Chương 1: Phân tích khối lượng

1 Cơ sở và nguyên tắc của phân tích khối lượng 2 Các bước tiến hành và kỹ thuật 3 Định lượng một số mẫu PHẦN THỨ HAI - PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG Chương 1: PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG 1.1. Cơ sở và nguyên tắc của phân tích khối lượng  PT khối lượng là pp định lượng hóa học = xác định khối lượng của chất cần xác định hoặc những hợp chất của nó  Có hai nhóm các phương pháp phân tích khối lượng:  Nhóm các phương pháp kết tủa  Nhóm các phương pháp chưng cất.  Đối với nhóm các phương pháp kết tủa:  Đối với nhóm các phương pháp chưng cất Cấu tử cần xác định được tách ra khỏi mẫu ở dạng khí. Trong trường hợp này, phép phân tích hoặc là dựa trên phép xác định khối lượng chất đã được cất ra, hoặc là dựa trên phép xác định chất còn lại. 1.2. Các bước tiến hành và kỹ thuật phương pháp kết tủa  Chọn mẫu đại diện, chuyển mẫu phân tích thành dạng dung dịch sau đó tiến hành qua các giai đoạn sau:  Bước 1: Kết tủa cấu tử cần xác định dưới dạng hợp chất thích hợp  Bước 2: Lọc và rửa tủa  Bước 3: Chuyển dạng tủa sang dạng cân  Bước 4: Cân Bước 1: Tạo tủa  Chọn dạng tủa và thuốc thử thích hợp  Yêu cầu với thuốc thử:  Có tính chọn lọc cao  Thuốc thử thường được dùng dư  Lượng thuốc thử dư phải được loại bỏ dễ dàng trong quá trình lọc, rửa, nung  Thuốc thử có khả năng tạo thành dạng cân có hàm lượng của nguyên tố cần xác định càng nhỏ càng tốt, điều này giúp giảm sai số khi cân  Chọn điều kiện tạo tủa thích hợp:  Nếu kết tủa thu được là tủa tinh thể:  Tiến hành kết tủa từ dung dịch loãng, nóng, khuấy đều  Kết tủa ở pH thấp  Sau khi tạo tủa, để yên một thời gian nhằm tạo điều kiện cho tủa lớn lên (làm muồi tủa)  Tránh hiện tượng quá bão hòa  Thuốc thử được thêm nhanh, khuấy đều  Ngay sau khi tạo tủa thêm ngay dd chất điện li mạnh để phá lớp điện tích kép trên bề mặt hạt keo, làm tủa dễ đông tụ  Thêm vào dd một lượng nước nóng trước khi lọc để tách tủa ra khỏi dd, giảm nồng độ của cấu tử lạ  Tủa được lọc ngay  Nếu kết tủa vô định hình:  Dung dịch mẫu và thuốc thử cần nóng và khá đậm đặc Bước 2: Lọc và rửa tủa  Lọc: Giấy lọc Phễu lọc thủy tinh  Rửa tủa: dd rửa:  Nóng (tăng quá trình giải hấp)  Chứa ion chung với kết tủa  Có thể chứa lượng nhỏ acid hoặc baz để giảm sự thủy phân  Thêm chất điện li mạnh để giảm hiện tượng pepti hóa Bước 3: Chuyển tủa sang dạng cân  Sấy ở nhiệt độ dưới 2500C (nếu chỉ cần loại nước)  Nung kết tủa ở nhiệt độ từ 600 đến 12000C: BaSO4: 700 – 800 0C Fe(OH)3 → Fe2O3: 900 0C Al(OH)3 → Al2O3: 1000 – 1100 0C CaC2O4 → CaCO3 (600 0C) → CaO (1000 – 12000C)  Thời gian nung: đến khi tủa có khối lượng không đổi Bước 4: Cân Sử dụng cân phân tích Yêu cầu của dạng kết tủa:  Phải là dạng ít tan, tích số tan phải đủ nhỏ để phản ứng kết tủa xảy ra một cách định lượng  Dạng kết tủa phải dễ lọc và sau khi rửa phải tinh khiết. Tuy nhiên dạng kết tủa có thể chứa các chất khác mà chúng bay hơi khi xử lý nhiệt.  Yêu cầu đối với dạng cân:  Phải là chất hầu như không hút ẩm trong điều kiện môi trường phòng thí nghiệm  Có thành phần hóa học đúng với công thức hóa học  Mong muốn có phân tử lượng càng lớn càng tốt để nâng cao độ chính xác của phương pháp phân tích khối lượng  Công thức tính hàm lượng % của X • G: lượng cân của mẫu phân tích (g) • a: khối lượng của dạng cân (g) • F: hệ số chuyển để tính ra X VD: 1 0 0 aF x G   2 3 2 2 26.98154 0.5293 101.961 Al F Al O     Ví dụ 1: Kết tủa tinh thể: lượng cân thực tế tiện lợi để kết tủa = 0.5g CaCO3 Ca2+ CaC2O4 CaO H+ C2O4 2- t 3 3 0.5 100.1 0.5 0.9 56.10.5 CaCO CaO CaCO CaO M M M a g Ma g        Ví dụ 2: Kết tủa vô định hình: lượng cân thực tế tiện lợi để kết tủa=0.1g 2Fe(NO3)3 2Fe(OH)3 Fe2O3 6OH- to 3 3 2 2 3 3 3 2 3 3 2 3 3 2 2 3 ( ) .9 ( ) .9 ( ) .9 ( ) .9 2 2 0.1 808.01 0.1 0.5 0.1 159.7 Fe O Fe NO H O Fe O Fe NO H O Fe NO H O Fe NO H O M M M a g a g M        VD 3: xác định hàm lượng phần trăm của Fe trong mẫu Fe(NO3)3.9H2O theo khối lượng dạng cân Fe2O3 được tách ra 2 3 2 3 2 3 3 3 2 2 3 2 3 3 3 2 3 3 2 A1 2 / 2 / ( ) .9 2 / ( ) .9 ( ) .9 ; 0.6994 100100 % % 100 A B Fe Fe O Fe Fe O Fe Fe O Fe NO H O Fe O Fe Fe O Fe NO H O Fe NO H O g a F g a F F a gFe a FgFe x a ax             • Phương pháp tách VD: tính hàm lượng % SiO2 trong mẫu Vì dạng cân có cùng công thức với dạng cần xác định→aA=gA 2 2 2ô ô ô 100 100 % % 100 v i SiO SiO SiO v i v i a g g a x a ax       100 100 % %A A g a x a a     1.3. Định lượng một số mẫu Định lượng Al3+ trong quặng Boxit Định lượng Fe3+ trong dung dịch Fe2(SO)3 1.3.1. Định lượng Al3+ trong quặng Boxit  Nguyên tắc: Cân m(g) mẫu quặng, phá mẫu thành dung dịch rồi chuyển toàn bộ Al3+ thành Al(OH)3 bằng dung dịch (NH3 + NH4Cl) ở pH ≈ 6 -8. Nung Al(OH)3 ở 1200 0C được dạng cân Al2O3 Ion cản trở là các chất oxy hoá và các ion có khả năng tạo kết tủa hydroxyt. Kết tủa Al(OH)3 là một hydroxyt lưỡng tính, vô định hình màu trắng, nên chỉ kết tủa trong môi trường có pH thích hợp, tuỳ thuộc vào nồng độ Al3+ban đầu có trong dung dịch  Kỹ thuật phân tích M (g) quặng V (ml) dd Al3+ V’ (ml) Al3+ Đun gần sôi, thêm 2 giọt MR Dd màu hồng Thêm từng giọt NH3 đđDd vàng, kết tủa trắng Rửa tủa bằng NH3 nóng, lọc Kết tủa trắng Nung ở 8000 C, 20-30 phút m’ chất rắn sau nung Kết quả  Dùng NH4OH kết tủa Fe3+ dưới dạng Fe(OH)3, nung Fe(OH)3 thu được Fe2O3  Tránh nung kéo dài Lúc này cho thêm HNO3 để oxi hóa Fe3O4  Để tránh sự thủy phân Fe2+→Fe3+, thêm HNO3 Fe3++3NH3+3HOH Fe(OH)3+3NH4 + 2Fe(OH)3 Fe2O3+3HOH 6Fe2O3 4Fe3O4+O2 2Fe3O4+2HNO3 3Fe2O3+HOH+2NO2 FeCl3+2HOH Fe(OH)2Cl+2HCl Fe(OH)2Cl+2H + 2HOH+Fe3++Cl- 3Fe3++4HNO3 3Fe 3++NO+2HOH+3NO3 - Định lượng Fe3+ trong dung dịch Fe2(SO4)3  Nguyên tắc  Trong môi trường acid pH=2-3, 75-90oC, kết thúc ở pH=7-9  Oxi hóa Fe 2+→Fe 3+  Thêm NH4NO3 để tránh tạo hệ keo và tăng sự đông tụ kết tủa vdh, Khi dùng nước rửa NH4Cl, Cl - làm bay hơi Fe  Tách các cation có thể tạo kết tủa với NH3  Loại các anion: silicat, photphat (che Fe3+)  Chỉ kết tủa khi không có lượng lớn các cation gây ra sự cộng kết cùng với Fe(OH)3 Fe(OH)3+3NH4Cl FeCl3+3HOH+3NH3 Acid hóa=HNO3 dung dịch Fe 3+ đã loại các ion ngăn cản, đun nóng 75-90oC, khuấy và thêm NH3 10% đến mùi nhẹ amoniac. Thêm 100mL nước cất nóng, lọc bằng giấy lọc không tro. Rửa với NH4NO3 2% nóng đến sạch Cl-. Sấy kết tủa đến khô, đặt vào chén cân, đốt nóng chén để than hóa, rồi nung ở 1000oC đến khối lượng không đổi→cân  Kỹ thuật phân tích