l y dư trong môi trư ng ki m y u thì thu ñư c 0,414g k t t a. M t khác, khi làm k t t a dung d ch trên pH = 4 v i Ba(NO3)2 l y dư thì thu ñư c 0,233g k t t a. Hãy tính thành ph n % c a hai ion trên trong m u. (ðáp s : 38,6%CO32-, 38,4%SO42-). 4. ð lư ng k t t a MXn m t do ph n ng không hoàn toàn không l n hơn 0,1mg (sai s cân), thì TMXn là bao nhiêu, n u th tích khi ng ng làm k t t a là V lít? (ðáp s : TMXn = [10-4/(MMXn.V)]n+1.nn]). 5. Tính kho ng pH ñ k t t a hoàn toàn ion Fe3+ (khi [Fe3+]