Giáo trình Hóa phân tích 2

Nội dung text: Giáo trình Hóa phân tích 2

1. TRƯỜNG CAO ĐẲNG PHẠM NGỌC THẠCH CẦN THƠ GIÁO TRÌNH HÓA PHÂN TÍCH 2 Dùng cho đào tạo: Trung cấp Ngành: DƯỢC LƯU HÀNH NỘI BỘ BÀI 1 1
2. ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG MỤC TIÊU HỌC TẬP 1.Trình bày được nguyên tắc chung của các phương pháp hóa học phân tích định lượng (HHPTĐL). 2.Phân loại được các phương pháp HHPTĐL và nêu nguyên tắc cơ bản của từng phương pháp đó trong HHPTĐL. NỘI DUNG CHÍNH Nhiệm vụ chính của HHPTĐL là xác định chính xác hàm lượng của nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố có trong đối tượng phân tích (mẫu thử) Trong ngành Dược, HHPTĐL dùng để thử độ tinh khiết của các nguyên liệu làm thuốc, kiểm nghiệm các chế phẩm bào chế và phục vụ công tác nghiên cứu dược liệu, hóa dược,.. I. NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP HHPTĐL Các phương pháp HHPTĐL đều dựa trên cơ sở của các phản ứng hóa học, các định luật hóa học như định luật thành phần không đổi, định luật bảo toàn khối lượng, để xác định hàm lượng của nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố có trong mẫu thử. Khi cần định lượng chất A, ta có thể cho tác dụng với thuốc thử B để tạo thành sản phẩm C và D theo phương trình tổng quát: A + B  C + D - Nếu C hoặc D là chất kết tủa, có thể định lượng A thông qua định lượng C hoặc D( lấy riêng tủa C hoặc D đem cân, cân cứ vào thành phần không đổi của C hoặc D để tính ra A). Ví dụ: để xác định hàm lượng FeCl3 ta cho phản ứng với NaOH dư FeCl3 + NaOH  Fe(OH)3 + 3NaCl Sau đó đem lọc lấy kết tủa, rửa, sấy và nung khô: 2Fe(OH)3  Fe2O3 + H2O Từ khối lượng Fe2O3 ta tính được hàm lượng FeCl3 có trong mẫu phân tích. - Cũng có thể định lượng A thông qua định lượng B vì phản ứng giữa A và B có tỷ lệ trao đổi thành phần phân tử nhất định, dùng chỉ thị màu để biết phản 2
3. ứng kết thúc với A dùng hết bao nhiêu B, từ lượng chất B suy ra lượng chất A.Kỹ thuật này được gọi là phương pháp phân tích thể tích. Dựa vào nguyên tắc trên, người ta dùng các phương pháp khác nhau, tùy theo phương tiện, mức độ chính xác và yêu cầu của từng phản ứng hóa học. II. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG: Có thể phân chia các phương pháp định lượng thành hai loại: các phương pháp hóa học và các phương pháp vật lý, hóa lý. 2.1.Phương pháp hóa học: Phương pháp hóa học có ưu điểm cơ bản là tương đối đơn giản và dễ làm so với phương pháp vật lý và hóa lý, mức độ chính xác không cao hơn, tốn thời gian. Dựa trên mối liên quan giữa tính chất hóa học và thành phần hóa học của chất cần phân tích.Phương pháp hóa học gồm có: 2.1.1.Phương pháp phân tích khối lượng (PTKL) Phương pháp PTKL dựa vào sự đo khối lượng chất cần xác định dưới dang hợp chất có thành phần không đổi bằng cân phân tích, từ đó tính được khối lượng chất cần định lượng. 2.1.2.Phương pháp phân tích thể tích (PTTT) Phương pháp PTTT dựa vào việc đo thể tích thuốc thử (có nồng độ chính xác) đã dùng để tác dụng vừa đủ với DD cần xác định, từ đó tính ra lượng chất cần định lượng. Tùy theo phản ứng hóa học được dùng trong quá trình tiến hành mà chia thành nhiều phương pháp: phương pháp acid-bazơ, phương pháp kết tủa, phương pháp oxy hóa khử 2.2. Phương pháp vật lý và hóa lý: 2.2.1. Phương pháp vật lý: Là những phương pháp phân tích dựa trên việc đo các tín hiệu vật lý của các chất phân tích như phổ phát xạ, độ phóng xạ, phương pháp này có độ nhạy rất cao nhưng cũng có nhược điểm là không phải nguyên tố nào cũng xác định được. 3
4. 2.2.2. Phương pháp hóa lý: Là những phương pháp kết hợp việc thực hiện các phản ứng hóa học, sau đó dùng máy để đo các tín hiệu vật lý của hệ phân tích như độ hấp thụ ánh sáng, độ phát quang, độ dẫn điện, độ đục, độ nhớt, Các phương pháp vật lý và hóa lý có thể chia thành các nhóm sau: - Các phương pháp phân tích điện hóa. - Các phương pháp phân tích quang học. - Các phương pháp sắc ký. - Các phương pháp phóng xạ, Các phương pháp vật lý và hóa lý đòi hỏi phải dùng những máy đo phức tạp, vì vậy chúng có tên chung là các phương pháp phân tích dụng cụ. CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ 1. 1.Trình bày được nguyên tắc chung của các phương pháp hóa học phân tích định lượng (HHPTĐL) ? 2. Phân loại được các phương pháp HHPTĐL và nêu nguyên tắc cơ bản của từng phương pháp đó ? BÀI 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG MỤC TIÊU HỌC TẬP 1. Trình bày được nguyên tắc chung của phương pháp phân tích khối lượng? 4
5. 2. Trình bày được các phương pháp phân tích khối lượng và cách tính kết quả cho từng phương pháp? 3. Mô tả các thao tác cơ bản trong phân tích khối lượng? NỘI DUNG CHÍNH I. NGUYÊN TẮC CHUNG Phương pháp phân tích khối lượng(còn gọi là phương pháp cân) là phương pháp dựa trên cơ sở chất cần xác định được tách ra khỏi những chất khác có trong mẫu phân tích dưới dạng tinh khiết. Qúa trình tách có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau( hóa học hay vật lý), người ta cân sản phẩm tạo thành và từ đó xác định hàm lượng của chất cần xác định. II. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP PTKL: 2.1. Phương pháp kết tủa: Dùng phản ứng tạo tủa để tách các chất cần xác định ra khỏi dung dịch phân tích, tủa được lọc, rửa, sấy và nung đến khối lượng không đổi. Từ khối lượng mẫu ban đầu và khối lượng tủa cân được, ta tính ra hàm lượng chất cần xác định theo công thức: Fb. P .100 a P là hàm lượng % F là hệ số chuyển (thừa số chuyển) b là khối lượng tủa sau khi nung (g) a là khối lượng mẫu ban đầu (g). Hệ số chuyển F là tỉ số giữa khối lượng mol phân tử của chất cần xác định (hoặc khối lượngM chất mol cần nguyênxác định tử) với khối lượng mol phân tử của tủa (sau khi nung). M tủa (sau khi nung) F = 5
6. Ví dụ: Định lượng natri sulfat trong natri sulfat khan như sau: cân chính xác a gam natri sulfat khan, hòa tan hoàn toàn trong nước, lấy toàn bộ dd thu được này tác dụng với một lượng TT dư là dd bari clorid, thu tủa bari sulfat, lọc, rửa, sấy, nung đến khối lượng không đổi, cân được b gam . Vậy hàm lượng Na2SO4 trong Na2SO4 khan là? Fb. P .100 Na24 SO a M Na24 SO .b M BaSO P 4 .100 Na24 SO a 2.2. Phương pháp bay hơi: Phương pháp bay hơi dùng để xác định chất dễ bay hơi bằng cách lấy mẫu phân tích, xử lý bằng nhiệt độ hay thuốc thử thích hợp để cho chất cần phân tích bay hơi rồi xác định hàm lượng của nó dựa vào độ tăng khối lượng của bình đựng chất hấp phụ hay độ giảm khối lượng của bình sau khi chưng cất. Phương pháp bay hơi có hai loại: 2.2.1. Phương pháp bay hơi bằng nhiệt (Phương pháp bay hơi gián tiếp) Dùng nhiệt độ thích hợp để làm bay hơi hoàn toàn chất cần xác định. Từ khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy, ta tính được chất đã bay hơi (hoặc tính tỷ lệ %). Phương pháp này còn gọi là phương pháp “giảm khối lượng do sấy khô”. Công thức: ab C .100 a C là hàm lượng % chất bay hơi. a là khối lượng mẫu trước khi sấy (g) b là khối lượng mẫu sau khi sấy (g) Phương pháp này được sử dụng để xác định độ ẩm của dược liệu, hóa chất và nước kết tinh. 6
7. II.1.2.Phương pháp bay hơi do thuốc thử (Phương pháp bay hơi trực tiếp) Dùng thuốc thử dư để làm bay hơi chất cần phân tích. Toàn bộ lượng chất bay hơi được giữ lại ở bình hấp thụ, dựa vào sự tăng khối lượng bình hấp thụ, tính hàm lượng phần trăm của chất bay hơi trong mẫu thử . Công thức: mm C 21.100 a C là hàm lượng % chất bay hơi. m1 là khối lượng của bình trước khi hấp thụ (g) m2 là khối lượng của bình sau khi hấp thụ (g) Ví dụ: Để xác định hàm lượng CO2 trong muối carbonat, ta cho muối đó phản ứng với acid để giải phóng ra khí CO2.Khí CO2 được dẫn qua một bình đựng Ca(OH)2 đã biết trước khối lượng. CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O III. CÁC THAO TÁC CHUNG TRONG PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG Quá trình phân tích một chất theo phương pháp PTKL phải thực hiện các thao tác cơ bản sau: 3.1. Chọn và cân mẫu: Kết quả của phương pháp PTKL phụ thuộc nhiều vào việc chọn và cân mẫu.Mẫu phân tích được cân chính xác bằng cân phân tích. Lượng cân phải tính toán sao cho không quá bé vì sẽ mắc sai số khi cân, mặc khác cũng không quá lớn vì sẽ thu được nhiều kết tủa làm mắc thời gian khi lọc, rửa, 3.2. Hòa tan mẫu: Với mẫu rắn, thường dùng dung môi là nước để hòa tan mẫu. Chú ý dùng tia nước cất để tráng kỹ chén cân, khuấy kĩ đến khi chất rắn tan hết.Trường hợp chất rắn không tan hết trong nước thì dùng dung dịch kiềm hay acid để hòa tan. 3.3. Kết tủa Dùng thuốc thử để kết tủa nguyên tố cần xác định, lượng thuốc thử phải dư để kết tủa được hoàn toàn.Phải tạo điều kiện cho kết tủa thành tinh thể lớn để tủa 7
8. dễ lọc, dễ rửa( bằng cách đun nóng, cho thuốc thử chậm, hoặc để yên tủa một thời gian). 3.4. Lọc và rửa tủa: Lọc: Dùng phễu thủy tinh hay phễu sứ xốp để lọc. Giấy lọc phải chọn loại thích hợp( giấy không tro, băng xanh hay băng trắng, kích thước phù hợp với tủa ). Rửa tủa: Nên kết hợp rửa tủa trong quá trình lọc.Khi lọc phải gạn lớp dd trong, sau dùng nước cất rửa tủa nhiều lần, chuyển tủa lên giấy lọc. Tiến hành rửa tủa đến khi nước rửa không phản ứng với các ion tạp chất trong tủa. 3.5. Sấy và nung tủa: Tủa được sấy từ từ cho khô, chuyển tủa vào chén nung ( đã biết khối lượng). Nung tủa ở nhiệt độ thích hợp đến khối lượng không đổi. 3.6. Cân và tính kết quả: Chú ý: Trước khi cân, cần đưa vật cân vào bình hút ẩm khoảng 20 phút để đưa về nhiệt độ phòng. Các phép cân bao giờ cũng được tiến hành nhiều lần và lấy giá trị trung bình( loại bỏ kết quả bất thường), các kết quả cân không được làm tròn vì sai số của cân phân tích rất nhỏ. Tùy theo cách lựa chọn để tiến hành một phép định lượng cụ thể mà sử dụng một trong các công thức tính kết quả trên. CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ 1. Trình bày nguyên tắc chung, cách phân loại, nguyên tắc và cách tính kết quả trong phương pháp PTKH? 2. Trình bày trình tự và nội dung các thao tác chung trong quá trình phân tích một chất theo phương pháp PTKL? 3. Hòa tan hoàn toàn 1,7302 gam Na2SO4 khan trong nước, acid hóa bằng HCl, cho từ từ dd BaCl2 5% đến dư.Đun cách thủy cho phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc, rửa tủa, sấy khô, nung đến khối lượng không đổi, cân lượng chất rắn thu được 2,8362 gam. Tính hàm lượng Na2SO4 trong Na2SO4 khan? 4. Cân chính xác 1,5738 gam NaCl, sấy đến khối lượng không đổi, cân lại được 1,4779 gam.Tính độ ẩm của NaCl? 8
9. BÀI 3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH MỤC TIÊU HỌC TÂP 1. Trình bày được nội dung, điểm tương đương, điểm kết thúc, phân loại và yêu cầu đối với phản ứng dùng trong phân tích thể tích. 2. Trình bày qui tắc chung và cách tính các kết quả định lượng theo nồng độ đương lượng NỘI DUNG CHÍNH I. NGUYÊN TẮC CHUNG: Phân tích thể tích là một phương pháp định lượng hóa học dựa vào thể tích dung dịch chuẩn (đã biết chính xác nồng độ) dùng để phản ứng vừa đủ với một thể tích chính xác dung dịch thử (chưa biết nồng độ). Từ thể tích, nồng độ của dung dịch chuẩn và thể tích dung dịch thử tính được nồng độ dung dịch thử cần định lượng. Phản ứng giữa A và B xảy ra hoàn toàn: A + B → C + D Sự thêm từ từ dung dịch chuẩn A trên buret vào dung dịch thử B dưới bình nón (có thể tích xác định) gọi là sự chuẩn độ. Thời điểm dung dịch chuẩn A cho vào đủ để phản ứng vừa hết toàn bộ dung dịch thử B gọi là điểm tương đương. Để xác định điểm tương đương trong chuẩn độ thể tích người ta sử dụng một trong các chất tham gia phản ứng hoặc thêm vào chất phụ có thể gây ra các hiện tương quan sát được (ví dụ: đổi màu dung dịch, xuất hiện kết tủa, thay đổi màu tủa ) xảy ra ở lân cận điểm tương đương gọi là chất chỉ thị. So với phương pháp phân tích khối lượng thì phương pháp phân tích thể tích có độ chính xác không cao, nhưng vẫn đạt được mức yêu cầu cần thiết. Mặc khác, phương pháp này thực hiên đơn giản và nhanh hơn nên vẫn được sử dụng hiện nay. II. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI MỘT PHẢN ỨNG DÙNG TRONG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH: - Phản ứng phải xảy ra nhanh và hoàn toàn. - Phản ứng phải có tính chọn lọc cao, nghĩa là chỉ xảy ra giữa dung dịch thử 10