Trưng ði hc Nông nghip Hà Ni – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………
26
Chương II
PHÂN TÍCH KHCI LƯ@NG
1. CÁC KHÁI NI/M CƠ B0N TRONG PHÂN TÍCH KHCI LƯ@NG
ðây là phương pháp có lch s% lâu ñi nht trong các phương pháp phân tích ñnh
lưng. Phương pháp này d"a trên khi lưng cân chính xác ca sn ph*m sch, có công
thc hoá hc xác ñnh cha nguyên t, ion, ho)c thành phn … cn phân tích ñã ñưc
tách ra sau khi chuyn hoá chúng bng các phn ng thích hp, ñ t. ñó tính ra lưng
cht cn phân tích có trong m'u.
Ví d!: khi phân tích ion Fe
3+
trong dung dch, làm kt ta nó dư&i dng Fe(OH)
3
bng dung dch NH
4
OH. Lc ly kt ta và r%a sch. Nung kt ta nhit ñ 1000
o
C ñn
khi lưng không ñ-i, nhm chuyn kt ta thành Fe
2
O
3
. ð ngui m'u nung ñn nhit
ñ phòng, r i cân khi lưng ca nó bng cân phân tích. T. khi lưng cân tính ra khi
lưng ion Fe
3+
.
D"a trên cách tin hành khác nhau, có th chia các phương pháp phân tích khi
lưng thành 4 nhóm phương pháp chính sau:
+ Phương pháp tách
+ Phương pháp chưng ct ho)c ñt cháy
+ Phương pháp nhit phân
+ Phương pháp kt ta
1.1. Phương pháp tách
Trong phương pháp này, thành phn cn xác ñnh ñưc tách ra trng thái t" do,
r%a sch, làm khô và cân bng cân phân tích.
Ví d!: ñ xác ñnh Au trong các hp kim Au – Cu, hoà tan mt lưng hp kim
trong nư&c cưng thu( (HNO
3
ñ)c + HCl ñ)c). Dung dch thu ñưc cho tác d!ng v&i
hidropeoxit, ion Au
3+
s3 b kh% ñn trng thái Au t" do và tách ra khi dung dch, còn ion
Cu
2+
không phn ng:
2Au
3+
+ 3H
2
O
2
= = 2Au ↓ + 6H
+
+ 3O
2
Sau khi r%a sch, làm khô, lưng Au ñưc cân bng cân phân tích và t. lưng cân suy ra
hàm lưng Au có trong hp kim.
Phương pháp tách thưng ñưc dùng trong các ngành sn xut công nghip, trong
phân tích ñi tưng nông nghip nó ít ñưc dùng.
1.2. Phương pháp chưng ct ho!c ñt cháy
Trong phương pháp này, thành phn cn xác ñnh ñưc tách ra th khí bng
nhng phn ng hoá hc thích hp (phn ng phân hu(, phn ng ñt cháy…), sau ñó
các cht khí thoát ra ñưc ct và ñưc hp ph! vào bình hp ph!. T. s" tăng khi lưng
ca bình hp ph! suy ra hàm lưng cht cn phân tích.
Ví d! 1: Xác ñnh CO
2
trong ñá vôi. D"a vào phn ng phân hu( CaCO
3
bng
axit:
CaCO
3
+ 2H
+
= Ca
2+
+ H
2
O + CO
2
↑
Khí CO
2
thoát ra ñưc d'n vào bình hp ph! cha h=n hp NaOH + Ca(OH)
2
. 6 ñây, xy
ra phn ng:
2NaOH + CO
2
= Na
2
CO
3
+ H
2
O
Trưng ði hc Nông nghip Hà Ni – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………
27
Na
2
CO
3
+ Ca(OH)
2
= 2NaOH + CaCO
3
↓
do ñó, khi lưng bình hp ph! tăng lên và t. s" tăng khi lưng này suy ra lưng CO
2
cũng như CaCO
3
trong m'u.
Ví d! 2: Xác ñnh hàm lưng C và H trong cht hu cơ. D"a vào phn ng cháy
ca cht hu cơ trong oxi v&i s" có m)t ca cht xúc tác AgMnO
4
ho)c h=n hp oxit
coban (II) và (III)… nhit ñ 550
0
C ñ chuyn C thành CO
2
và H thành H
2
O. D'n các
khí CO
2
và H
2
O ln lưt qua bình hp ph! cha cht hp ph! H
2
O như P
2
O
5
, Mg(ClO
4
)
2
khan…
r i qua bình hp ph! cha cht hp ph! CO
2
như KOH, ho)c h=n hp NaOH v&i
Ca(OH)
2
phân tán trên si amiăng (azbest) và t. s" tăng khi lưng các bình hp 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 cht hu cơ.
Trong phân tích các hp cht hu cơ, ngoài phân tích C và H, ñôi khi còn phi
phân tích N. Nitơ trong các hp cht hu cơ khi b ñt cháy cho các sn ph*m nitơ phân
t% và các oxit ca nó, các oxit này ñưc kh% thành nitơ phân t% bng bt ñ ng nhit ñ
550
0
C. ðo th tích khí nitơ và t. ñó tính toán hàm lưng cha nitơ trong m'u.
Ngày nay, ñã sn xut ra máy phân tích t" ñng C, H, N trong các hp cht hu
cơ. Thi gian phân tích cho mt m'u mt khong 15 phút. Cht hu cơ ñưc ñt bng oxi
sch trong bu khí quyn heli v&i s" có m)t ca cht xúc tác.
1.3. Phương pháp nhit phân
Trong phương pháp này, hàm lưng cht cn xác ñnh ñưc suy ra t. s" gim
khi lưng cân ca m'u phân tích sau khi sy ho)c nung m'u.
Phương pháp nhit phân thưng ñưc dùng ñ xác ñnh ñ *m, thành phn nư&c
kt tinh hay các hp cht d b phân hu( khi nung nhit ñ cao.
Ví d! 1: Xác ñnh nư&c kt tinh ca mui bari clorua. Cân trư&c mt m'u mui,
r i mang sy nhit ñ 105
0
C ñn khi lưng không ñ-i, ñ ngui và cân phn sn ph*m
thu ñưc:
t
o
BaCl
2
.xH
2
O = BaCl
2
+ xH
2
O ↑
Trư&c khi nung Sau khi nung
D"a vào s" chênh lch v lưng cân trư&c và sau khi nung suy ra hàm lưng nư&c
kt tinh trong m'u.
Ví d! 2: Xác ñnh hàm lưng NaHCO
3
trong h=n hp v&i Na
2
CO
3
bng cách nung
m'u. Khi nung, NaHCO
3
b phân hu(:
t
o
2NaHCO
3
= Na
2
CO
3
+ H
2
O ↑ + CO
2
↑
Như vy, bng s" chênh lch khi lưng cân trư&c và sau khi nung s3 tính ñưc lưng
NaHCO
3
trong m'u.
1.4. Phương pháp kt ta (Phương pháp phân tích khi lưng kt ta)
Trong phương pháp này, thành phn cn xác ñnh ñưc kt ta dư&i dng hp
cht khó tan. Kt ta ñưc lc, r%a sch, sy ho)c nung ñ chuyn sang dng có công
thc hoá hc xác ñnh và ñem cân. D"a vào lưng cân tính ra hàm lưng thành phn cn
xác ñnh.
Ví d!: xác ñnh ion Al
3+
trong m'u. Kt ta ion Al
3+
dư&i dng Al(OH)
3
bng
NH
4
OH:
Al
3+
+ 3NH
4
OH = Al(OH)
3
↓ + 3NH
4+
Trưng ði hc Nông nghip Hà Ni – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………
28
Sau khi lc, r%a sch, kt ta ñưc nung nhit ñ 1000
o
C ñ chuyn sang dng Al
2
O
3
:
1000
o
C
2Al(OH)
3
= Al
2
O
3
+ 3H
2
O ↑
có thành phn hoá hc xác ñnh và cân. T. lưng cân Al
2
O
3
tính ra hàm lưng ion Al
3+
trong m'u.
Trong 4 phương pháp k trên, phương pháp kt ta thưng ñưc dùng nhiu ñ
ñnh lưng các cht nht là các hp cht vô cơ, vì quá trình chuyn thành phn cn xác
ñnh vào mt hp cht khó tan d dàng hơn nhiu so v&i quá trình tách nó dư&i dng t"
do, thêm na, cũng vì các phn ng to kt ta có th s% d!ng trong phân tích có nhiu
hơn nhiu so v&i các loi phn ng khác. Ngoài ra, phương pháp kt ta còn là mt trong
nhng phương pháp tách cht cn phân tích hay cht gây nhiu rt hiu qu.
Phương pháp kt ta thưng ñưc s% d!ng trong phân tích nông nghip, do vy,
dư&i ñây s3 tp trung trình bày v phương pháp này.
2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHCI LƯ@NG KBT T1A
Tin trình ca phương pháp kt ta bao g m ln lưt các công ñon sau:
Cân mu
→
Dung dch
→
K%t ta
→
Lc, ra
→
Sy ho#c nung
→
Cân
→
Tính toán.
Tt c các công ñon ñu có nh hưng tr"c tip ñn ñ chính xác ca kt qu
phân tích. Song, công ñon làm kt ta có nh hưng l&n nht ñn kt qu cũng như ñn
tc ñ phân tích, vì ñ chính xác ca phép phân tích ph! thuc rt nhiu vào vic chn
cht kt ta, vào lưng kt ta, vào ñiu kin th"c hin kt ta… S% d!ng phương pháp
kt ta phù hp s3 tránh ñưc ho)c làm gim các nh hưng xu như: s" tan ca kt ta,
s" b*n kt ta…, cũng như giúp cho quá trình lc r%a d dàng và vic chuyn dng kt
ta sang dng cân ñưc thun li.
2.1. Yêu cu ca dng kt ta
Dng kt ta là hp cht ít tan thu ñưc khi cho thuc th% thích hp tác d!ng v&i
thành phn cn xác ñnh trong dung dch.
Ví d!: ñ ñnh lưng ion SO
42-
, có th dùng thuc th% Ba(NO
3
)
2,
và
phn ng xy
ra như sau:
Ba
2+
+ SO
42-
= BaSO
4
↓
Sn ph*m kt ta BaSO
4
thu ñưc, ñưc gi là dng kt ta.
Trong hoá hc, mt nguyên t ho)c ion… có th ñưc chuyn vào nhiu dng kt
ta khác nhau. Ví d!: ion SO
42-
ñưc chuyn vào các dng kt ta BaSO
4
, PbSO
4
, ho)c
SrSO
4
…; ion Fe
3+
có th chuyn sang các dng kt ta Fe(OH)
3
, FePO
4
, Fe(cuferon)
3
,
FeS… Nhưng, ch$ có dng kt ta ñáp ng các yêu cu dư&i ñây m&i ñưc dùng trong
phân tích kt ta:
a. Dng kt ta phi ít tan
Khi phn ng to kt ta M
a
X
b
t. các ion M
m+
và X
n-
ñã hoàn thành, kt ta và
các ion to ra nó nm trong trng thái cân bng theo II- a:
M
a
X
b
↓ aM
m+
+ bX
n-
(II- a)
Do có trng thái cân bng mà trong dung dch v'n t n ti mt lưng cht cn theo dõi
dng hoà tan gây ra mt kt ta, hin tưng này ñưc gi là s không hoàn toàn ca phn
ng. Lưng kt ta b mt do cht cn phân tích không ñi vào kt ta ñưc tính theo biu
thc II- 1:
w = M.C.V (II- 1)
Trưng ði hc Nông nghip Hà Ni – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………
29
Trong ñó: w - khi lưng kt ta b mt (g), M - khi lưng ca mt mol phân t% cht kt
ta (phân t% gam) (g/mol), C – n ng ñ mol/lít ca ion cn phân tích còn li trong dung
dch (mol/l), V - th tích dung dch khi ng.ng làm kt ta (l).
ðây chính là ngu n gây sai s phân tích.
N ng ñ ca ion cn phân tích (ví d! ion M
m+
) còn li trong dung dch, sau khi
phn ng to kt ta M
a
X
b
ñã xy ra ñưc tính như sau:
Nu trong 1 lít dung dch có s mol phân t% kt ta M
a
X
b
tan ra theo II- a (s còn
ñưc gi là ñ tan ca kt ta), thì s3 có as mol ion M
m+
và bs mol ion X
n-
hình thành:
M
a
X
b
↓ aM
m+
+ bX
n-
s as bs
Như vy, C
Mm+
=
as.
T. ñó cho thy, s" không hoàn toàn ca phn ng to kt ta ph! thuc vào s"
tan ca kt ta tc ph! thuc vào ñ tan ca kt ta.
Có rt nhiu yu t nh hưng ñn ñ tan ca kt ta, ñây, ch$ trình bày mt s
yu t chính, ñ t. ñó tìm cách làm kt ta thích hp.
*nh hưng ca tích s tan ñn ñ tan ca kt ta
T. cân bng II- a, tích s tan ca kt ta M
a
X
b
là:
T
MaXb
= [ M
m+
]
a
[ X
n-
]
b
(II-
2)
và như trên ñã trình bày, s3 có [ M
m+
]
a
= as và [ X
n-
]
b
= bs. Do ñó, T
MaXb
ñưc vit là:
T
MaXb
= (as)
a
. (bs)
b
= a
a
.b
b
s
a+b
(II-
3)
Trong ñiu kin v.a xét, tr s ca s cũng có th coi là trùng v&i ñ tan ca kt ta M
a
X
b
,
do ñó ñ tan s s3 là:
s = (T
MaXb
/a
a
.b
b
)
1/(a+b)
(II-
4)
Như vy, ñ tan t l thun v i tích s tan ca k%t ta, do ñó, mun phn ng
phân tích là càng hoàn toàn thì phi chn loi phn ng cho k%t ta có tích s tan càng
bé càng tt. Trong trưng hp phân tích w gam ion M
m+
có khi lưng mt mol ion kí
hiu là M
Mm+
, v&i sai s % (e %) cho trư&c và th tích khi d.ng kt ta là V lít, thì T
MaXb
phi ñt giá tr:
T
MaXb
≤ (10
-2
.e.w/V.M
Mm+
)
a+b
.a
a
.b
b
(II-
5)
Thông thưng, trong phân tích khi lưng kt ta, khi lưng cht phân tích
khong 0,1g, th tích dung dch là 0,1lít, khi lưng mt mol ion cht cn phân tích là
khong 100g, sai s phân tích là 0,1%, thì v&i m = n = 1, tích s tan ca kt ta MX cn
ñt là: T
MX
≤ 10
-10
, hay s ≤ 10
-5
M, khi lưng thuc th% là v.a ñ.
* nh hưng ca ion chung ñn ñ tan ca kt ta
Ion chung là ion có trong thành phn kt ta, như vy, vic b- sung ion chung vào
dung dch bão hoà ca kt ta s3 làm cho phn ng II- a chuyn dch v phía to kt ta
và làm gim ñ tan ca kt ta (nguyên lí Le Chatelire)
Ví d!: tính ñ tan ca PbSO
4
trong nư&c và trong dung dch Na
2
SO
4
10
-2
M, cho
T
PbSO4
= 1,6 . 10
-8
- Trong nư c:
Kt ta PbSO
4
phân li:
PbSO
4
↓ Pb
2+
+ SO
42-
Trưng ði hc Nông nghip Hà Ni – Giáo trình Hoá Phân tích…………………………………………
30
Vy, ñ tan ca nó theo biu thc II- 3 là:
T
PbSO4
= s.s = s
2
→ s = (1,6.10
-8
)
1/2
≐ 1,3.10
-4
M.
- Trong dung dch Na
2
SO
4
10
-2
M:
Có:
[ Pb
2+
] = s, [ SO
42-
] = s + 10
-2
, nên T
PbSO4
= s(s + 10
-2
). Gi thit s ≪10
-2
thì T
PbSO4
= 10
-
2
.s, suy ra: s = 1,6.10
-6
M ≪ 10
-2
M.
Như vy, ñ tan ca PbSO
4
trong dung dch Na
2
SO
4
10
-2
M nh hơn ñ tan ca
PbSO
4
trong nư&c khong 100 ln.
Qua ví d! trên cho thy: mun cho kt ta xy ra hoàn toàn và nht là ñi v&i các
kt ta có tích s tan l&n thì cn dùng dư thuc th%, tuy nhiên, s" dư cn v.a ñ, nu
không s3 d'n ñn:
- Tn kém,
- Tăng s" hp ph! thuc th% ca kt ta gây khó khăn cho vic r%a kt ta,
- To phc cht tan trong ñiu kin thuc th% dư, gây s" tan kt ta, làm mt m'u.
Ví d!: khi làm kt ta ion Al
3+
dư&i dng Al(OH)
3
(T
Al(OH)3
= 1.10
-32
),
như vy,
theo biu
thc II- 5 kt ta s3 hoàn toàn v&i n ng ñ ca [OH
-
] = 10
-9
M, tc pH = 5. Nu làm kt
ta pH≥ 6 s3 làm cho mt phn kt ta Al(OH)
3
tan ra dư&i dng phc cht tan
[Al(OH)
4
]
-
, gây ra sai s phân tích.
* nh hưng ca phn ng ph
Thưng hay g)p ñó là các phn ng thu( phân và phn ng to phc cht.
+ nh hưng ca phn ng thu phân:
Trong môi trưng nư&c các cation M
m+
cũng như các anion X
n-
có th b thu(
phân mà s" thu( phân li ph! thuc vào pH môi trưng. Khi pH tăng lên các cation b
thu( phân mnh hơn và ngưc li khi pH gim ñi thì các anion b thu( phân mnh hơn.
S" thu( phân s3 làm cho n ng ñ t" do ca các ion to kt ta gim ñi d'n ñn kt ta s3
tan ra, hay ñ tan ca kt ta tăng. Ví d!: Khi làm kt ta ion Ca
2+
dư&i dng kt ta
CaC
2
O
4
:
Ca
2+
+ C
2
O
42-
= CaC
2
O
4
↓
nu tin hành phn ng ti pH ≤ 5, s3 d'n ñn các phn ng:
C
2
O
42-
+ H
+
= HC
2
O
4-
HC
2
O
4-
+ H
+
= H
2
C
2
O
4
làm gim n ng ñ ion C
2
O
42-
, d'n ñn kt ta CaC
2
O
4
s3 tan ra.
+ nh hưng ca phn ng to phc:
Trong s" có m)t ca cht to phc, cation M
m+
còn có th to phc cht tan v&i
các phi t% L
n-
:
M
m+
+ xL
n-
= [ML
x
]
m-xn
làm cho n ng ñ t" do ca các ion to kt ta gim ñi d'n ñn kt ta s3 tan ra, hay ñ
tan ca kt ta tăng lên. Ví d!: khi làm kt ta ion Fe
3+
dư&i dng kt ta Fe(OH)
3
ti pH
= 4 – 5, trong môi trưng có ñ ion CN
-
, kt ta s3 không hình thành, vì ion Fe
3+
to phc
cht tan [Fe(CN)
6
]
3-
làm cho n ng ñ t" do ca ion Fe
3+
quá bé không ñ ñ kt ta
Fe(OH)
3
.
Các phương trình phn ng trên cho thy s" thu( phân, s" to phc cht ñu d'n
ñn s" gim n ng ñ các ion to kt ta ([M
m+
], [X
n-
]), do ñó làm tăng s" hoà tan ca kt
ta theo phương trình II- a (nguyên lí Le Chatelier).