PHÂN TÍCH T & CÂN BẰNG B

Chương VI PHÂN TÍCH T TRỌNG LƯỢNG & CÂN BẰNG B TẠO T O TỦAT (Gravimetric analysis & Precipitation Equilibria) Ts. Phạm Trần Nguyên Nguyên ptnnguyen@hcmus.edu.vn A. Đặc điểm chung của phân tích trọng lượng. 1. Bản chất của phân tích trọng lượng 2. Các phương pháp phân tích trọng lượng 3. Tính toán trong phân tích trọng lượng. Cân bằng kết tủa B. Kỹ thuật phântíchtrọng lượng 2

T.W. Richards 1868-1928 Chemistry 191 Research on fixing the atomic weights of chemical elements Gravimetry is among the most accurate analytical techniques (but it is tedious!). T. W. Richards used it to determine atomic weights! He received the Nobel Prize in 191 for his work 3 VI. A. Đặc điểm chung của phân tích trọng lượng Là một trong những pp quan trọng nhất của phân tích định lượng. Đóng vai trò lớn đối với sự thiết lập cácđịnh luật thành phần không đổi, định luật tuần hoàn Được ứng dụng để xác định thành phần hóahọc các loại đất đá, nham thạch, quặng, khoáng vật, kim loại, hợp kim, các silicat, các chất vôcơ và hưu co Liên quan mật thiết đến sựđánh giá và xác nhận độ chính xác của các nghiên cứu các phương pháp mới của phân tích phương pháp xác định trọng lượng có độ chính xác cao.

1. Bản chất của phântíchtrọng lượng Là một pp của phân tích hóa học định lượng dựa trên sự đo chính xác khối lượng của một chất tinhkhiết hay ở dạng hợp chất có trong mẫu cần phân tích. Mẫu (X?) Hòa tan dd X + M MX Lọc, rửa MX (t.k.) Khó X (t.k.) 5 2. Các phương pháp phân tích trọng lượng Phương pháp tách Cấu tử cần xácđịnh được táchradưới dạng tự do và được cân trên cân phân tích H 2 O 2 Nước cường thủy đp Hợp kim(au,cu) dd (Au 3+,Cu 2+ ) Au Phương pháp tủa Phương pháp cất Cu 6

2. Các phương pháp phân tích trọng lượng Phương pháp tách Phương pháp tủa Kết tủa định luợng cấu tử cần xácđịnh bằng các pp hóa học dưới dạng hợp chất ít tan có thành phần xácđịnh nghiêm ngặt. Kết tủa táchrađược rửa, sấy hay đem nung. 6 OH - t 0C dd Fe 3+ Phương pháp cất Fe(OH) 3 Fe 3 O 7 2. Các phương pháp phân tích trọng lượng Phương pháp tách Phương pháp tủa Phương pháp cất Cất định lượng cấu tử cần xácđịnh dưới dạng hợp chất bay hơi Phương pháp cất trực tiếp Cấutử bay hơicầnxácđịnh được hấpthụtrực tiếpbằng chất hấp thụđặcbiệt. Dựa vảo sự tăng khối lượng chất hấp thụ tính được lượng cấu tử cần xácđịnh + t 2+ CaCO3 + 2H CO 2 + Ca + H2O (CaO,NaOH) CO + 2NaOH Na CO + H O 2 2 3 2 8

Phương pháp cất giántiếp Sử dụng khi muốn xácđịnh độ ẩm, hay nước kết tinh trong các tinh thể. Sau khi cất hoàn toàn chất cần xácđịnh, hiệu số trước vàsaukhicất chính là lượng chất cần xác định. BaCl.2H O BaCl + 2H O t 2 2 2 2 Ưu vànhược điểm của pp phân tích trọng lượng Xác định được hàm lượng chất cần phântíchvới độ chính xác cao. Được dùng để xđịnh các kim loại, phi kim và thành phần của quặng, silicat, hợp chất hữu cơ Nhược điểm chủ yếu làthời gianthực hiện kéo dài hơn nhiều so với các pp chuẩn độ hay phân tích hóa lý. Tuy nhiên phân tích trọng lượng có thể đạt đến độ chính xác 0,01-0,005%, vượt xađộ chính xác của pp chuẩn độ 9 3. Tính toán trong phân tích trọng lượng Hàm lượng chất cầnxácđịnh thường được tính dưới dạng gam hay % a. Tính khối lượng của chất cần xác định (g) 2NaI + Pb(NO ) PbI + 2NaNO (aq) 3 2(aq) 2 3(aq) Cần bao nhiêu gam Pb(NO 3 ) 2 để chuyển 1g NaI thành PbI 2? m Pb(NO ) 3 2 Pb(NO ) NaI 3 2 3 2 1,0g = 1,1 NaI (g) = 1mol 1mol Pb(NO ) 331,2g 19,9g 2 mol NaI mol Pb(NO ) 3 2 g mol hệ số tỉ lượng gam 10

a. Khối lượng của chất cần xácđịnh (g), tính bằng gam: ga = aa 1 F a A1 = klg của dạng cân chất cần xđịnh F = mm nm A A1 F = thừa số phân tích trọng lượng 2M Phân tích hàm lượng Fe trong Fe dd phân tích theo khối lượng F = của Fe 2 O 3 đã được tách ra. M Fe2O3 Phân tích hàm lượng Fe 2 O 3 trong dd phân tích theo khối lượng của Feđã được tách ra. F = M Fe O 2M Trong công thức tính F, tử số là chất cần xđ, mẫu làdạng cân 2 3 Fe 11 ga aa 1 F F = mm nm = A Cl 2 trong mẫu chuyển thành Cl - dưới dạng tủa AgCl. Tính khối lượng của Cl 2 nếu có1g AgCltáchra MCl 2 71,0 F = = 2M 2*13, AgCl 70,90 gcl = a 2 AgClF = 1 = 0,27g 2*13, A1 12

ga = aa 1 F Tính klg của chất cần xácđịnh trong 1 gam tủa tạo thành Chất cần xácđịnh P K 2 HPO Bi 2 S 3 F = 3 3 Ag3PO Ag PO mm nm A A1 Dạng tủa Ag 3 PO Ag 3 PO BaSO g M 1 30,97 P = = = = a M 1 18,58 P F 0, 07399 P Ag PO g M K2HPO K2HPO 1 17,18 = F = = = 0, 1612 K2HPO aag Ag3PO M 1 18,58 3PO Ag3PO gbi 2S M 3 Bi2S 1 51,15 3 = FBi 2S = = = 0,7329 3 a BaSO M 3 233, 0 13 BaSO BaSO a. Tính toán kết quả khi khi phân tích bằng pp kết tủa Khối lượng của chất cần xácđịnh (g), tính bằng gam: Tính hàm lượng % của chất cần xácđịnh g g A % A = 100% sample Orthophohate (PO 3- ) được xácđịnh bằng trọng lượng của (NH ) 3 PO.12 MoO 3 (co M = 1876,5). Tính %P có trong mẫu và%p 2 O 5 nếu 1,1682g tủa được tách ra từ 0,2711 g mẫu 1

Orthophohate (PO 3- ) được xácđịnh bằng trọng lượng của (NH ) 3 PO.12 MoO 3 (co M = 1876,5). Tính %P có trong mẫu và%p 2 O 5 nếu 1,1682g tủa được tách ra từ 0,2711 g mẫu g P % P = 100% gsample g P = a.f 1,1682 (MP M (NH ) PO.12MoO ) = 0,2711 3 3 % P 100% 1,1682 (30,97 1876,5) % P = 100% = 7,111% 0,2711 1,1682 [11,95 (2 1876,5)] % P O = 100% = 16,30% 2 5 0,2711 15 Mn được phân tích từ quặng bằng cách chuyển Mn thành Mn 3 O. Tính % Mn 2 O 3 và % Mn có trong mẫu biết 1,52g mẫu quặng cho 0,126g Mn 3 O. % Mn O = 8,58% 2 3 % Mn = 5,97% 16

Khối lượng mẫu quặng pyrite (FeS 2 không tinh chất) cần lấy bao nhiêu để khối lượng của tủa BaSO thu được bằng ½ %S có trong mẫu. g quang = 6,869 17. Cân bằng kết tủa pp phân tích trọng lượng kết tủa chính xác kết tủa tan tối thiểu độ chính xác của pp < ± 0,1% kết tủa tạo thành 99,9% Kết tủa táchraphải cóđộ tan tối thiểu, phức tạo thành phải cóhằng số không bền nhỏ nhất, hằng số này biểu thị mức độ bền của phức Hạn chếđộtan của kết tủa? điều khiển thành phần của ddtạo kết tủa hiểu cácphản ứng cân bằng ảnh hưởng đến tủa Cân bằng trong dd nước bão hòa của chất điện lyíttan AgCl AgCl Ag + Cl K = (aq) [Ag ][Cl ] 18

. Cân bằng kết tủa Cân bằng trong dd nước bão hòa của chất điện ly ít tan Kt a An b Kt An K a akt b a b [Kt] [An] + ban = = const K : hằng số tan hay tích số tan [Kt], [An]: nồng độ cation, anion tạo thành [Kt] a [An] b > K : hợp chất it tan tách ra dưới dạng kết tủa [Kt] a [An] b < K : hợp chất it tan bị hòa tan s = độ tan của chất điện lyyếu = [Kt a An b ] K = = as bs = s a b a b a b a+ b a b [Kt] [An] ( ) ( ) a s = a+ bk / a b Kt An a b b 19. Cân bằng kết tủa Tính độ tan a s = a+ bk / a b Kt An a b độ tan đạt cực đại khi dd bão hòa không có các ion lạ Thêm ion lạ tạo hợp chất it tan Kt a An b : làm giảm độ tan Thêm chất điện ly không có ion chung với Kt a An b : làm tăng độ tan Tích số tan của AgClở 25 o C là 1,0x10-10. Tính [Ag + ], [Cl - ] trong dd bão hòa AgCl và độ tan của AgCl b AgCl Ag + Cl s = độ tan của AgCl s = [Ag + ] = [Cl - ] = [AgCl] s K = AgCl [Ag ][Cl ] = K = 5 1, 0 10 M 20

10 ml dd AgNO 3 0,20M được thêm vào 10 ml dd NaCl 0,10M. Tính [Cl - ] còn lại trong dd ở cb và độ tan của AgCl AgCl Ag + Cl K = [Ag ][Cl ] # mmol Ag + thêm vào dd = 0,20 x 10 = 2,0 mmol # mmol Cl - = 0,10 x 10 = 1,0 mmol # nồng độ Ag + dư = (2,0-1,0)/20 = 0,050 M - -10 0,050*[Cl ] = 1,0 10 - -9 [Cl ] = 2,0 10 M s AgCl = [Cl] = 9 2,0 10 M So sánh với độ tan của AgCl trong nước (1,0.10-5 ), độ tan của AgCl khi có mặt Ag + dư giảm đến 2,0.10-9 21 Tính độ tan của Ag 2 CrO trong nước, trong dd AgNO 3 0,1M và trong dd Na 2 CrO 0,1M. K = 2.10-12 a) Độ tan của Ag 2 CrO trong nước Ag CrO 2Ag + CrO + 2-2 s K 2 K = [Ag ][CrO ] + 2 3 Ag CrO = 12[Ag ] = [CrO ] = / 3 12 s Ag CrO 2.10 = / = 0, 79.10 M 2 + 2 2- b) Độ tan của Ag 2 CrO trong AgNO 3 K = [Ag ][CrO ] s + 2 2-2 10 Ag CrO 2 [CrO ] = K /[Ag ] = [CrO ] = 2.10 M 2- + 2 [Ag ] = 0,1M [CrO ] = 2.10 /(0,1) = 2.10 + 2-12 2 10 22

Tính độ tan của Ag 2 CrO trong nước, trong dd AgNO 3 0,1M và trong dd Na 2 CrO 0,1M. K = 2.10-12 c) Độ tan của Ag 2 CrO trong nước Na 2 CrO Ag CrO 2Ag + CrO + 2-2 K = [Ag ][CrO ] + 2 2- + 2- K [Ag ] = /[CrO ] [CrO ] = 0,1M [Ag ] = 2.10 /(0,1) = 20 10 2- + 12 6 + 6 s Ag CrO = 12[Ag ] = 2, 25.10 M 2 23 Tính độ tan của Ag 2 CrO trong nước, trong dd AgNO 3 0,1M và trong dd Na 2 CrO 0,1M. K = 2.10-12 a) Độ tan của Ag 2 CrO trong nước 3 12 s Ag CrO 2.10 = / = 0, 79.10 M 2 b) Độ tan của Ag 2 CrO trong AgNO 3 s 2 10 Ag CrO 2 = [CrO ] = 2.10 M c) Độ tan của Ag 2 CrO trong nước Na 2 CrO + 6 s Ag CrO = 12[Ag ] = 2, 25.10 M 2 sự hiện diện của ion Ag +, CrO 2- đều làmgiảm độ tan, nhưng ở mức độ không giống nhau Độ tan của cácchất ít tan trong nước lớn hơn trong dd có chất điện ly có ion chung với kết tủa 2

. Cân bằng kết tủa Ảnh hưởng của ion lên độ tan: K 0 & hệ số hoạt độ AgCl Ag + Cl + K = a a o K Ag = Cl f K Ag = o f f [Ag ] [Cl ] Ag Cl f + Cl Khi lực ion = 0: K = K 0 hoạt độ ion giảm K tăng độ tan tăng 25 Tính độ tan của AgCl trong dd NaCl 0,1M khi tính và không tính tới hệ số hoạt độ. K 0 = 1,7.10-10 AgCl Ag + Cl a) Khi tính đến hệ số hoạt độ + Trong dd NaCl 0,1 M có μ = 0,1 và f 1 = 0,76 K = [Ag ][Cl ] f 0 2 1 0 10 + = K 1, 7.10 9 M 2 1 2 [Cl ] f = 1 10.(0,76) = + 9 s AgCl = [Ag ] = 2,9.10M K = 10 K + 1, 7.10 9 S = AgCl [Ag ] = 1,7.10 1 [Ag ] 2,9.10 b) Không tính đến hệ số hoạt độ = = [Cl ] 10 [Ag ][Cl ] M 26

Tính độ tan của CaSO trong nước và trong dd NaCl 0,1M K 0 = 6,26.10-5 a) trong nước S CaSO 2+ 2 CaSO Ca + SO 2+ K = [Ca ][SO ] 2+ 2-5 3 = [Ca ] = [SO ] = 6, 25.10 = 7,9.10 M b) trong dd NaCl 0,1M (có μ = 0,1 và f 2 = 0,33) K = [Ca ][ SO ] f 0 2+ 2-2 2 S = [Ca ] = [SO ] = 1 f K S CaSO CaSO 2-2+ 2-0 2 = = 5 2 1 0,33 6, 25.10 2,.10 M Độ tan của CaSO tăng khi có NaCl Hiệu ứng muối 27 VI. B. Kỹ thuật phân tích trọng lượng 1. Lấy và hòa tan mẫu cân 2. Kỹ thuật kết tủa 3. Lọc vàrửa kết tủa. Chuẩn bị dạng cân 28