TRƯỜNG ĐẠI HỌC su' PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

BÙI THỊ THOA

XÂY DựNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH
HÀM LƯỢNG MỘT SỐ ION, ỨNG DỤNG
TRONG PHÂN TÍCH THựC TẾ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP CHUẨN Đ ộ THẺ TÍCH

KHÓA LUẬN
TỔT NGHIỆP
ĐẠI
HỌC
•
•
•
•
C huyên ngành: H óa học phân tích
Người hướng dẫn khoa học
ThS. v ũ T H Ị K I M T H O A

HÀ NỘI - 2015


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học
L Ờ I C Ả M ƠN

Để hoàn thành khóa luận này em xin bày tỏ lòng cảm 0’n sâu sắc tói cô

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.............................................................................. 4
1.1. Phương pháp phân tích thể tích.................................................................. 4
1.2. Chuẩn độ axit - bazơ................................................................................... 5
1.2.1. Chất chỉ thị.............................................................................................. 6
1.2.2. Các loại chỉ thị axỉt - bazơ...................................................................7
1.2.3. Các trưòng họp trong chuân độ axit - bazơ....................................... 7
1.3. Chuẩn độ oxi hóa - khử............................................................................... 7
1.3.1. Phương pháp pemanganat....................................................................8
1.3.2.Phương pháp dỉcromat.......................................................................... 8
1.3.3.

Phương pháp ỉo t.......................................................................9

1.4. Chuẩn độ tạo phức.....................................................................................10
Ị.4.1. Thuốc th ử ............................................................................................ 10
1.4.2. Sự tạo phức của EDTA với các ỉon kim loại...................................... 11
1.5. Chuẩn độ kết tủ a ........................................................................................ 12
1.5.1. Phương pháp Mohr: dùng chỉ thị K2CrƠ4 .........................................12
1.5.2. Phương pháp Volhard......................................................................... 13
1.5.3. Phương pháp Fajans........................................................................... 14
1.6 . Các phương pháp nâng cao độ chọn lọccủa phép xác định..................15
1.6.1. Phương pháp che................................................................................ 15

SV: Bùi Thị Thoa

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2


tránh được lãng phí có khi rất lớn trong các nhà máy, xí nghiệp. Phân tích
định lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong điều tra cơ bản tài nguyên
(phân tích quặng, đất, nước,...) phục vụ cho các mục đích kinh tế và quốc
phòng. Do sự liên quan mật thiết giữa phân tích định lượng với sản xuất như
vậy, nên cùng với sự phát triển của sản xuất, các phương pháp phân tích định
lượng không ngùng được hoàn thiện đế phục vụ yêu cầu của sản xuất.
Đây là một ngành khoa học có sự tích họp cao của nhiều ngành khoa
học tự nhiên mà mục đích cuối cùng của nó là đem lại lợi ích tối đa cho khoa
học, đời sống và sự phát triển của con người.
Trong những năm gần đây, các phương pháp phân tích hiện đại phát
triển rất mạnh mẽ. Ưu điểm của các phương pháp này là độ nhạy cao, tốc độ
phân tích nhanh, dùng 1'ất phổ biến trong các phép phân tích vết cũng như
trong phân tích hàng loạt để kiểm tra sản xuất. Mặt khác, tâm lí của mọi
người làm phân tích vẫn thích đo đọc trên máy (ấn nút, bật, ngắt điện... để
đọc số liệu) hơn là chỉ đơn thuần lắc, đổ, đun nóng, quan sát ... Điều đó càng
thúc đẩy sự mở rộng phạm vi ứng dụng của các phương pháp hiện đại. Tuy
nhiên, các phương pháp hóa học vẫn đóng vai trò quan trọng và cần thiết
trong phân tích hiện đại. Đối với nhiều nguyên tố nếu hàm lượng không quá

SV: Bùi Thị Thoa

1

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học


2

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

- Xác định hàm lượng ion có trong mẫu bằng phương pháp chuẩn độ
thể tích.
4. Đối tượng nghiên cứu
Thiết kế các bài thí nghiệm định lượng các chất trong hỗn hợp bằng
phương pháp chuẩn độ thể tích.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu
- Phương pháp tiến hành thực nghiệm.

SV: Bùi Thị Thoa

3

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

C H Ư Ơ N G 1: T Ỏ N G Q U A N

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

Tính theo đinh luât hơp thức: Khi phản ứng giữa chất A và chất B đạt
tới mức độ hoàn toàn ( không còn dư cấu tử phản ứng), thì tọa độ phản ứng
đối với mỗi chất đạt tới trạng thái cực đại, và các tọa độ cực đại này phải bằng
nhau và chung cho mọi chất phản ứng. Tọa độ cực đại bằng số mol ban đầu
chia cho hệ số hợp phức của mỗi chất.
Chang hạn, đối với phản ứng :
vạA

tổng số mol ban đầu,n°

+

VAB

CAVA

>V cC

+

vdD (

CBVB (mmol)

Áp dụng quy tắc đương lượng

Số mđ = CN(A). VA= CN(B). VB
o Cm (B) = ^

Uß

=

Vb

. 24 mmol/ml (3)
ub

Hệ thức (2) và (3) là đồng nhất nếiwB = Va

nA = VB

1.2.Chuẩn độ axit - bazo’
Chuẩn độ axit - bazơ là việc xác định điểm cuối dựa trên sự biến đổi
pH đột ngột quan sát thấy ở gần điểm tương đương. Ở gần điểm tương đương,
nồng độ của các chất cần chuẩn và chất chuẩn quyết định khoảng biến đổi pH.

SV: Bùi Thị Thoa

5

Lớp K37B Hóa

1)

(màu axit)

SV: Bùi Thị Thoa

hoặcIn+H20

(màu kiềm)

(màu kiềm)

6

(màu axit)

Lớp K37B Hóa

->


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

Trong các dung dịch axit mạnh, chỉ thị ở dạng Hin là dạng chiếm un
thế, tương ứng với "Màu axit". Trong các dung dịch kiềm, các hạt In' sẽ
chiếm ưu thế tương ứng với "Màu kiềm'' của chất chỉ thị đó.
1.2.2. Các loại chỉ thị axỉt - bazơ
N hũng chỉ thị phtalein: Phần lớn những chỉ thị không màu trong dung
dịch axit và có màu trong môi trường kiềm. Trong môi trường kiềm mạnh,
màu của chúng bị mất chậm.


Khi cho thể tích xác định dung dịch chuẩn của chất oxi hóa hoặc khử
vào dung dịch cần chuẩn độ thì xảy ra phản ứng oxi hóa - khử. Phản ứng này
làm thay đổi nồng độ của các chất phản ứng sao cho khi cân bằng, thế oxi hóa
của hai cặp oxi hóa - khử bằng nhau tại mọi điểm của đường cong.
Căn cứ vào thuốc thử được dùng mà người ta phân loại phương pháp
chuẩn độ oxi hóa - khử

thành các phương pháp cụ thể: phương pháp

pemanganat, phương pháp đicromat, phương pháp iot,...
1.3.1.Phương pháp pemanganat
Pemanganat là chất oxi hóa mạnh. Trong dung dịch axit, ion M n04‘bị
khử thành ion Mn2+ không màu :
M n04'+ 8H+ +5e ^ Mn2+ + 4 H20

E°= 1,51V

Trong dung dịch axit yếu, trung tính, bazơ, sản phẩm phản ứng khử
M n04‘ là M nơ 2
M n04'+ 2H20 +3e ^ M n02+ 4 OH

E°=0,588V

Trong dung dịch kiềm mạnh, ion M n04~bị khử thành manganat M 11O4 :
M n(V+ e ^ M n042'

E°=0,564V

Neu ion Permanganat được hòa tan trong dung dịch IM axit percloric

Có thể định lượng chất khử bằng phương pháp chuẩn độ thế hoặc
chuẩn độ ngược.
Cho chất khử phản ứng với mỗi Fe3+ dư và chuẩn độ Fe2+ tạo thành
Cr20 72'.
Neu chất khử phàn ứng chậm với Fe thì thêm К2СГ2О7 d„, lấy chính
xác, sau đó chuẩn độ ngược bằng dung dịch chuẩn Fe(II).
1.3.3. Phương pháp iot
lot là chất oxi hóa yếu và iodua là chất khử yếu.
I2 (rắn) + 2e ^ 21

E° = 0,5345V

Vì vậy I2 có thế oxi hóa được các chất khử trung bình ( H 2S, H2SO3,
Sn(II)...) và ion iođua có thể khử được các chất oxi hóa trung bình trở lên
(Fe3+, H2O2, Cr20 72\ M n04-...)
Phương pháp này dựa trên cơ sở các quá trình oxi hóa - khử biến iot tự
do thành iođua và ngược lại:
I2 + 1 *—I3

và

I3 + 2e
Complexon I tạo phức kém bền với
ion kim loại nên ít dùng.

CO O H

Complexon II là axit etylen diamin tetraaxetic (EDTA), kí hiệu: H4Y,
ít tan trong nước.
H O O C - H 2C
/

N - C H 2 - C H 2 - N

H O O C - H 2C

Complexon III (trilon B): Muối đinatri của axit etylen điaminotetra
axetic (muối đinatri của EDTA), kí hiệu: Na2H 2Y, trong phòng thí nghiệm
vẫn hay quen gọi là EDTA.

SV: Bùi Thị Thoa

10

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

Các complexon tạo phức bền với nhiều ion kim loại. Các phản ứng tạo


Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

Ảnh hưởng của pH:
Sự nghiên cún cân bằng trong dung dịch chứa ion kim loại và EDTA
chỉ rõ mức độ tạo phức phụ thuộc vào pH của dung dịch. Khi chuẩn độ các
cation tạo phức kém bền ( ví dụ : Mg2+, Ca2+) phải chuẩn độ trong môi trường
kiềm. Ngược lại, để chuẩn độ những cation tạo phức bền hơn ( ví dụ : Zn2+,
Ni2+...), có thể thực hiện ngay trong cả môi trường axit vừa phải.
Phép chuẩn độ bằng dung dịch EDTA thường thực hiện trong các dung
dịch đệm với các giá trị pH thích hợp, cố định.
Chất chỉ thị;Các chất chỉ thị kim loại thuộc phổ biến, thường thuộc các
loại sau:
Các thuốc nhuộm triphenylmetan: Ví dụ pirocatesin tím, xilen da cam,
metalphtalein, thimolphtalexon...
Các thuốc nhuộm azo: Ví dụ Eriocomden T; 4 - (2- Piridinazo) Rezoxin (PA R ); 1-(2 - piri đinazo)- 2 - n a p h to l(P A N ).
Các chất chỉ thị thuộc loại khác : ví dụ murexit, aliraxin...
1.5. Chuẩn độ kết tủa
Trong các phản ứng chuẩn độ kết tủa thì phép chuẩn độ đo bạc là
phương pháp quan trọng nhất, dựa trên việc định lượng clorua bằng dung dịch
chuẩn A gN 03. Tùy theo điều kiện thực nghiệm mà người ta sử dụng các
phương pháp chuẩn độ: phương pháp Mohr, phương pháp Volhard và phương
pháp Fajans

1.5.1. Phương pháp Mohr: dùng chỉ thị K2CrỠ4


Ag++ SCN ^ A g S C N ịtrjng

Tại điểm cuối chuẩn độ, khi có dư SCN' có sự xuất hiện màu đỏ của
ion phức FeSCN2+:

Fe3++ SCN ^ FeSCN2+

Phương pháp Volhard được dùng rộng rãi để chuẩn độ gián tiếp ion СГ,
sau đó chuẩn độ Ag+ dư bằng SCN' dùng Fe3+ làm chỉ thị.
Tại điểm cuối chuẩn độ sẽ xuất hiện màu hồng của phức FeSCN2+ trên
nền của màu trắng của AgCl và AgSCN.
Ư’u điểm của phương pháp là có thể thực hiện phép chuẩn độ trong môi
trường axit mạnh CH+< 0 ,3 M.
Tuy nhiên cần chú ý tới một số yếu tố có thế dẫn tới sai số:
- Khi chuẩn độ SCN' bằng A gN 0 3 cần lắc mạnh để tránh hiện tượng
hấp phụ Ag+ bởi kết tủa AgSCN dẫn tới sự xuất hiện màu FeSCN' trước điểm
tương đương.
- Khi chuẩn độ ion СГ cần chú ý tới phản ứng phụ:

AgCl + SCN ^ AgSCN + C1
Dần tới việc thêm quá dư mới đạt tới điểm tương đương. Muốn vậy
phải hạn chế sự tiếp xúc của kết tủa AgCl với dung dịch bằng cách lọc tách
kết tủa AgCl hoặc dùng dung môi hũu cơ thích họp không trộn lẫn với nước
như nitrobenzen, vào hỗn hợp trước khi chuẩn độ Ag+ dư bằng SCN’ nhằm
ngăn chặn tác dụng của AgCl với SCN\

SV: Bùi Thị Thoa

13

7, vì khi ấy chất chỉ thị chỉ tồn tại ở dạng không phân li và khả năng hấp phụ bị
hạn chế. Đicloíluoetxein là axit mạnh hơn nên có thể chuẩn độ ở pH thấp.
Tính chất bề mặt của kết tủa: Sự hấp phụ phụ thuộc nhiều vào bề mặt
tướng rắn. Neu kết tủa bị đông tụ khi chuẩn độ thì chất chỉ thị hấp phụ sẽ kém
tác dụng. Cần tránh sự có mặt của các ion kim loại đa hóa trị ( ví dụ: Al3+,
Fe3+)có tác dụng làm đông tụ mạnh kết tủa. Đe tránh đông tụ có thể cho vào
hỗn hợp chuẩn độ một chất keo bảo vệ, ví dụ khi chuẩn độ c r có thể cho
dextrin, gelatin. Không chuẩn độ các dung dịch đặc quá vì sự đông tụ sẽ xảy
ra dễ hơn.
1.6. Các phưo’ng pháp nâng cao độ chọn lọc của phép xác định

1.6.1. Phương pháp che
1.6.1.1. Che bằng phản ứng kết tủa
Phương pháp này người ta tách kim loại bị che ra khỏi dung dịch bằng
cách kết tủa, nhưng khác với phép tách, không cần lọc để tách trước khi chuẩn
độ. Nồng độ ion kim loại bị che bằng phản ứng kết tủa có thể được tính từ
tích số tan.

SV: Bùi Thị Thoa

15

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

Ví dụ: - Trong phép chuẩn độ Ca2+ khi có mặt Mg2+ trong dung dịch


Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

loại tạo phức amin làm tăng giá trị (3A của các kim loại này. Nhưng ở nồng độ
lớn trong dung dịch, amoniac có thể cản trở phản ứng của kim loại với chất
chỉ thị hoặc EDTA (ví dụ: cản trở phép chuẩn độ Cu2+ bằng chỉ thị Murexit.)
Những họp chất trong nguyên tử lưu huỳnh tham gia vào sự tạo liên kết
phối trí, là những chất che lựa chọn đối với các kim loại tạo sunfua không tan.
Ion CN~ tạo phức với hầu hết các kim loại, bền hơn ammoniac, dùng
CN' để che: Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+ và các kim loại quý khi xác
định kim loại kiềm thổ, các lactanoit, mangan và các kim loại khác.
Ion iođua: tác dụng rất lựa chọn, ở nồng độ nhỏ nó chỉ cản Hg (II), khi
sử dụng nồng độ lớn ion iodua có thể che cả Ca2+, Pb2+
H 20 2: dùng làm chất che titan (IV). Trong dung dịch axit H 2O 2 cản trở
sự tạo phức đa nhân của titan (IV) chỉ tác dụng chậm với EDTA, do đó tạo
điều kiện chuẩn độ trực tiếp kim loại này.
1.6.1.3. Che bằng phản ứng oxi hóa - khử
Trong một số trường hợp có thể che kim loại cản trở bằng cách chuyển
chúng vào trạng thái hóa trị khác. Có thể che bằng cách khử :
Ví dụ: Đối với Fe (III) bằng cách thêm vào hidroxylamin hoặc axit
ascorbic. Những hằng số bền của phức Fe (II) và Fe (III) gần 1010 lần nên
những ion Fe (II) không cản trở phép chuẩn độ.
Có thể khử sắt khi che bằng CN', khi đó ion [Fe(CN)6]4" tạo thành cản
trở ít hơn so với ion màu [Fe(CN)6]3~có tính oxi hóa khá mạnh.
Fe2+ + 6C N ^ [Fe(CN)6]4"

4H+ + [Cd(CN)4]2' + 4CH20 ^

SV: Bùi Thị Thoa

18

Cd2+ + 4HO - CH 2 - CN

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

CH Ư Ơ N G 2
ĐỐI TƯ Ợ N G N G H IÊN

cứu VÀ

KẾT QUẢ

2.1.Xây dựng một số quy trình phân tích hàm lượng một số ion,ửng dụng
trong phân tích thực tế bằng phương pháp chuẩn độ thế tích.
Bài 1: Định lượng độ cứng của nuởc theo 2 dạng: Ca(HC03)2, M g(H C 03)2,
và CaCl2, MgCl 2
Nguyên tắc:
Hỗn hợp ion dung dịch gồm: Ca2+, Mg2+, H C O 3', Cl\
Thí nghiêm 1: Xác định hàm lượng tổng Ca2+, Mg2+ trong nước bằng
phương pháp chuẩn độ trục tiếp bằng EDTA, chỉ thị EriocrondenT, pH = 10,

19

Lớp K37B Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khoa Hóa Học

Trước khi chuẩn độ:
C r + Ag+^

A g C lị

Ks-'= 1010

Phản ứng chuẩn độ: Chuẩn độ lượng Ag+ bằng SCN‘, chỉ thị Fe3+:
Ag+ + S C N '^ AgSCNị
Tại điểm dừng chuẩn độ: Khi dư SCN' thấy xuất hiện màu hồng của
phức FeSCN2+:
Fe3+ + SCN' ^ FeSCN2+
Quy trình thí nghiệm
Chuẩn bi dung cu, hỏa chất
Rửa sạch buret, pipet, bình tam giác, cốc có mỏ, ống đong bằng nước cất
Tráng buret bằng dung dịch chuẩn ở thí nghiệm 1: EDTA, thí nghiệm
2: SCN
Tráng pipet bằng dung dịch chuẩn độ ở mỗi thí nghiệm
Chỉ thị: EriocromdenT, Fe3+
Thí nghiêm 1:
Dùng pipet hút 10 ml (Vo ml) nước cho vào bình tam giác. Thêm 5ml


Cẹ d t a -V ẹ d t a

( 1)

Vo

Thí nghiêm 2:
Số đương lượng Ag+ = số đương lượng c r + số đương lượng SCN
=> C Ag+ . V Ag+ = Cd". Vo 4- Cscn . VSCN—>

^

_ CAg+ - VAg+ - CSCN- ■ V s c N -

Uci — ---------------------Vo

=> Độ cứng của nước ở dạng MgCl2 và CaCl2 là:
C Ag+ - V Ag+ _ C SCN_ • V SCN-

(2)

2V0

Từ

(1) và (2)

=> Độ cứng của nước ở dạng