Phân tích trọng lượng & cân bằng tạo tủa

PHÂN TÍCH TRỌNG LƯỢNG & CÂN BẰNG TẠO TỦA (Gravimetric analysis & Precipitation Equilibria) Ts. Phạm Trần Nguyên Nguyên ptnnguyen@hcmus.edu.vn Chương VI 2 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 4. Cân bằng kết tủa B. Kỹ thuật phân tích trọng lượng 3“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 1914 for his work”T.W. Richards 1868-1928 Chemistry 1914 Research on fixing the atomic weights of chemical elements 4 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 các định luật thành phần không đổi, định luật tuần hoàn … • Được ứng dụng để xác định thành phần hóa học các loại đất đá, nham thạch, quặng, khoáng vật, kim loại, hợp kim, các silicat, các chất vô cơ và hưu co • Liên quan mật thiết đến sự đánh 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. 51. Bản chất của phân tích trọng lượng • Là một pp của phân tích hóa học định lượng dựa trên sự đo chính xác khối lượng của một chất tinh khiết hay ở dạng hợp chất có trong mẫu cần phân tích. Mẫu (X?) X (t.k.) dd X + M Hòa tan MX MX (t.k.) Lọc, rửa Khó 6 2. Các phương pháp phân tích trọng lượng ™ Phương pháp tách ™ Phương pháp tủa ™ Phương pháp cất Cấu tử cần xác định được tách ra dưới dạng tự do và được cân trên cân phân tích H 2 O 2 đp Nước cường thủy Hợp kim (Au,Cu) dd (Au3+,Cu2+) Au Cu 72. Các phương pháp phân tích trọng lượng ™ Phương pháp tách ™ Phương pháp tủa ™ Phương pháp cất Kết tủa định luợng cấu tử cần xác định bằng các pp hóa học dưới dạng hợp chất ít tan có thành phần xác định nghiêm ngặt. Kết tủa tách ra được rửa, sấy hay đem nung. dd Fe3+ 6 OH- t0C Fe3O4Fe(OH)3 8 2. Các phương pháp phân tích trọng lượng ™ Phương pháp tách ™ Phương pháp tủa ™ Phương pháp cất Cất định lượng cấu tử cần xác định dưới dạng hợp chất bay hơi ¾ Phương pháp cất trực tiếp Cấu tử bay hơi cần xác định được hấp thụ trực tiếp bằng chất hấp thụ đặc biệt. Dựa vảo sự tăng khối lượng chất hấp thụ tính được lượng cấu tử cần xác định + 2+ 3 2 2 2 2 3 2 (CaO,NaOH) CaCO 2H CO Ca + H O CO 2NaOH Na CO + H O t+ ⎯⎯→ ↑ + ↓ + → 9Sử dụng khi muốn xác định độ ẩm, hay nước kết tinh trong các tinh thể. Sau khi cất hoàn toàn chất cần xác định, hiệu số trước và sau khi cất chính là lượng chất cần xác định. 2 2 2 2BaCl .2H O BaCl 2H O t⎯⎯→ + ↑ ¾ Phương pháp cất gián tiếp ¾ Xác định được hàm lượng chất cần phân tích với độ chính xác cao. Được dùng để xđịnh các kim loại, phi kim và thành phần của quặng, silicat, hợp chất hữu cơ… ™ Ưu và nhược điểm của pp phân tích trọng lượng ¾ Nhược điểm chủ yếu là thời gian thực hiện kéo dài hơn nhiều so với các pp chuẩn độ hay phân tích hóa lý. ¾ Tuy nhiên phân tích trọng lượng có thể đạt đến độ chính xác 0,01-0,005%, vượt xa độ chính xác của pp chuẩn độ 10 a. Tính khối lượng của chất cần xác định (g) Cần bao nhiêu gam Pb(NO3)2 để chuyển 1g NaI thành PbI2? (aq) 3 2(aq) 2 3(aq)2NaI + Pb(NO ) PbI 2NaNO+R 3. Tính toán trong phân tích trọng lượng 3 2 3 2 Pb(NO ) Pb(NO )NaI 3 2 NaI 3 2 (g)m 331,2g 1mol 1mol Pb(NO ) 1,0g 1,1 149,9 2 mol NaI mol Pb(NO ) g g = × × × = Hàm lượng chất cần xác định thường được tính dưới dạng gam hay % hệ số tỉ lượng → gam→ mol 11 a. Khối lượng của chất cần xác định (g), tính bằng gam: • aA1 = klg của dạng cân chất cần xđịnh • F = thừa số phân tích trọng lượngA A1 mMF nM = ¾ Phân tích hàm lượng Fe trong dd phân tích theo khối lượng của Fe2O3 đã được tách ra. 2 3 Fe Fe O 2MF M = ¾ Phân tích hàm lượng Fe2O3 trong dd phân tích theo khối lượng của Fe đã được tách ra. 2 3Fe O Fe M F 2M = 1A A g a F= Trong công thức tính F, tử số là chất cần xđ, mẫu là dạng cân 12 Cl2 trong mẫu chuyển thành Cl- dưới dạng tủa AgCl. Tính khối lượng của Cl2 nếu có 1g AgCl tách ra 1A A g a F= A A1 mMF nM = 2Cl AgCl M 71,0F 2M 2*143, 4 = = 2Cl AgCl 70,90g a F 1 0,2474 2*143, 4 g= = × = 13 Tính klg của chất cần xác định trong 1 gam tủa tạo thành Ag3PO4 Ag3PO4 BaSO4 P K2HPO4 Bi2S3 Dạng tủaChất cần xác định 1A A g a F= A A1 mMF nM = 3 4 3 4 3 4 P P P Ag PO Ag PO Ag PO g M 1 30,97 F 0, 07399 a M 1 418,58 = = × = = 3 43 4 3 4 2 4 2 4 2 4 K HPO K HPO K HPO Ag POAg PO Ag PO g M 1 174,18 F 0, 41612 a M 1 418,58 = = × = = 2 3 2 3 2 3 44 4 BaSOBaSO BaSO S S S g M 1 514,15 F 0,73429 a M 3 233, 40 Bi Bi Bi= = × = = 14 a. Tính toán kết quả khi khi phân tích bằng pp kết tủa ™ Khối lượng của chất cần xác định (g), tính bằng gam: ™ Tính hàm lượng % của chất cần xác định A sample g% A 100% g = Orthophosphate (PO43-) được xác định bằng trọng lượng của (NH4)3PO4.12 MoO3 (co M = 1876,5). Tính %P có trong mẫu và %P2O5 nếu 1,1682g tủa được tách ra từ 0,2711 g mẫu 15 Orthophosphate (PO43-) được xác định bằng trọng lượng của (NH4)3PO4.12 MoO3 (co M = 1876,5). Tính %P có trong mẫu và %P2O5 nếu 1,1682g tủa được tách ra từ 0,2711 g mẫu P sample g% P 100% g = × 1,1682 (30,97 1876,5)% P 100% 7,111% 0,2711 ×= × = Pg .Fa= 2 5 1,1682 [141,95 (2 1876,5)] % P O 100% 16,30% 0,2711 × ×= × = 4 3 4 3P (NH ) PO .12MoO 1,1682 (M M ) % P 100% 0,2711 ×= × 16 Mn được phân tích từ quặng bằng cách chuyển Mn thành Mn3O4 . Tính % Mn2O3 và % Mn có trong mẫu biết 1,52g mẫu quặng cho 0,126g Mn3O4. 2 3% Mn O 8,58%= % Mn 5,97%= 17 Khối lượng mẫu quặng pyrite (FeS2 không tinh chất) cần lấy bao nhiêu để khối lượng của tủa BaSO4 thu được bằng ½ %S có trong mẫu. 6,869gquang = 18 4. 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% ™ Hạn chế độ tan của kết tủa ? → điều khiển thành phần của dd tạo kết tủa → hiểu các phản ứng cân bằng ảnh hưởng đến tủa ™ Kết tủa tách ra phải có độ tan tối thiểu, phức tạo thành phải có hằng số không bền nhỏ nhất, hằng số này biểu thị mức độ bền của phức ™ Cân bằng trong dd nước bão hòa của chất điện ly ít tan + - (aq)AgCl AgCl Ag Cl+R R + -[Ag ][Cl ]spK = 19 4. Cân bằng kết tủa ™ Cân bằng trong dd nước bão hòa của chất điện ly ít tan KtaAnb a bKt An Kta bAn+R a b[Kt] [An]spK const= = Ksp: hằng số tan hay tích số tan [Kt], [An]: nồng độ cation, anion tạo thành • [Kt]a [An]b > Ksp : hợp chất it tan tách ra dưới dạng kết tủa • [Kt]a [An]b < Ksp : hợp chất it tan bị hòa tan • s = độ tan của chất điện ly yếu = [KtaAnb] / a b a ba b Kt An sps K a b+= a b[Kt] [An] ( ) ( )a b a b a bspK as bs s a b += = = 20 4. Cân bằng kết tủa ™ Tính độ tan độ tan đạt cực đại khi dd bão hòa không có các ion lạ • Thêm ion lạ tạo hợp chất it tan KtaAnb: làm giảm độ tan • Thêm chất điện ly không có ion chung với KtaAnb: làm tăng độ tan / a b a ba b Kt An sps K a b+= Tích số tan của AgCl ở 25oC là 1,0x10-10. Tính [Ag+], [Cl-] trong dd bão hòa AgCl và độ tan của AgCl + -AgCl Ag Cl+R + -[Ag ][Cl ]spK = • s = độ tan của AgCl • s = [Ag+] = [Cl-] = [AgCl] 51,0 10 MAgCl sps K −= = × 21 10 mL dd AgNO3 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+R + -[Ag ][Cl ]spK = • # 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 - -100,050*[Cl ] 1,0 10= × - -9[Cl ] 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 9[Cl] 2,0 10 MAgCls − −= = × 22 Tính độ tan của Ag2CrO4 trong nước , trong dd AgNO3 0,1M và trong dd Na2CrO4 0,1M. Ksp= 2.10-12 + 2- 2 4 4Ag CrO 2Ag CrO+R + 2 2-4[Ag ] [CrO ]spK = a) Độ tan của Ag2CrO4 trong nước 2 4 + 2 3 Ag CrO 41 2[Ag ] [CrO ] / 4sps K −= = = 2 4 3 12 4 Ag CrO 2.10 / 4 0,79.10 Ms − −= = + 2 2- 4[Ag ] [CrO ]spK = b) Độ tan của Ag2CrO4 trong AgNO3 2 4 2 10 Ag CrO 4[CrO ] 2.10 Ms − −= = 2- + 2 4[CrO ] /[Ag ]spK⇒ = + 2- 12 2 10 4[Ag ] 0,1M [CrO ] 2.10 /(0,1) 2.10 − −= ⇒ = = 23 Tính độ tan của Ag2CrO4 trong nước , trong dd AgNO3 0,1M và trong dd Na2CrO4 0,1M. Ksp= 2.10-12 + 2- 2 4 4Ag CrO 2Ag CrO+R + 2 2- 4[Ag ] [CrO ]spK = c) Độ tan của Ag2CrO4 trong nước Na2CrO4 2 4 + 6 Ag CrO 1 2[Ag ] 2,25.10 Ms −= = + 2- 4[Ag ] /[CrO ]spK⇒ = 2- + 12 6 4[CrO ] 0,1M [Ag ] 2.10 /(0,1) 20 10 − −= ⇒ = = × 24 Tính độ tan của Ag2CrO4 trong nước , trong dd AgNO3 0,1M và trong dd Na2CrO4 0,1M. Ksp= 2.10-12 a) Độ tan của Ag2CrO4 trong nước 2 4 3 12 4 Ag CrO 2.10 / 4 0,79.10 Ms − −= = b) Độ tan của Ag2CrO4 trong AgNO3 2 4 2 10 Ag CrO 4[CrO ] 2.10 Ms − −= = c) Độ tan của Ag2CrO4 trong nước Na2CrO4 2 4 + 6 Ag CrO 1 2[Ag ] 2,25.10 Ms −= = → sự hiện diện của ion Ag+, CrO42- đều làm giảm độ tan, nhưng ở mức độ không giống nhau → Độ tan của các chất ít tan trong nước lớn hơn trong dd có chất điện ly có ion chung với kết tủa 25 4. Cân bằng kết tủa ™ Ảnh hưởng của ion lên độ tan: K0sp & hệ số hoạt độ AgCl Ag Cl+ −+R + -Ag o sp Cl K a a= + -[Ag ] [Cl ] Ag Cl f f+ −= + -Ag o sp sp Cl K K f f = • Khi lực ion = 0: Ksp = K0sp • hoạt độ ion giảm →Ksp tăng → độ tan tăng 26 Tính độ tan của AgCl trong dd NaCl 0,1M khi tính và không tính tới hệ số hoạt độ. K0sp = 1,7.10-10 a) Khi tính đến hệ số hoạt độ + 9 AgCl [Ag ] 2,9.10 Ms −= = Trong dd NaCl 0,1 M có μ = 0,1 và f1 = 0,76 0 10 + 9 2 1 2 1 1,7.10[Ag ] 2,9.10 [Cl ] 10 .(0,76) spK M f − − − −= = =→ AgCl Ag Cl+ −+R 0 + - 2 1[Ag ][Cl ]spK f= b) Không tính đến hệ số hoạt độ + -[Ag ][Cl ]spK = 10 + 9 1 1,7.10[Ag ] 1,7.10 [Cl ] 10 sp AgCl K S M − − − −= =→ = = 27 Tính độ tan của CaSO4 trong nước và trong dd NaCl 0,1M K0sp = 6,26.10-5 a) trong nước 2 2 4 4CaSO Ca SO + −+R 0 2+ 2- 2 4 2[Ca ][ ]spK SO f= b) trong dd NaCl 0,1M (có μ = 0,1 và f2 = 0,33) 2+ 2- 4[Ca ][SO ]spK = 4 2+ 2- 5 3 4[Ca ] [SO ] 6,25.10 7,9.10 MCaSOS − −= = = =→ 4 2+ 2- 0 4 2[Ca ] [SO ] 1CaSO spS f K→ = = = 4 5 21 0,33 6,25.10 2,4.10 MCaSOS − −= =→ Độ tan của CaSO4 tăng khi có NaCl → Hiệu ứng muối 28 VI. B. Kỹ thuật phân tích trọng lượng 1. Lấy và hòa tan mẫu cân 2. Kỹ thuật kết tủa 3. Lọc và rửa kết tủa 4. Chuẩn bị dạng cân