Phương pháp phân tích khối lượng
3. Cách tính kết quả trong phân tích khối lượng
3.1. Trong phương pháp kết tủa 3.1.1. Thừa số chuyển F
Là tỷ số giữa khối lượng mol của chất cần xác định (nhân với hệ số tương ứng) và khối lượng mol của dạng cân. Về ý nghĩa nó cho biết cứ 1g dạng cân có F gam chất xác định.
ư Thí dụ 1: Định lượng Na2SO4 cho phản ứng kết tủa với BaCl2, dạng cân là BaSO4
NaCl 2 BaSO BaCl
SO
Na2 4 + 2 = 4 ↓+
MNa2SO4 BaSO4
M
4 4 2
4 4 2
BaSO SO Na BaSO
SO Na
M M M
M .
F=1 =
⇒
Thí dụ 2: Định lượng Fe trong dung dịch Fe3+ bằng cách cho kết tủa với NaOH, dạng cân là FeBB2O3.
O H O Fe OH
Fe
Na OH
Fe NaOH Fe
to
2 3
2 3
3 3
3 )
( 2
3 )
( 3
+
⎯→
⎯
+
↓
=
+ +
+
Theo phương trình phản ứng có:
3 2O Fe
Fe
M M . F= 2
Nếu một chất có nhiều dạng cân, dạng cân nào có F càng nhỏ, càng tốt vì khi đó giảm tới mức thấp nhất ảnh hưởng của các sai số thực nghiệm đến kết qủa cuối.
Thí dụ: Khi định lượng crom dưới dạng cân là Cr2O3 thì khi mất 1mg kết tủa sẽ tương ứng mất 0,7
152 1 104 O Cr
Cr 2
3 2
=
=
ì ì mg Cr; nhưng nếu dạng cân là BaCrO4 thì khi mất 1mg kết tủa chỉ tương ứng mất 0,2
3 , 253 1 52 BaCrO
Cr
4
=
=
ì mg
Cr ⇒ dạng cân BaCrO4 tốt hơn.
3.1.2. áp dụng tính kết quả
ư Giả sử cân a gam mẫu chất cần xác định A, khối lượng dạng cân thu được là P gam.
Khối lượng chất A nguyên chất có trong mẫu là: m = P.F (g). Do đó, hàm lượng % (kl/ kl) của A trong mẫu thử là:
100 a .
%A(kl/kl)= P.F
ư Giả sử lấy VmL mẫu chất cần xác định A, khối lượng dạng cân thu được là P gam. Khi đó, hàm lượng % (kl/ kl) của A trong mẫu thử là:
.100
V
%A(kL/kT) = P.F
Các nồng độ khác được tính hoặc suy luận tương tự.
3.2. Trong phương pháp bay hơi Việc tính đơn giản hơn.
Thí dụ: Khi xác định hàm ẩm:
100
% = ư ì
a b ẩm a
Trong đó:
a: khối lượng mẫu trước khi sấy b: khối lượng mẫu sau khi sấy khô 4. Cân phân tích
Trong phân tích khối lượng, cân phân tích được dùng để cân mẫu thử, bì và bì có chứa tủa. Trong thực tế có các loại cân phân tích sau:
4.1. Cân cơ học (Mechanical balance)
Hoạt động của cân dựa trên nguyên tắc đòn bẩy.
Cân cơ học có hai loại:
ư Cân cơ học hai quang: Có hai cánh tay đòn bằng nhau. Quả cân để ở ngoài cân, khi cân mới đặt quả cân lên đĩa cân. Khi cân ở vị trí cân bằng khối lượng quả cân đặt vào đĩa cân chính là khối lượng của vật cần cân.
ư Cân cơ học một quang: Cân có quả cân được đặt trực tiếp lên cánh tay đòn trong cân và được thăng bằng với đối trọng. Khi đặt vật cần cân lên đĩa cân, cân bằng với đối trọng bị phá vỡ, phải nhấc quả cân ra khỏi cánh tay đòn để lập lại cân bằng. Khối lượng của các quả cân lấy ra chính là khối lượng của vật cân đặt trên đĩa cân. Cân cơ học một quang có gắn thêm bộ khuếch đại quang học nên thường được gọi là cân điện.
4.2. Cân điện tử (Electronic balance)
Hoạt động của cân dựa trên lực điện từ để giữ cân ở vị trí cân bằng ban đầu. Dòng điện cần để duy trì lực này tỷ lệ với khối lượng của vật cân khi cân. Quá trình hoạt động của cân như sau:
ư Khi không có vật cân trên đĩa cân, lực điện từ của hệ thống giữ cân ở vị trí cân bằng: điểm 0 ban đầu.
ư Khi đặt vật cân lên đĩa cân, điểm 0 ban đầu bị dịch chuyển và gửi tín hiệu tới dòng điện kiểm tra để tạo ra dòng điện hiệu chính (dòng điện hiệu chính này chạy trong cuộn dây gắn vào đĩa của đĩa cân, tạo ra một từ trường. Từ trường của cuộn dây chịu tương tác của một nam châm vĩnh cửu đặt dưới đĩa cân) cần thiết để thiết lập lại hệ thống về vị trí ban đầu tỷ lệ với khối lượng của vật cân đặt trên đĩa cân.
Hình 2.1. Cân phân tích điện tử
Các yếu tố ảnh hưởng đến cân điện tử: các bức xạ điện từ tại nơi đặt cân, từ tính của vật cân, bụi bẩn ở khe giữa cuộn dây và nam châm, ... Do đó, khi sử dụng cân điện tử phải quan tâm tới các thông số của môi trường xung quanh như nhiệt độ, áp suất khí quyển, độ ẩm, luồng khí, ... và các yếu tố khác như sự thay đổi điện thế của nguồn điện, điện trường, từ trường, tĩnh điện và bản chất của mẫu đo về từ tính và khả năng nhiễm từ.
4.3. Tiêu chuẩn cơ bản của cân phân tích
ư Độ đúng: Là mức độ sát gần của các giá trị đọc được với giá trị thực của quả cân chuẩn.
ư Độ tin: Cân cho số đo như nhau khi đặt vật cân ở bất cứ vị trí nào trên đĩa cân.
ư Độ nhạy đạt yêu cầu khi cân.
ư Tính tuyến tính: Là sự lệch dương hay âm của giá trị đọc được với giá trị thực đặt trên cân.
Định kỳ mỗi năm hai lần kiểm tra các tiêu chí trên để đảm bảo kết quả kiểm nghiệm.
5. Một vài thí dụ áp dụng định lượng bằng phương pháp khối lượng
5.1. Định lượng Clorid
Phương trình phản ứng:
Cho thừa dung dịch AgNO3 vào dung dịch Cl- cần xác định sẽ có phản ứng:
AgNO3 + Cl- = AgCl↓ + NO3
-Lọc lấy kết tủa AgCl, rửa tủa, sấy đến khối lượng không đổi, cân trên cân phân tích. Từ khối lượng tủa thu được tính ra hàm lượng clorid trong mẫu.
Tủa AgCl không bền, để ra ánh sáng bị phân huỷ thành Ag (lúc đầu tủa hoá tím sau đen dần) vì vậy không nên để tủa lâu ở ánh sáng khuyếch tán hoặc tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng, tốt nhất nên bọc cốc đựng tủa bằng tờ giấy đen. ở 130 oC tủa AgCl bị phân huỷ và mất clor, do đó khi sấy không để nhiệt độ cao vượt quá 130 oC.
Kỹ thuật tiến hành:
Dùng pipet lấy một thể tích chính xác dung dịch mẫu sao cho lượng Cl- khoảng 0,15g cho vào cốc 250 mL, thêm nước cất đến khoảng 70 mL, thêm tiếp 15 mL HNO3 2N. Đặt cốc vào nồi đun cách thủy. Dùng đũa thủy tinh vừa khuấy mạnh, vừa cho từ từ khoảng 50 mL AgNO3 0,1N (thừa khoảng 10% so với lượng Cl-). Đun cách thủy tiếp 1giờ. Sau đó để yên ở chỗ tối từ 3-5 giờ. Lấy ra thử xem đã tủa hoàn toàn chưa bằng cách thêm 1mL AgNO3 0,1N vào dung dịch trong ở trên tủa, nếu không có tủa thêm là đã tủa hoàn toàn (nếu chưa tủa hoàn toàn phải làm động tác kết tủa thêm).
Lấy 1 phễu lọc xốp số 3 hay số 4 rửa bằng dung dịch HNO3 loãng, nóng (2-3ml HNO3 2N), sau đó rửa lại bằng nước nóng và đem sấy ở 130 oC đến khối lượng không đổi.
Lắp phễu lọc xốp vào bình hút chân không và lọc tủa. Đầu tiên rót phần nước trong theo đũa thủy tinh vào phễu, rửa tủa vài lần bằng dung dịch HNO3 loãng, nóng, sau đó chuyển hết tủa vào phễu, rửa tiếp tủa bằng HNO3 loãng, nóng cuối cùng bằng nước cất.
Đem sấy tủa cùng phễu xốp ở 120 oC trong 2 giờ, để nguội trong bình hút ẩm, rồi đem cân trên cân phân tích. Sấy, lặp lại đến khi có khối lượng không đổi. Lập công thức và tính kết quả.
5.2. Định lượng Na2SO4
Khi thêm dung dịch BaCl2 dư vào dung dịch mẫu thử, sẽ có kết tủa BaSO4: Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2NaCl
Lọc lấy kết tủa BaSO4, rửa, sấy và nung tủa đến khối lượng không đổi.
Từ khối lượng dạng cân BaSO4 thu được tính ra hàm lượng Na2SO4 trong mẫu thử.
Vì BaSO4 có tan một ít trong dung dịch acid đặc, cho nên chỉ kết tủa ở môi trường acid nhẹ, không nung tủa ở nhiệt độ > 800 oC vì ở 1400 oC tủa BaSO4 bị phân hủy theo phương trình:
3 4 1400oC BaO SO BaSO ⎯⎯1400⎯oC⎯→ + Kỹ thuật tiến hành:
Lấy chính xác một lượng mẫu thử sao cho lượng sulfat khoảng 0,15 - 0,20g cho vào cốc 250 mL, thêm nước cho thành khoảng 80 mL, thêm 0,5 mL HCl đặc. Đặt lên bếp (có lót lưới amiăng). Đun sôi. Vừa khuấy vừa cho từ từ dung dịch BaCl2 0,5N đến khi dư khoảng 10% so với lượng sulfat đem định lượng. Đun sôi thêm vài phút. Để lắng, kiểm tra xem tủa hoàn toàn
chưa. Đun cách thuỷ 1 giờ (thỉnh thoảng khuấy đều). Để lắng. Gạn nước trong ở trên tủa qua một phễu lọc có giấy lọc không tro (giấy băng xanh).
Rửa gạn tủa vài lần bằng nước cất, sau đó chuyển hoàn toàn tủa sang phễu. Rửa tiếp 2 lần trên phễu bằng dung dịch NH4NO31%.
Để giấy lọc có tủa chảy hết nước, đem cả phễu và giấy sấy ở 100 oC đến khi giấy còn hơi ẩm (khoảng 15 - 20 phút). Nhấc giấy lọc có tủa ra khỏi phễu, gập lại theo hình chóp và đặt vào chén nung đã nung đến khối lượng không đổi. Đặt chén nghiêng ở bếp điện và đốt cho giấy lọc cháy thành than (không cho cháy thành ngọn lửa). Đem chén nung có tủa nung ở 600 – 700 oC trong khoảng 30 phút. Lấy chén nung ra để nguội trong bình hút ẩm, sau đó cân trên cân phân tích. Nung lặp lại cho đến khi khối lượng không đổi. Lập công thức và tính kết quả.
bài tập (bài 2)
2.1. Hãy nêu nội dung và phân loại của phương pháp phân tích khối lượng.
2.2. Thế nào là dạng tủa ? Dạng cân ? Thí dụ.
2.3. Trình bày các động tác cơ bản trong phân tích khối lượng.
2.4. Thế nào là thừa số chuyển F. Cách tính kết quả trong phương pháp kết tủa.
2.5. Tại sao khi kết tủa phải đun nóng dung dịch ? Cho thừa thuốc thử ? Khuấy đều ?
2.6. Anh (chị) hãy phân tích để chỉ ra ưu nhược điểm của phương pháp phân tích khối lượng.
2.7. Một chất cần xác định theo phương pháp khối lượng có thể có nhiều dạng cân khác nhau, nên chọn dạng nào. Vì sao?
2.8. Hòa tan 1,1245 g mẫu có chứa sắt, sau đó đem kết tủa hoàn toàn bằng dung dịch NaOH dư. Lọc,rửa kết tủa sau đó đem sấy khô rồi
nung ở nhiệt độ 800 oC đến khối lượng không đổi, thu được 0,3412 gam. Hãy giải thích (viết phương trình phản ứng) và tính %Fe có
trong mẫu đem phân tích.
2.9. Hòa tan 1,053 g mẫu phân tích chỉ gồm CaCl2 và Ca(NO3)2, sau đó cho kết tủa hoàn toàn bằng acid oxalic dư. Lọc, rửa kết tủa sau đó sấy rồi nung khô thu được 0,3872 g CaO. Hãy giải thích (viết phương trình phản ứng) và tính % mỗi chất trong hỗn hợp trên.
Bài 3