Bài giảng Hóa phân tích tham khảo - Bài 3: Phương pháp phân tích khối lượng

Nội dung text: Bài giảng Hóa phân tích tham khảo - Bài 3: Phương pháp phân tích khối lượng

1. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp phaân tích khoái löôïng laø duïng cuï ñôn giaûn, ñoä chính xaùc cao (neân thöôøng duøng laøm phöông phaùp troïng taøi). Sai soá heä thoáng cuûa phöông phaùp ñöôïc quyeát ñònh chuû yeáu do ñoä tan cuûa tuûa, sai soá cuûa caân (coù theå khoáng cheá deã daøng baèng caùch choïn daïng tuûa, tieán haønh taïo tuûa ôû ñieàu kieän thích hôïp vaø choïn caân phaân tích coù ñoä chính xaùc cao). Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp laø thao taùc phöùc taïp, maát nhieàu thôøi gian (nöûa ngaøy, thaäm chí caû ngaøy) ñeå thöïc hieän. III. CAÙC GIAI ÑOAÏN CUÛA PP PHAÂN TÍCH KHOÁI LÖÔÏNG TAÏO TUÛA Phöông phaùp duøng nhieàu nhaát laø chuyeån X thaønh hôïp chaát ít tan, bao goàm caùc giai ñoaïn : Taïo tuûa Loïc vaø röûa tuûa Chuyeån daïng tuûa sang daïng caân Caân Tröôùc khi thöïc hieän phaûi choïn maãu ñaïi dieän vaø tính toaùn sô boä löôïng maãu caàn caân ñeå thu ñöôïc löôïng tuûa ñem caân thích hôïp (phuï thuoäc vaøo daïng tuûa): - Tuûa tinh theå 0,200 − 0,500 g - Tuûa voâ ñònh hình 0,100 − 0,300 g 1. Taïo tuûa 1.1 Choïn thuoác thöû thích hôïp ñeå taïo tuûa C + X →→→ CX ↓↓↓ - Thuoác thöû coù tính choïn loïc cao (chæ taïo tuûa vôùi caáu töû caàn xaùc ñònh) - Tuûa CX ↓ phaûi coù tích soá tan ñuû beù (< 10 −7 − 10 −8) ñeå tuûa beàn, ít tan, tuûa taïo thaønh hoaøn toaøn, nhöng ñoàng thôøi CX ↓ phaûi coù tích soá tan ñuû lôùn ñeå tuûa thu ñöôïc laø tinh theå caøng to caøng coù lôïi cho quaù trình phaân tích (ít tan, ñoä tinh khieát cao, ít haáp phuï hay nhieãm baån, deã loïc vaø röûa tuûa) - Tuûa CX ↓ coù daïng hôïp chaát xaùc ñònh, coù theå chuyeån hoaøn toaøn sang daïng caân moät caùch deã daøng. - Ñeå phaûn öùng hoaøn toaøn, thuoác thöû thöôøng ñöôïc duøng thöøa töø 10 ñeán 50%. Löôïng thuoác thöû duøng thöøa phaûi ñöôïc loaïi boû deã daøng trong quaù trình loïc, röûa tuûa. Caàn löu yù caùc phaûn öùng phuï coù theå laøm tan tuûa khi duøng thöøa thuoác thöû, ví duï : 3+ − − − Al + 3OH → Al(OH) 3↓ + OH → AlO 2 (tan) + H 2O hoaëc HgI 2↓ + 2KI → K 2[HgI 4] (tan) 1.2 Tieán haønh taïo tuûa CX ↓↓↓ ôû ñieàu kieän thích hôïp Quaù trình taïo tuûa goàm hai giai ñoaïn : taïo maàm tinh theå vaø phaùt trieån maàm. Tinh theå caøng to caøng deã loïc röûa vaø giaûm nhieãm baån, do ñoù caàn haïn cheá soá haït maàm vaø taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho vieäc phaùt trieån maàm. Muoán ñöôïc vaäy, sau khi choïn thuoác thöû, tieán haønh taïo tuûa ôû caùc ñieàu kieän sau ñaây: - Tieán haønh keát tuûa töø dung dòch loaõng, noùng; theâm chaäm thuoác thöû vaøo dung dòch, khuaáy ñeàu ñeå laøm giaûm ñoä quaù baõo hoøa cuïc boä cuûa dung dòch. Dung dòch noùng 18
2. tuûa khaùc. Quaù trình haáp phuï beà maët coù tính choïn loïc (öu tieân haáp phuï caùc ion coù trong thaønh phaàn keát tuûa hoaëc nhöõng ion coù cuøng baùn kính ion vôùi keát tuûa). Coù theå laøm giaûm hieän töôïng haáp phuï beà maët baèng caùc bieän phaùp : - Taïo tuûa tinh theå to hay giaûm dieän tích beà maët cuûa keát tuûa. - Taïo tuûa ôû nhieät ñoä cao (vì haáp phuï laø quaù trình toûa nhieät). - Pha loaõng dung dòch maãu vaø thuoác thöû ñeå laøm giaûm noàng ñoä taïp chaát. - Röûa keát tuûa sau khi loïc baèng dung dòch röûa coù maët moät soá chaát ñieän li coù theå haáp phuï caïnh tranh vôùi caùc ion gaây nhieãm baån. Caùc chaát ñieän li coøn coù taùc duïng choáng hieän töôïng pepti hoùa (tuûa voâ ñònh hình trôû laïi traïng thaùi keo). Noäi coäng keát Noäi coäng keát laø hieän töôïng gaây nhieãm baån beân trong haït keát tuûa, do moät soá tuûa phuï tuûa theo cuøng vôùi tuûa chính. Hieän töôïng noäi coäng keát bao goàm 3 loaïi chính: coäng keát ñoàng hình, coäng keát do söï taïo tuûa phuï töø maàm tinh theå cuûa tuûa chính vaø coäng keát do söï taïo thaønh hôïp chaát hoùa hoïc. Coäng keát ñoàng hình Caùc vò trí cuûa ion laø thaønh phaàn cuûa keát tuûa ôû trong maïng löôùi tinh theå bò thay theá bôûi ion khaùc, thöôøng xaûy ra vôùi caùc ion coù ñieän tích vaø baùn kính gioáng nhau hoaëc 2+ 2+ gaàn gioáng nhau. Ví duï, khi taïo tuûa BaSO 4 coù maët Pb , moät soá ion Ba trong maïng löôùi 2+ tinh theå cuûa BaSO 4 bò thay theá bôûi moät soá ion Pb theo caân baèng : 2+ 2+ 2+ 2+ Ba (tt) + Pb (dd) Ba (dd) + Pb (tt) Chæ coù theå khaéc phuïc hieän töôïng coäng keát ñoàng hình baèng vieäc tieán haønh keát tuûa laïi. Coäng keát do söï taïo tuûa phuï töø maàm tinh theå cuûa tuûa chính Moät soá hôïp chaát khoâng tuûa trong ñieàu kieän rieâng leû, nhöng laïi tuûa khi cuøng hieän 2- dieän vôùi vôùi moät chaát khaùc. Ví duï : Fe 2(SO 4)3 tan, nhöng theâm thuoác thöû SO 4 vaøo dung dòch Ba 2+ coù laãn Fe 3+ , ta coù hai phaûn öùng taïo tuûa: 2+ 2- Ba + SO 4 BaSO 4↓ 3+ 2- 2Fe + 3SO 4 Fe 2(SO 4)3↓ Giaûm hieän töôïng naøy baèng caùch chuyeån ion aûnh höôûng sang daïng khaùc, ví duï Fe 3+ → Fe 2+ (coäng keát) (khoâng coäng keát) Coäng keát do taïo thaønh hôïp chaát hoùa hoïc 2+ 2 Khi thöïc hieän phaûn öùng taïo tuûa Ba baèng SO 4 trong dung dòch coù Fe 2(SO 4)3 , ngoaøi phaûn öùng taïo tuûa: 2+ 2- Ba + SO 4 BaSO 4↓ 3+ 2- - 2+ Fe coù theå taïo phöùc vôùi SO 4 thaønh [Fe(SO 4)2] . Ion phöùc naøy taùc duïng vôùi Ba taïo thaønh hôïp chaát beàn: 2+ - Ba + 2 [Fe(SO 4)2] Ba[Fe(SO 4)2] 2 ↓ Coäng keát do söï haáp löu Coäng keát do söï haáp löu laø hieän töôïng baån bò giöõ trong tuûa trong quaù trình lôùn leân cuûa tinh theå keát tuûa. Taïp chaát bò coäng keát vaøo keát tuûa phaân boá khoâng ñeàu maø taäp trung chuû yeáu ôû nhöõng choã khuyeát taät cuûa tinh theå keát tuûa. Bieän phaùp giaûm hieän töôïng haáp löu laø taïo tuûa töø dung dòch loaõng, theâm chaäm thuoác thöû , khuaáy ñeàu hoaëc keát tuûa töø moâi tröôøng ñoàng theå. 20
3. 4. Caân Caân duøng ñeå xaùc ñònh khoái löôïng daïng caân thu ñöôïc. Vaät chöùa tuûa ñöôïc saáy hay nung tröôùc ôû cuøng nhieät ñoä seõ saáy vaø nung tuûa, ñeå nguoäi trong bình huùt aåm vaø caân (m o). Vaät chöùa tuûa cuøng tuûa ñöôïc saáy (nung), ñeå nguoäi vaø caân (m 1) m1 = m o + m ↓ ⇒ m ↓ = m 1 − m o Caùc pheùp caân ñöôïc thöïc hieän treân caân phaân tích (chính xaùc 0,001g hay hôn nöõa). 5. Tính keát quaû – heä soá chuyeån F 5.1 Maãu raén Neáu daïng caân cuõng laø daïng caàn tính haøm löôïng Caân a(g) maãu, baèng phöông phaùp phaân tích khoái löôïng thu ñöôïc m(g) caáu töû döôùi daïng ñôn chaát hoaëc hôïp chaát: 100 X% = m ↓ × a a g : khoái löôïng maãu ñem phaân tích Ví duï: töø 0,3200 g maãu ñaát, baèng phöông phaùp phaân tích khoái löôïng thu ñöôïc 0,1200 g SiO 2: 100 %SiO = ,0 1200 × = 37,50% 2 ,0 3200 Neáu daïng caân khaùc daïng caàn tính haøm löôïng Söû duïng heä soá chuyeån F ñeå chuyeån töø khoái löôïng daïng caân sang khoái löôïng daïng caàn tính : M F = daïng tính (heä soá thích hôïp) M daïng caân Ví duï 1 : Ñònh haøm löôïng Si trong maãu, vôùi daïng caân laø SiO 2 = 0,1200 g ta coù : M 28,08 m = m xF = m × Si = ,0 1200 × = 0,0561 g Si SiO2 SiO2 M SiO2 60,08 28,08 100 Hay %Si = ,0 1200× × = 17,53% 60,08 ,0 3200 Ví duï 2 : Daïng caân Mg 2P2O7, daïng tính Mg, MgO, MgCO 3 : 2M Mg 2M MgO 2M MgCO3 FMg = ; F MgO = ; F MgCO3 = M Mg2P2O7 M Mg2P2O7 M Mg2P2O7 Ví duï 3 : Daïng caân laø Fe 2O3, daïng tính laø Fe, Fe 3O4 : 2M 2M F = Fe ; F = Fe3O4 Fe Fe3O4 M M Fe2O3 3 Fe2O3 Ghi chuù: neáu caân a(g) maãu, hoøa tan thaønh V(ml) dung dòch. Töø V X(ml) dung dòch maãu baèng phöông phaùp phaân tích khoái löôïng thu ñöôïc m(g) caáu töû döôùi daïng ñôn chaát hoaëc hôïp chaát: V 100 %X = m ↓ ×F × × VX a 22
4. Ví duï : ñònh löôïng Na 2SO 4 hay Al 2(SO 4)3 trong maãu, duøng thuoác thöû BaCl 2 taïo tuûa BaSO 4 → daïng caân BaSO 4 M Na2SO4 m Na2SO4 = m BaSO4 × M BaSO4 M Al2(SO4)3 hoaëc m Al2(SO4)3 = m BaSO4 × 3M BaSO4 2+ 2+ Cuõng coù theå ñònh löôïng Ba baèng caùch cho dung dòch Ba taùc duïng vôùi H 2SO 4 ñeå taïo tuûa BaSO 4 BAØI TAÄP 1. Phaân tích 2 maãu quaëng chì : Maãu 1 : %ñoä aåm = 1,56 ; % Pb = 24,02 . Maãu 2 : % ñoä aåm = 0,58 % ; % Pb = 24,26. Tính haøm löôïng Pb cuûa moãi maãu ôû daïng khoâ vaø nhaän xeùt. 2. Keát quaû phaân tích ñoä aåm moät maãu phaân photphat baèng phöông phaùp phaân tích khoái löôïng cho caùc soá lieäu nhö sau: - Cheùn söù m0 = 9,4358 g - Cheùn söù coù maãu (chöa saáy) m1 = 11,4585 g - Cheùn söù coù maãu (ñaõ saáy) m2 = 11,3762 g a) Tính ñoä aåm cuûa maãu phaân boùn noùi treân? b) Tính thaønh phaàn % cuûa P 2O5 vaø Ca(H 2PO 4)2. H 2O trong maãu phaân boùn chöa laøm khoâ, bieát keát quaû phaân tích haøm löôïng P 2O5 trong maãu ñaõ saáy khoâ laø 16,5 %. 3. Moät maãu quaëng oxyt saét naëng 0,5000 g ñöôïc laøm keát tuûa döôùi daïng Fe(OH )3 vaø nung thaønh oxyt saét ba caân naëng 0,4980 g. Tính haøm löôïng saét döôùi daïng % Fe vaø %Fe 3O4? 4. Ñònh löôïng phospho trong maãu phaân boùn, 1,000 g maãu ñöôïc taïo tuûa döôùi daïng 0 MgNH 4PO 4 . Nung tuûa ôû 600 C ñöôïc daïng caân Mg 2P2O7 coù khoái löôïng 0,2350 g. Tính % P vaø % P 2O5 trong maãu phaân boùn? 5. Moät maãu ñaù voâi caân naëng 1,2300 g ñöôïc hoøa tan trong acid. Loïc boû tuûa, dung dòch qua loïc cho taùc duïng vôùi NH 4OH. Khoái löôïng caùc oxyt kim loaïi hoùa trò 3 thu ñöôïc laø 0,0584 g. Nhoâm ñöôïc coâ laäp rieâng vaø daïng caân thu ñöôïc laø Al 2O3 naëng 0,0232 g. Tính %Fe vaø %Al trong maãu? 6. 0,8325 g moät hôïp kim Cu + Sn + Zn. Phaân tích baèng PPPTKL, thu ñöôïc 0,6728 g CuSCN vaø 0,0423g SnO 2 . Xaùc ñònh haøm löôïng caùc thaønh phaàn trong hôïp kim. 7. Ñeå tính haøm löôïng nöôùc keát tinh trong BaCl 2. xH 2O, ngöôøi ta duøng PPPTKL vaø ñöôïc caùc keát quaû thöïc nghieäm nhö sau: * Ñóa caân m1 = 1,6720 g * Ñóa caân coù maãu m2 = 2,3762 g * Cheùn söù m3 = 9,2738 g * Cheùn söù + ↓ BaSO 4 m4 = 9,9464 g 24