Giáo trình thực hành Hóa cơ sơ - Bài 6: Các nguyên tố kim loại phân nhóm I A, II A, III A

n dọc, có kết cấu bền, chặt, mịn. Có thể có màu xanh, vàng, lục, tím hay xám tùy thuộc hàm lư ợng P2O5 và các tạp chất trong quặng. Tỷ trọng d = 3,18 – 3,21g/cm3. tonc = 1400 – 1570oC. Thành phần % khối lư ợng Ca5F(PO4)3 32 -38 CaCO3 28 – 46 MgCO3 3 – 6 Fe2O3, Al2O3 8 – 12 Tạp chất trơ khác 11 – 16 Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 48 Quy trình điều chế: Phân hủy quặng lân bằng acid sulfuric 68% ở 60oC. Tinh chế và làm đậm đặc sản phẩm. Xác định nồng độ acid tạo thành. Phản ư ùng chính phân hủy bột quặng lân thành acid phosphoric: 2Ca5F(PO4)3 + 10H2SO4đ,dư = 6H3PO4 + 10CaSO4 + 2HF Các phản ư ùng làm phụ gây thất thoát acid sulfuric: CaCO3 + H2SO4đ = CaSO4 + CO2 + H2O 3MgCO3 + 3H2SO4đ = 3MgSO4 + 3CO2 + 3H2O Fe2O3 + 3H2SO4đ = Fe2(SO4)3 + 3H2O Al2O3 + 3H2SO4đ = Al2(SO4)3 + 3H2O 3MgSO4 + 2H3PO4đ = Mg3(PO4)2 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 2H3PO4đ = 2FePO4 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 2H3PO4đ = 2AlPO4 + 3H2SO4 II. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ. - 1 becher sắt hình trụ 100mm x 150mm x 1mm có tay cầm. - 1 becher 500ml. - 1 phễu lọc D100mm. - 1 burette 25ml. - 1 erlen 250ml. - 2 ống nghiệm trung. - 1 ống nhỏ giọt. - 1 bình định mư ùc 100ml. - 1 pipette bầu 10ml. - 1 pipette thẳng 10ml. - 1 becher 100ml. - 1 đũa thủy tinh. - 1 quả bóp cao su. - 1 chậu đư ïng nư ớc. - 1 bình tia nư ớc. - 1 nồi đư ïng nư ớc cách thủy. - 1 bếp điện. - 1 ống đong 100ml. - 1 bình cầu. - 1 bộ nút cao su có gắn ống dẫn khí. III. HÓA CHẤT. - Quặng flor apatit Long Thành (Ca5F(PO4)3). - H2SO4 68%. - HgCl2 0,1N. - NaOH 0,1N. - Thuốc thư û phenolphtalein. - Tinh thể Na2S. - HCl 4N. - Dung dịch Na2S bão hòa. IV. THỰC HÀNH. Thí nghiệm 1: Điều chế acid Phosphoric từ quặng Flor apatit. Đổ quặng flo apatit lên tờ giấy. Chọn quặng dạng bột mịn cho vào cối sư ù và dùng chày nghiền nhỏ thành bột mịn. Thư ïc hiện trong tủ hút. Lấy becher 100ml, pha acid sulfuric 68% bằng cách đong 23ml H2SO4 đậm đặc 98,2% vào 10ml nư ớc cất. Ổn định nhiệt độ acid tư ø 50 – 60oC. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 49 Cân 50g quặng lân đã nghiền mịn ở trên cho vào trong becher sắt có tay cầm. Đem toàn bộ vào trong tủ hút. Cho vào đó33ml acid sulfuric 68%. Vư øa khuấy mạnh vư øa dùng nhiệt kế kiểm tra để duy trì nhiệt độ của hỗn hợp bùn phản ư ùng ở60oC. Khi hỗn hợp bùn sệt lại thì ngư ng khuấy. Để yên khoảng 5 – 7 phút (không để lâu hơn). Sau đó ngâm toàn bộ vào chậu nư ớc. Dùng pipette hút dung dịch lỏng phía trên ra ống đong 100ml. Đọc và ghi lại thể tích acid phosphoric điều chế đư ợc. Thí nghiệm 2: Kiểm tra và xử lý chất lượng sản phẩm acid Phosphoric tạo thành. Lấy 2 ống nghiệm, dùng pipette thẳng 10ml cho vào mỗi ống nghiệm 0,5ml dung dịch acid phosphoric vư øa điều chế. Ống 1: nhỏ thêm 5 - 10 giọt HgCl2 0,1N. Nếu dung dịch có xuất hiện kết tủa màu đen thì phải tiến hành tinh chế sản phẩm để loại bỏ acid phosphoro. Ống 2: thêm vào 1 - 2 giọt dung dịch Na2S bão hòa. Nếu dung dịch có kết tủa đen thì tiến hành tinh chế sản phẩm để loại bỏ As+3, As+5 và Pb+2. Nếu cả 2 ống đều không màu thì tiến hành thí nghiệm 3 không cần tinh chế sản phẩm. Phương pháp tinh chế sản phẩm để loại bỏ acid Phosphoro: Tiến hành trong tủ hút. Thêm vào becher 500ml chư ùa dung dịch acid phosphoric vư øa điều chế trong thí nghiệm 1 một giọt H2SO4 đậm đặc 98,2%. Sau đó vư øa đun sôi vư øa khuấy mạnh dung dịch. Để nguội bớt. Lấy 0,5ml mẫu sản phẩm vào ống nghiệm và thư û lại như ống nghiệm 1 với 5 – 10 giọt dung dịch HgCl2 0,1N. Tiếp tục thêm 1 hay nhiều giọt acid H2SO4 đậm đặc cho đến khi không còn tạo kết tủa với dung dịch HgCl2 nư õa. Khi đó đã loại hết acid phosphoro khỏi thành phẩm. Phương pháp tinh chế sản phẩm để loại bỏ acid phosphoro: Cho vào bình cầu 20 – 25g Na2S, rồi thêm vào đó tư ø tư ø tư øng giọt HCl 4N. Lắp ống dẫn khí để thu khí H2S. Sục khí H2S vào dung dịch acid phosphoric vư øa điều chế trong vòng 2 giờ. Sau đó đem lọc bỏ kết tủa bằng phễu lọc áp suất thấp và giấy lọc băng vàng. Thí nghiệm 3: Xác định nồng độ thành phẩm acid Phosphoric. Chia thể tích acid phosphoric thành phẩm ra làm 2 phần bằng nhau. Phần 1: Đong và ghi lại thể tích dung dịch acid. Cô cạn dung dịch trên bếp cách thủy cho đến khi dung dịch trở nên sánh như siro (không để có váng kết tinh). Để nguội. Đong thể tích acid thành phẩm. Dùng pipette thẳng 10ml lấy thể tích acid phù hợp sản phẩm cho vào bình định mư ùc 100ml và định mư ùc tới vạch mư ùc. Làm tư ơng tư ï phần 2 để xác định nồng độ của dung dịch acid sau khi cô cạn bớt. Phần 2: Dùng pipette lấy thể tích acid thích hợp cho vào bình định mư ùc 100ml sao cho sau khi định mư ùc về vạch chuẩn thì dung dịch acid có nồng độ khoảng 0,1N. Lắc đều, tráng becher 100ml rồi đổ hết acid đã pha loãng vào becher này. Sau đó, dùng pipette bầu hút 10ml acid cho vào erlen 250ml. Thêm vào erlen 2 giọt thuốc thư û phenolphtalein. Cho dung dịch NaOH 0,1N vào burette 25ml và chỉnh đến vạch 0ml. Định phân cho đến khi dung dịch trong erlen có màu hồng bền trong 30 giây. Đọc thể tích NaOH 0,1N tiêu tốn để tính toán hiệu suất chuyển hóa. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 50 Câu hỏi chuẩn bị: 1. Giải thích tiến trình phản ư ùng. 2. Viết các phư ơng trình phản ư ùng và nêu các hiện tư ợng xảy ra. Giải thích. 3. Có thể nâng nồng độ acid phosphoric bằng cách cô cạn dung dịch acid như trên đư ợc không? Tại sao? 4. Hóa tính của acid ortho phosphoric, acid pyro phosphoric. 5. Lý tính của các muối phosphorat của Sắt, Nhôm, Asen, Canxi Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 51 BÀI 12: MỘT SỐ ỨNG DỤNG I. CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT. 1. Nghiên cư ùu áp dụng chư ơng trình đã học vào thư ïc tế. 2. Nhận xét và giải thích các kế quả thu đư ợc. Bảo vệ bề mặt kim loại bằng dung dịch Zn(H2PO4)2: Dùng dung dịch Zn(HPO4)2 phun lên bề mặt thép. Phản ư ùng xảy ra tạo ra trên bề mặt thép lớp phosphat của sắt và kẽm tồn tại chung. Lớp muối không tan này có tác dụng bảo vệ bề mặt thép. Cấu trúc xốp của lớp muối cho phép sơn, mạ, nhuộm màu như bề mặt thép. Tinh chế NaCl từ muối ăn: Muối ăn sản xuất tư ø nư ớc biển có chư ùa rất nhiều Mg2+ và Ca2+. Vì vậy khi sư û dụng muối ăn sản xuất tư ø nư ớc biển vào các công nghệ sản xuất có thể gặp phải trở ngại. Phư ơng pháp kết tinh lại dung dịch muối chỉ giúp loại bỏ như õng tạp chất không tan. Để tinh chế muối ăn tinh khiết phải kết tinh trong điều kiện dư ion chung Cl-. Khả năng tẩy màu của SO2: Khí SO2 là chất khư û khá mạnh nên có tác dụng tẩy màu. Phư ơng pháp khư û màu trong đó dùng SO2, dung dịch muối SO32- thư ờng gọi là phư ơng pháp SO2. Điều chế Clorur vôi: Cho khí clo sục vào sư õa vôi tôi. Phản ư ùng xảy ra cho sản phẩm Clorur vôi. Clorur vôi thư ờng dùng làm thuốc tẩy để tẩy sạch như õng vết bẩn có nguồn gốc là các chất khư û. Điều chế bột nhẹ CaCO3: CaCO3 có cấp hạt rất nhỏ gọi là bột nhẹ. Nó có nhiều ư ùng dụng trong lĩnh vư ïc sản xuất mỹ phẩm, giấy, chất độn cho nhiều quá trình công nghiệp Có nhiều phư ơng pháp tạo ra cấp hạt nhỏ trong đó phư ơng pháp kết tủa tư ø dung dịch cho cấp hạt rất nhỏ. II. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ. - 1 pipette thẳng 10ml. - 1 quả bóp cao su. - 3 becher 100ml. - 1 phễu lọc D100mm. - 1 giá và kẹp đỡ phễu khi lọc. - 1 erlen 250ml có nhánh . - 1 đũa thủy tinh. - 2 bình cầu nhỏ. - 2 nút cao su có gắn ống dẫn khí. - 1 ống nhỏ giọt. - 1 muỗng như ïa (hay inox). - 1 nồi đun cách thủy. - 1 bếp điện. III. HÓA CHẤT. - Lá thép (hay đinh sắt loại lớn) - Lá nhôm. - Bột ZnO. - NaOH 20%. - Na2CO3 20%. - H2SO4 20%. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 52 - Bột CaO (hay vôi sống). - CaCO3 rắn (hay đá vôi). - Đư ờng tinh thể (có màu vàng). - Bột lư u huỳnh. - Than hoạt tính. - Chỉ thị bromthymol xanh (chàm). - Dung dịch BaCl2 1N. - Cồn 96o. - Acid H3PO4 đậm đặc 85% (tủ hút). - Acid H2SO4 đậm đặc 98,2% (tủ hút). - Giấy lọc. - Giấy pH. - Giấy nhám mịn. IV. THỰC HÀNH. THÍ NGHIỆM 1: BẢO VỆ BỀ MẶT KIM LOẠI BẰNG DUNG DỊCH Zn(H2PO4)2. Dùng giấy nhám đánh sạch bóng bề mặt 2 lá thép (hay 2 đinh thép) và 2 lá nhôm. Sau khi đạt độ bóng 2 đem dùng cồn 96o để rư ûa sạch dầu mỡ và thấm khô bằng giấy thấm. Dùng pipette hút H3PO4 85% vào 2 becher 100ml, mỗi becher 10ml. Thêm vào 2 becher lư ợng bột ZnO vư øa đủ để phản ư ùng tạo ra Zn(H2PO4)2. Khuấy kỹ để phản ư ùng xảy ra hoàn toàn. Nhúng 1 lá thép vào 1 becher. Nhúng 1 lá nhôm vào becher còn lại. Để yên 10 phút. Vớt chúng ra. Để khô ở nhiệt độ phòng. Quan sát hiện tư ợng xảy ra và so sánh với lá thép và lá nhôm còn lại. Câu hỏi chuẩn bị: 1. Giải thích tiến trình phản ư ùng. 2. Viết các phư ơng trình phản ư ùng và nêu các hiện tư ợng xảy ra. Giải thích. 3. Lý tính của các muối phosphat của Sắt, Nhôm 4. Đề nghị phư ơng pháp kiểm tra khả năng bảo vệ kim loại của lớp phosphat trên. THÍ NGHIỆM 2: TINH CHẾ NACL TỪ MUỐI ĂN. Cho vào becher khoảng 0,3ml dung dịch NaOH 20% và 10ml dung dịch Na2CO3 20%. Khuấy đều. Hòa tan 25g NaCl sản xuất tư ø nư ớc biển vào 50ml nư ớc cất trong becher 100ml khác. Thêm vào đó 5g than hoạt tính và khuấy kỹ. Lọc lấy dung dịch. Thêm vào nư ớc lọc 2 giọt chỉ thị bromthymol xanh. Dung dịch hóa thành màu xanh. Tiếp tục thêm vào tư øng giọt dung dịch acid clohydric 1N và khuấy đều cho đến khi dung dịch vư øa chuyển sang màu vàng thì ngư øng lại. Đun sôi dung dịch trên bếp điện. Thêm vào tư ø tư ø tư øng giọt dung dịch BaCl2 1N cho đến khi không còn xuất hiện kết tủa nư õa. Đun sôi thêm 20phút, để yên, thêm vào nư ớc lọc tư øng giọt hỗn hợp dung dịch NaOH 20% và Na2CO3 20% đã chuẩn bị ở trên. Tiếp tục đun sôi thêm 30 phút nư õa. Lọc lấy nư ớc lọc. Trung hòa nư ớc lọc bằng dung dịch HCl 1N cho tới khi thư û giấy pH = 7. Cô cạn bớt nư ớc lọc trên bếp điện cho đến khi xuất hiện váng tinh thể. Trong khi để nguội, dùng muỗng như ïa vớt các tinh thể muối tách ra và đem sấy ở nhiệt độ 70 -100oC. Cân để tính hiệu suất và nộp sản phẩm cho giáo viên hư ớng dẫn để giáo viên cho nhận xét rồi đổ vào bình thu hồi NaCl tinh khiết (tiêu chẩn tinh khiết hóa học). Câu hỏi chuẩn bị: 1. Giải thích tiến trình phản ư ùng. 2. Viết các phư ơng trình phản ư ùng và nêu các hiện tư ợng xảy ra. Giải thích. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 53 3. Trong quá trình thí nghiệm, ta đã loại bỏ các tạp chất nào? 4. Khái niệm “tiêu chuẩn tinh khiết hóa học” là gì? 5. Đề nghị phư ơng pháp kiểm tra sư ï tinh khiết của sản phẩm. THÍ NGHIỆM 3: KHẢ NĂNG TẨY MÀU CỦA KHÍ SO2 VÀ DUNG DỊCH S2-, S2O32-, SO32- Lấy 5g đư ờng mía vàng cho vào becher 100ml. Thêm vào tư ø tư ø lư ợng nư ớc cất, đun nhẹ bằng bếp cách thủy và khuấy đều để dung dịch đư ờng bão hòa. Lọc dung dịch vào erlen 250ml. Cân 5g bột lư u huỳnh cho vào bình cầu. Trong tủ hút, thêm vào đó 3ml dung dịch H2SO4 đậm đặc. Đậy bình cầu bằng nút cao su có gắn ống dẫn khí. Đư a đầu ống dẫn khí vào erlen 250ml chư ùa dung dịch đư ờng vàng bão hòa. Theo dõi hiện tư ợng xảy ra cho tới khi dung dịch mất màu. Đem erlen 250ml ra khỏi tủ hút. Thêm vào đó vài hạt than hoạt tính. Cô cạn bớt nư ớc trên nồi cách thủy. Khi xuất hiện tinh thể đư ờng thì để nguội. Sau đó ngâm vào nư ớc, rồi ngâm vào nư ớc đá. Lọc lấy tinh thể và để khô ở nhiệt độ thư ờng. Cân để tính hiệu suất và nộp sản phẩm cho giáo viên hư ớng dẫn để giáo viên cho nhận xét rồi đổ vào bình thu hồi. Câu hỏi chuẩn bị: 1. Giải thích tiến trình phản ư ùng. 2. Tại sao S2-, SO2, S2O32-, SO32- lại có khả năng tẩy màu. 3. Các yếu tố ảnh hư ởng tới khả năng tẩy màu của các hợp chất trên. 4. Tại sao thí nghiệm trên sư û dụng SO2 mà có thể kết luận đư ợc S2-, S2O32- và SO32- cũng có tác dụng tư ơng tư ï. THÍ NGHIỆM 4: ĐIỀU CHẾ CLORUR VÔI VÀ BỘT NHẸ. Tiến hành thí nghiệm tư ơng tư ï như thí nghiệm 3. Cho 5g CaO phản ư ùng với và lư ợng vư øa đủ H2O trong erlen 250ml sao cho tạo thành dạng hồ sệt. Cho 2g bột MnO2 trong bình cầu và thêm vào 1ml acid HCl đậm đặc và đun nóng. Sục khí Clor sinh ra trong bình cầu sang erlen cho tới khi dung dịch sư õa vôi sệt lại vào bắt đầu ngư ûi thấy mùi khí Clor thoát ra khỏi erlen. Đem sản phẩm trong erlen làm khô ở nhiệt độ phòng. Cho 3g CaO phản ư ùng với lư ợng vư øa đủ H2O như ng tạo ra dung dịch nư ớc vôi trong bão hòa trong becher 100ml. Lọc lấy dung dịch vào erlen 250ml. Cho 5g CaCO3 (hay vỏ sò, nghêu nghiền nhỏ) vào bình cầu, thêm vào đó 6ml H2SO4 20% (nếu cần có thể đun nóng). Lắp nút cao su có gắn ống dẫn để sục khí CO2 tư ø bình cầu sang erlen 250ml. Ngư ng sục khi khí tư ø đầu ống sục khí tiếp xúc với dung dịch mà không tạo thêm kết tủa. Lọc kết tủa. Rư ûa tủa bằng nư ớc và thư û bằng giấy pH cho tới khi nư ớc lọc có pH = 7. Sấy khô kết tủa trong tủ sấy ở nhiệt độ 70oC. Cân các sản phẩm để tính hiệu suất và nộp cho giáo viên hư ớng dẫn để giáo viên cho nhận xét rồi đổ vào bình thu hồi. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 54 Câu hỏi chuẩn bị: 1. Giải thích tiến trình phản ư ùng. 2. Nêu hóa tính của CaOCl2, CaCO3. 3. Nêu một vài ư ùng dụng của clorur vôi và bột nhẹ. 4. Viết các phư ơng trình xảy ra. Giải thích hiện tư ợng. 5. Dư ï đoán xem trong thư ïc tế ngư ời ta có sư û dụng các phư ơng pháp sản xuất như trên hay không? Giải thích. Khoa Hóa Giáo trình thực hành Hóa vô cơ 55 Chủ biên: ThS. Lê Thị Thanh Hư ơng Biên soạn: Bộ môn Hóa đại cư ơng Hiệu đính : Nguyễn Trư ờng Thi Sư ûa bản in: Lê Thị Thanh Hư ơng – Nguyễn Thị Cẩm Tú Xong ngày 20.9.2004 tại khoa Hóa trư ờng Cao đẳng Công nghiệp 4