›
›

Giáo trinh Phân tích bằng điện hóa (Phần 1)

pdf 52 trang hapham 70
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trinh Phân tích bằng điện hóa (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_phan_tich_bang_dien_hoa_phan_1.pdf

Nội dung text: Giáo trinh Phân tích bằng điện hóa (Phần 1)

  1. BỘ LAO ĐỘNG - THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ Dự án giáo dục kỹ thuật và dạy nghề (VTEP) Logo Sách hƣớng dẫn giáo viên Mơ đun: PHÂN TÍCH BẰNG ĐIỆN HĨA Mã số: HD C Nghề: PHÂN TÍCH DẦU THƠ, KHÍ VÀ CÁC SẢN PHẨM LỌC DẦU Trình độ: lành nghề Hà Nội - 2004 1
  2. Tuyên bố bản quyền: Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình. Cho nên các nguồn thơng tin cĩ thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác cĩ ý đồ lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Tổng cục dạy nghề sẽ làm mọi cách để bảo vệ bản quyền của mình. Tổng cục dạy nghề cám ơn và hoan nghênh các thơng tin giúp cho chúng tơI sửa chữa,hiệu đính và hồn thiện tốt hơn tàI liệu này. Địa chỉ liên hệ: Dự án giáo dục kỹ thuật và nghề nghiệp Tiểu ban Phát triển Chƣơng trình Học liệu . Mã tài liệu: Mã quốc tế ISBN: 2
  3. LỜI TỰA (Vài nét giới thiệu xuất xứ của chƣơng trình và tài liệu) Tài liệu này là một trong các kết quả của Dự án GDKT-DN (Tĩm tắt nội dung của Dự án) Sách hƣớng dẫn giáo viên là tài liệu hƣớng dẫn giảng dạy cho từng mơ đun/mơn học trong hệ thống mơ đun và mơn học đào tạo cho nghề phân tích dầu thơ và các sản phẩm lọc dầu ở cấp độ lành nghề Các thơng tin trong tài liệu cĩ giá trị hƣớng dẫn giáo viên thiết kế và tổ chức các bài dạy cho mơ đun/mơn học một cách hợp lý. Giáo viên vẫn cĩ thể thay đổi hoặc điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện và bối cảnh thực tế trong quá trình đào tạo . Đây là tài liệu thử nghiệm sẽ đƣợc hồn chỉnh để trở thành Sách hƣớng dẫn giáo viên chính thức trong hệ thống dạy nghề. Hà nội, ngày . tháng . năm . Giám đốc Dự án quốc gia 3
  4. MỤC LỤC Đề mục Trang LỜI TỰA 3 GIỚI THIỆU VỀ MƠ ĐUN 5 Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun 5 Mục tiêu của mơ đun 5 Mục tiêu thực hiện của mơ đun 5 Nội dung chínhcác bài của mơ đun 6 CÁC HÌNH THỨC DẠY VÀ HỌC 7 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HỒN THÀNH MƠ ĐUN 8 LIỆT KÊ CÁC NGUỒN LỰC CẦN THIẾT CHO MƠ ĐUN 9 TỔ CHỨC THỰC HIỆN BÀI DẠY 10 BÀI 1. CƠ SỞ CHUNG VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HĨA 10 BÀI 2. THIẾT BỊ - DỤNG CỤ PHÂN TÍCH ĐIỆN HĨA Mã bài:HDH2 15 BÀI 3. LẤY MẪU, CHUẨN BỊ MẪU VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ Mã bài: HD H3 21 BÀI 4. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ DẪN Mã bài: HD H4 28 BÀI 5. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HỐ Mã bài: HD H5 39 BÀI 6. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN LƢỢNG Mã bài: HDH6 53 BÀI 7. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CỰC PHỔ Mã bài: HDH7 68 HOẠT ĐỘNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA TỒN BÀI 77 CÁC TÀI LIỆU ĐI KÈM CHO MƠ ĐUN 78 NHỮNG GỢI Ý VỀ TÀI LIỆU PHÁT TAY 86 KẾ HOẠCH VÀ CÁCH THỨC ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP MƠ ĐUN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 4
  5. GIỚI THIỆU VỀ MƠ ĐUN Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun Phân tích điện hố là phƣơng pháp hố lý sử dụng các phản ứng hố học kèm theo sự thay đổi các tính chất vật lý cuả hệ phân tích, sử dụng máy mĩc thiết bị tinh vi đây là phƣơng pháp phân tích cĩ tính chọn lọc, cho phép xác định chất cần phân tích với hàm lƣợng nhỏ và vết, phân tích hàng loạt mẫu trong thời gian ngắn, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các phịng thí nghiệm hiện đại để phân tích mẫu nƣớc, mẫu dung dịch, Ngành cơng nghiệp hố lọc dầu tiêu thụ lƣợng nƣớc rất lớn nƣớc cho quá trình hố dầu, nƣớc cung cấp cho nồi hơi Nƣớc cung cấp cho các mục đích sử dụng này địi hỏi phải đảm bảo chất lƣợng nhất định, ví dụ: nƣớc dùng cho lị hơi nếu khơng đảm bảo chất lƣợng thì sẽ gây nổ lị hơi Bên canh đĩ, quá trình lọc dầu cũng thải ra một lƣợng nƣớc thải rất lớn. Để đảm bảo khơng gây ơ nhiễm thì nƣớc thải này cũng cần thiết kiểm tra nghiêm ngặt trƣớc khi thải ra mơi trƣờng. Mục tiêu của mơ đun Đào tạo cho học viên cĩ đủ kiến thức về lý thuyết, kỹ năng thực hành, cách làm việc trong với máy mĩc thiết bị dùng trong phân tích độ dẫn, phân tích điện thế, điện lƣợng và cực phổ để thực hiện phép phân tích gồm : - Hiểu đƣợc bản chất của phƣơng pháp phân tích điện hố. - Phân tích mẫu sản phẩm kiểm nghiệm - Biết xử lý số liệu - Đánh giá chất luợng của mẫu sản phẩm kiểm nghiệm thơng qua số liệu phân tích đuợc. Mục tiêu thực hiện của mơ đun Khi hồn thành này học viên cĩ khả năng: - Hiểu và biết đƣợc cơ sở lý thuyết cuả các phƣơng pháp phân tích điện hố. - Sử dụng thành thạo các thiết bị dùng trong phân tích điện hố: máy chuẩn độ điện thế, máy đo độ dẫn, cực phổ - Thực hiện thành thạo các bài thí nghiệm cuả mơđun bằng các phƣơng pháp phân tích điện hố. - Xử lý số liệu vẽ các đƣờng cong chuẩn độ, xác định các điểm uốn chuẩn độ và bƣớc nhảy thế. 5
  6. - Đánh giá chất luợng của mẫu sản phẩm kiểm nghiệm. - Thực hiện các thí nghiệm trong PTN. Nội dung chínhcác bài của mơ đun Thời luợng (tiết) Các hình thức Danh mục các bài học Lý thuyết Thực hành khác Bài 1:Cơ sở chung các phƣơng 2 0 pháp phân tích điện hố Bài 2: Thiết bị - dụng cụ phân 2 10 tích điện hố Bài 3: Lấy mẫu, chuẩn bị mẫu, 2 5 xử lý kết quả Bài 4: Phân tích độ dẫn 5 25 Bài 5: Phân tích điện hố 12 30 Bài 6: Phân tích điện lƣợng 3 10 Bài 7: Phân tích cực phổ 4 10 6
  7. CÁC HÌNH THỨC DẠY VÀ HỌC Hoạt động 1. Học trên lớp về: - Cơ sở lý thuyết của quá trình phân tích điện hố, các khái niệm, định nghĩa phƣơng trình, cơng thức tính tốn, các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân tích điện hố. - Tìm hiểu về các loại điện cực (chỉ thị và so sánh), phân tích ƣu nhƣợc điểm. - Tìm hiểu về phƣơng pháp phân tích trên máy đo độ dẫn, đo điện thế, đo điện lƣợng và thiết bị đo cực phổ. - Cách tổ chức thực hiện, các phép phân tích. Hoạt động 2: Tự nghiên cứu tài liệu liên quan đến kỹ thuật phân tích điện hố, trình tự tiến hành phép phân tích trong phịng thí nghiệm do giáo viên hƣớng dẫn. Hoạt động 3: Xem trình diễn và thực hành việc sử dụng các dụng cụ, trang thiết bị phụ trợ. Hoạt động 4: Thực hành thao tác phép phân tích trên máy đo độ dẫn, đo điện thế, đo điện lƣợng và thiết bị đo cực phổ với các mẫu chuẩn và mẫu phân tích. Hoạt động 5: Thảo luận kết quả thu đuợc. Tính tốn và đánh giá kết quả. Tìm các điều kiện tối ƣu cho phép phân tích. 7
  8. YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HỒN THÀNH MƠ ĐUN Về kiến thức - Vận dụng đuợc các kiến thức về lý thuyết phân tích điện hố dùng trong phân tích các mẫu sản phẩm kiểm nghiệm. - Giải thích đƣợc đầy đủ các hiện tƣợng dị thƣờng trong phép phân tích và tìm ra nguyên nhân. - Mơ tả chính xác cấu hình và nguyên lý vận hành của các thiết bị dùng trong phân tích điện hố trong phịng thí nghiệm. Về kỹ năng - Sử dụng thành thạo và đúng kỹ thuật thiết bị phân tích điện hố trong phịng thí nghiệm. - Bảo quản và bảo dƣỡng dụng cụ phịng thí nghiệm. - Pha hĩa chất an tồn. - Tính tốn dự trù vật tƣ, nguyên liệu cho các thí nghiệm. Về thái độ - Nghiêm túc trong việc sử dụng và bảo dƣỡng các thiết bị máy mĩc và dụng cụ. - Luơn chủ động kiểm tra và đảm bảo về an tồn phịng thí nghiệm. - Chủ động xem xét tình trạng dụng cụ, thiết bị và hĩa chất trong phịng thí nghiệm. - Nhắc nhở đồng nghiệp đảm bảo về an tồn phịng thí nghiệm. 8
  9. LIỆT KÊ CÁC NGUỒN LỰC CẦN THIẾT CHO MƠ ĐUN Vật liệu - Các hố chất thơng dụng tinh khiết dùng cho phịng thí nghiệm: HCl, H3PO4, NaOH, H2C2O4, AgNO3, CO2, FeCl2, Pb(NO3)2 theo từng bài thí nghiệm. - Các sản phẩm dầu mỏ. Dụng cụ và thiết bị - Máy đo độ dẫn - Máy chuẩn độ điện thế - Máy đo điện lƣợng - Máy đo cực phổ - Máy khuấy từ, cá từ - Điện cực các loại - Dụng cụ thơng thƣờng: buret, cốc chuẩn độ, pipet, buret, 9
  10. TỔ CHỨC THỰC HIỆN BÀI DẠY CƠ SỞ CHUNG VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HĨA Mã bài: HDH1 Hình thức 1: giảng giải và đƣa ra các ví dụ minh họa - Giảng về cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp phân tích điện hố. - Các ứng dụng của các phƣơng pháp phân tích điện hố. 1. Khái niệm Phản ứng điện hố chủ yếu xảy ra trong bình điện phân. Lập một bình điện phân gồm hai điện cực anot (A) và catot (C) nhúng vào dung dịch điện giải và nối hai điện cực này vào nguồn điện một chiều. Năng lƣợng cung cấp bởi nguồn điện phải đủ lớn để cĩ đƣợc phản ứng khử (ở catot) hoặc oxy hĩa (ở anot). Điện tử do nguồn điện cung cấp đến điện cực C, nếu thế ở C đủ bé ta cĩ phản ứng khử: - OX1 + ne Kh1 Đồng thời ở A, chất khử Kh2 cho điện tử tạo ra chất OX2: - Kh2 - ne OX2 Các hiện tƣợng xảy ra trong bình điện phân: - Sự trao đổi điện tử ở điện cực nhanh hay chậm tùy theo bản chất cuả mỗi phản ứng (ở catot nhận điện tử, anot nhƣờng điện tử). - Sự truyền khối là hiện tƣợng ion trong lịng dung dịch đi về phía điện cực do sự khuếch tán, đối lƣu, điện di. Vận tốc truyền khối lớn hay nhỏ cũng ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng điện hố. Vì vậy, phản ứng điện hố tùy thuộc vào các yếu tố sau: Thế điện cực, vận tốc trao đổi điện tử ở điện cực và vận tốc truyền khối. Vận tốc trao đổi điện tử và truyền khối cĩ những giá trị nhất định, biến thiên giữa các giới hạn xa nhau. 1.1. Phƣơng pháp điện phân 10
  11. 1.1.1. Phƣơng pháp điện lƣợng Nguyên lý cuả phƣơng pháp dựa trên cơ sở các định luật Faraday, ngƣời ta dựa vào lƣợng điện tiêu tốn trong thời gian phản ứng điện hố xảy ra mà suy ra lƣợng chất đã tham gia phản ứng. Phƣơng pháp này cịn chia: Điện lƣợng trực tiếp và gián tiếp. Điều kiện tiên quyết để cĩ thể áp dụng phƣơng pháp này là hiệu suất dịng điện phải gần 100%. 1.1.2. Phƣơng pháp điện phân Đây là phƣơng pháp phân tích điện hố đầu tiên dùng để xác định lƣợng ion kim loại trong dung dịch. Nguyên tắc: chỉ cần chọn thế, mật độ dịng, pH dung dịch thích hợp để kết tụ hồn tồn kim loại bên catot (hoặc oxy hố hết kim loại bên anot). - Phƣơng pháp nội điện phân, dịng điện một chiều đƣợc sinh ra khi nhúng một cặp ganvanic vào dung dịch phân tích. - Phƣơng pháp điện phân cĩ dịng gọi là điện trọng lƣợng. Sự tách chất trên điện cực xảy ra dƣới tác dụng của dịng điện một chiều nhận đƣợc từ nguồn ngồi. Nếu dung dịch chỉ chứa một ion kim loại bị khử ở catot thì sự điện phân khơng gặp trở ngại gì, nhƣng khi dung dịch chứa nhiều ion kim loại thì vấn đề đƣợc đặt ra là làm thế nào cĩ thể khử hoặc oxy hố một cách chọn lọc. Việc sử dụng thế, pH, ligand thích hợp cho phép đạt đƣợc yêu cầu này. Điện phân với thế kiểm sốt (thay đổi theo yêu cầu) đã trở thành một phƣơng pháp phân tích khá thơng dụng nhƣng khơng đƣợc sử dụng nhiều. Ƣu điểm cuả phƣơng pháp điện trọng lƣợng so với phƣơng pháp điện lƣợng là hiệu suất dịng khơng nhất thiết đạt 100%. Ngồi ra, nếu khống chế đƣợc thế điện cực ta cĩ thể tách và xác định số lƣợng lớn các kim loaị. 1.2. Phƣơng pháp phân tích điện thế Phƣơng pháp phân tích điện hố chỉ dùng sự trao đổi điện tử ở điện cực. 1.2.1. Phƣơng pháp điện thế kế Dựa trên phƣơng trình Nersnt RT (Ox) E E 0 ln Đo E ta suy ra (Ox) hay (Kh) nF ( Kh ) Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng để đo pH và hoạt độ một số ion bằng những điện cực đặc biệt gọi là điện cực chọn lọc, điện cực loại này cĩ thể chỉ tùy thuộc hoạt độ của một ion nhất định. 1.2.2. Phƣơng pháp chuẩn độ điện thế 11
  12. Chuẩn độ điện thế là phép phân tích dƣạ trên việc đo sự biến thiên cuả thế trong quá trình chuẩn độ dung dịch nghiên cứu. Trong phƣơng pháp này ta sử dụng hai điện cực, điện cực so sánh và một điện cực chỉ thị. Tùy theo loaị điện cực chỉ thị và sản phẩm tạo thành mà ngƣời ta chia ra làm các phƣơng pháp chuẩn độ điện thế khác nhau: chuẩn độ kết tuả, tạo thành phức chất ít phân ly, oxi hố khử, axit-bazơ. 1.3. Phƣơng pháp phân tích điện hố dựa trên sự truyền khối Sự truyền khối (ion di chuyển từ lịng dung dịch đến điện cực) cĩ thể thực hiện bằng sự khuếch tán, điện di, khuấy cơ học. 1.3.1. Phƣơng pháp đo độ dẫn điện Đây là phƣơng pháp phân tích điện hố dựa trên sự truyền khối bằng cách điện di. Độ dẫn điện cuả dung dịch tùy thuộc các yếu tố nĩi trên và tùy thuộc tổng số ion cĩ trong dung dịch. Bằng cách đo độ dẫn điện cuả dung dịch khi thay thế một ion này bằng một ion khác cĩ vận tốc khác hẳn ion trƣớc, vẽ đƣờng độ dẫn theo thể tích dung dịch chuẩn R thêm vào từ đĩ xác định điểm tƣơng đƣơng và nồng độ dung dịch cần xác định. 1.3.2. Phƣơng pháp cực phổ Trong phƣơng pháp này, sự truyền khối chỉ thực hiện bằng sự khuếch tán. Đây là phƣơng pháp phân tích điện hố rất quan trọng do J. Heyrosky tìm ra năm 1922, trong đĩ dùng các quá trình phân cực trên catot Hg hay trên các catot khác (platin, vàng, cacbon siêu tinh khiết ) Điểm đặc biệt cuả phƣơng pháp này là catot giọt Hg cĩ thể tích thay đổi dần từ 0 đến Vcực đại (giọt rơi) và sau đĩ lại xuất hiện một giọt Hg khác, thế cuả điện cực này giảm dần theo thời gian. Đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc giữa dịng điện chạy qua tế bào cực phổ và thế đặt vào đƣợc gọi là đƣờng von-ampe hay đƣờng phân cực. Đƣờng này vừa cho biết bản chất cuả ion phĩng điện vƣà cho biết nồng độ ion ấy. Thế bán sĩng là thế ứng với nửa chiều cao sĩng cực phổ, khơng phụ thuộc vào nồng độ ion bị khử mà chỉ phụ thuộc vào bản chất cuả chất đĩ. Thế bán sĩng đặc trƣng cho mỗi ion nên ta cĩ thể dựa vào thế này để định tính chúng. Mặt khác, thế bán sĩng phụ thuộc nhiều vào mơi trƣờng nên ta cĩ thể sử dụng các dung dịch nền để xác định riêng biệt từng ion. 2. Tổng quan về các ứng dụng cuả phép phân tích điện hĩa 2.1. Ứng dụng phƣơng pháp độ dẫn - Xác định hằng số phân ly của các chất điện ly yếu - Xác định độ hồ tan cuả những chất khĩ tan 12
  13. - Xác định thành phần phức chất - Phân tích chuẩn độ độ dẫn o Chuẩn độ axit –bazơ . Axit mạnh bằng bazơ mạnh, axit yếu bằng bazơ yếu . Axit yếu bằng bazơ mạnh, hỗn hợp axit bằng bazơ o Chuẩn độ kết tuả 2.2. Các ứng dụng cuả phƣơng pháp điện thế Phƣơng pháp chuẩn độ điện thế đƣợc áp dụng rộng rãi cho nhiều loại phản ứng khác nhau: - Phản ứng trung hồ: Phép chuẩn độ axit bazơ điện thế đặc biệt thuận tiện khi phân tích hỗn hợn axit hay bazơ đa chức vì nĩ tách ra đƣợc ở điểm cuối chuẩn độ. - Phản ứng kết tuả: Theo dõi sự biến thiên nồng độ cuả ion trong dung dịch phân tích khi thêm một tác chất tạo thành kết tuả với ion cần xác định, đo thế E giữa một điện cực chỉ thị và điện cực so sánh. Cĩ thể chuẩn độ Br-, Cl-, I-, SCN-, S2-, ferro, ferri cyanua, chuẩn độ 1 hoặc 2 ion nĩi trên với điều kiện hai muối cĩ độ tan khác nhau khá nhiều. - Chuẩn độ phức chất: Để phát hiện điểm cuối trong chuẩn độ tạo phức hồ tan cĩ thể sử dụng điện cực kim loaị và điện cực màng. Điện cực Hg đặc biệt sử dụng khi chuẩn độ bằng dung dịch EDTA (Y4-). Các cation Mn+ tạo phức với Y4- ít bền hơn so với HgY2-. Điện thế cuả điện cực này chỉ tùy thuộc vào Mn+ nên điện cực này cĩ thể dùng làm điện cực chỉ thị Mn+. - Chuẩn độ oxy hố khử: Thế điện cực cuả phƣơng pháp chuẩn độ oxy hố khử đƣợc xác định bằng tỉ số nồng độ các dạng oxy hố và khử cuả các chất tƣơng tác. - Chuẩn độ tự động, chuẩn độ vi phân 2.3. Ứng dụng phƣơng pháp điện phân Phƣơng pháp điện phân ứng dụng trong hố phân tích với nhiều mục đích khác nhau. Các ứng dụng quan trọng cĩ thể liệt kê: - Tách các tạp chất, ion ảnh hƣởng khỏi dung dịch trong một qui trình phân tích. - Phân tích định lƣợng: o Điện phân trọng lƣợng: Kết tụ kim loaị và kết tụ muối ít tan. 13
  14. o Chuẩn độ điện lƣợng: Chuẩn độ axit –bazơ, chuẩn độ kết tuả, chuẩn độ phức chất và chuẩn độ oxy hố khử. 2.4. Ứng dụng cuả phƣơng pháp cực phổ Phƣơng pháp cực phổ ứng dụng trong hố phân tích để định tính và định lƣợng cation kim loại, anion và các chất hữu cơ chứa trong dung dịch mẫu. Nĩ đƣợc đặc biệt ứng dụng để xác định hàm lƣợng các chất trong khoảng từ vài miligam cho đến vài nanogam. Gợi ý các khía cạnh và mức độ: - Phải giảng cho học viên nắm vững cơ sở lý thuyết của các quá trình phân tích điện hố. - Ý nghĩa của phân tích điện hố trong phân tích mẫu kiểm nghiệm. - Tổng quan về các ứng dụng của phƣơng pháp phân tích điện hố. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá sự hiểu biết của học viên đối với phƣơng pháp phân tích điện hố bằng các hình thức trao đổi thảo luận. Học viên trả lời trực tiếp qua các câu hỏi. Hình thức 2: tổ chức nghiên cứu tài liệu và thảo luận nhĩm - Tổ chức thảo luận về cơ sở lý thuyết của quá trình phân tích điện hố. Cập nhật các thơng tin về các kỹ thuật mới trong phân tích điện hố (cực phổ, cực phổ xung vi phân, chuẩn độ ampe ). - Hƣớng dẫn học viên nhận xét các hiện tƣợng xảy ra trong bình điện phân. Gợi ý các khía cạnh và mức độ: - Các hiện tƣợng xảy ra trong bình điện phân. - Phải làm cho học viên nắm vững đƣợc cơ sở lý thuyết của phép phân tích độ dẫn, điện thế, điện lƣợng và cực phổ, các khái niệm, các nguyên tắc - Các học viên phải nhận biết đƣợc ý nghĩa và ứng dụng của từng phép phân tích điện hố. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá kiến thức của học viên qua bài kiểm tra về lý thuyết. cho điểm từng phần. 14
  15. BÀI 2. THIẾT BỊ - DỤNG CỤ PHÂN TÍCH ĐIỆN HĨA Mã bài:HDH2 Hình thức 1: giảng về thiết bị và dụng cụ cần thiết trong phép phân tích điện hĩa - Giảng nguyên lý hoạt động máy chuẩn độ điện thế, máy đo độ dẫn, máy cực phổ - Cách sử dụng máy chuẩn độ điện thế, máy đo độ dẫn, máy cực phổ 1. Nguyên tắc hoạt động máy chuẩn độ điện thế: 1.1. Máy chuẩn độ điện thế 702 SET/MET Titrino 1.1.1. Bật máy và cài đặt các thơng số theo yêu cầu cuả máy - Chọn phƣơng pháp chuẩn độ pH hay m5. - Cài đặt thể tích dung dịch chuẩn mà tại đĩ máy sẽ dừng chuẩn độ, giá trị này sẽ lớn hơn thể tích ở tại điểm tƣơng đƣơng (để tránh việc tràn dung dịch từ cốc chuẩn độ ra ngồi). - Cài đặt giá trị mà khi đạt tới giá trị đĩ máy sẽ dừng chuẩn độ (nếu cĩ). - Xác định điểm tƣơng đƣơng (EP1) và tốc độ chuẩn độ (ml/phút). - Nhập cơng thức tính kết quả vào máy: C01 C02 RS1 EP1 C00 Với: RS1 Kết quả tính tốn (g/l) EP1 Thể tích chất chuẩn ở điểm tƣơng đƣơng C01 Nồng độ chất chuẩn C02 Phân tử lƣợng chất chuẩn C00 Thể tích chất cần phân tích 1.1.2. Chuẩn bị dung dịch chuẩn và chuẩn độ Cân hố chất và pha dung dịch chuẩn, đổ dung dịch chuẩn đã biết nồng độ chính xác vào chai thủy tinh chứa chất chuẩn gắn ở bộ phận thay đổi. - Cắm điện cực so sánh và điện cực chỉ thị vào vị trí vào vị trí Ref. và Ind1 hay Ind2 tùy theo yêu cầu máy và chất cần xác định. - Dùng pipet lấy dung dịch cần xác định vào trong cốc chuẩn độ, pha lỗng dung dịch bằng nƣớc cất, bật khuấy từ để khuấy đều. Nhấn nút START trên máy bắt đầu chuẩn độ. - Trong suốt quá trình chuẩn độ hàng đầu tiên cuả màn hình luơn xuất hiện giá trị vừa đo đƣợc và tổng thể tích dung dịch chuẩn đã thêm vào cốc. 15
  16. - Và khi đã tìm đƣợc điểm tƣơng đƣơng màn hình sẽ xuất hiện EP1. - Máy sẽ tiếp tục chuẩn độ nhanh cho đến khi đạt đƣợc các giá trị tại điểm dừng đã cài đặt (nếu cĩ), kết thúc chuẩn độ. - Cĩ thể dừng chuẩn độ với nút STOP trên máy chuẩn độ. Lúc này màn hình cuả máy chuẩn độ sẽ xuất hiện nhƣ sau: 1.2. Máy pH/mV - Gắn dây nối điện cực chỉ thị và điện cực so sánh vào vị trí pH/ion và Ref. ở sau máy. - Cốc chuẩn độ đƣợc đặt trên máy khuấy từ, các điện cực đƣợc giữ chặt bằng giá đỡ, nhúng vào trong dung dịch chuẩn. Buret chứa chất chuẩn thì đƣợc gắn phía trên miệng cốc chuẩn. - Cho dung dịch cần xác định và cá từ vào cốc chuẩn. - Bật máy rồi chỉnh về vị trí pH hay mV tùy theo yêu cầu chuẩn độ, lúc này màn hình sẽ xuất hiện giá trí pH hay thế cuả dung dịch trong cốc. - Tiến hành chuẩn độ, từ buret cho từ từ dung dịch chuẩn vào cốc, ngừng thêm dung dịch chuẩn, bật khuấy từ để khuấy đều dung dịch, tắt khuấy từ, bật máy pH/mV để đo các giá trị tƣơng ứng, lặp lại quá trình chuẩn độ cho đến hết. 2. Máy đo độ dẫn Máy đo độ dẫn cũng tƣơng tự nhƣ máy đo pH hay máy volt kế khác. Nĩ bao gồm hai bộ phận chính: bộ phận đo độ dẫn và điện cực đo độ dẫn. 2.1. Máy đo độ dẫn cầm tay Cấu tạo đơn giản và gọn nhẹ rất tiện lợi để mang đi thực điạ, điện cực đƣợc gắn trực tiếp vào máy. Khi sử dụng cần thiết phải biết đƣợc các thơng số kỹ thuật cuả máy: - Độ chính xác cuả máy - Khoảng làm việc (xác định độ dẫn) mS/cm - Điện cực đi kèm với máy - Thế cuả máy - Nhiệt độ làm việc cuả máy - Số điểm chuẩn (chuẩn ở 1 hay 2 điểm ) 2.2. Máy đo độ dẫn để bàn 16
  17. - Cốc chứa dung dịch đo độ dẫn đƣợc đặt trên một máy khuấy từ cĩ thể điều chỉnh tốc độ khuấy. - Điện cực đo độ dẫn đƣợc gắn trên giá cố định điện cực, điện cực đƣợc nhúng vào trong cốc chứa dung dịch cần đo độ dẫn, nối với bộ phận điều khiển. Nguyên tắc hoạt động: khá đơn giản chỉ cần bật máy rồi thao tác theo chỉ dẫn cuả từng loại máy. Nhƣng quan trọng khi sử dụng cần thiết phải biết đƣợc các thơng số kỹ thuật cuả máy: - Độ chính xác cuả máy - Khoảng làm việc (xác định độ dẫn) mS/cm - Điện cực đi kèm với máy - Thế cuả máy - Nhiệt độ làm việc cuả máy - Điện trở suất M .cm - Số điểm chuẩn (chuẩn ở 1 hay 2 điểm ) - Cài đặt điểm chuẩn Các thơng số về điện cực sử dụng: thơng thƣờng sử dụng điện cực thép, graphit, Pt. Lớp bảo vệ bao phủ bên ngồi: thủy tinh hoặc nhựa epoxy, polysunfone. Khoảng làm việc cuả điện cực sử dụng và nhiệt độ. Xác định độ dẫn: cho dung dịch cần xác định vào cốc, nhúng điện cực vào trong cốc chứa dung dịch cần xác định bật máy và đọc giá trị khi độ dẫn đã ổn định. Chuẩn độ độ dẫn: cho dung dịch cần xác định vào cốc, nhúng điện cực vào trong cốc chứa dung dịch, gắn buret chứa chất chuẩn vào cốc, bật máy và đọc giá trị độ dẫn mỗi lần thêm dung dịch chuẩn. 3. Máy cực phổ Cực phổ là máy volt kế điện tử gồm một điện cực giọt Hg hoặc là điện cực quay kim loại (Pt, Au, Ag, Pd cĩ thể điều chỉnh tốc độ) gắn với máy đo. Tế bào điện phân là một cốc thủy tinh dùng để chứa dung dịch cần xác định với điện cực chỉ thị và điện cực so sánh nhúng vào trong lịng dung dịch. Nguyên tắc hoạt động: Tùy theo nguyên tố cần xác định mà sử dụng điện cực kim loại quay hay điện cực giọt Hg. Bật máy đo thế và cài đặt các thơng số theo yêu cầu cuả máy. - Nhập giá trị thế đặt vào theo yêu cầu của từng nguyên tố cần xác định - Tốc độ quét mV/giây. 17
  18. - Số điểm trong một lần quét. - Thời gian quét cho một điểm. - Đối với điện cực cần phải điếu chỉnh tốc độ quay (vịng/phút) (đối với điện cực quay) và tốc độ nhỏ giọt (giọt/giây)(đối với điện cực giọt thủy ngân). Tùy theo các yêu cầu mà cĩ thể thu đƣợc các đồ thị và các thơng tin chiều cao cuả peak, diện tích peak, thế bán sĩng 4. Các dụng cụ thí nghiệm thơng thƣờng - Buret, pipet - Bình tam giác, bình định mức, cốc thủy tinh Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Học viên phải nắm vững nguyên tắc hoạt động của từng loại thiết bị. - Ý nghĩa của tế bào điện phân, vai trị của điện cực chỉ thị và so sánh. - Học viên phải sử dụng thành thạo các thiết bị kể trên cũng nhƣ ứng dụng của từng loại thiết bị trong thực tế. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý khả năng tƣ duy, suy luận của học viên: - Học viên trả lời trực tiếp qua các câu hỏi. - Chỉ dẫn các bộ phận chức năng của từng bộ phận trên máy đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế và cực phổ. Hình thức 2: tổ chức nghiên cứu tài liệu và thảo luận nhĩm - Tổ chức thảo luận về cơ sở lý thuyết và nguyên tắc hoạt động của máy đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế và cực phổ, ứng dụng thiết bị đo độ dẫn, đo điện thế và cực phổ trong phân tích các loại mẫu kiểm nghiệm. - Hƣớng dẫn học viên trao đổi theo nhĩm cách sử dụng từng loại thiết bị. - Thảo luận quy trình thao tác trên máy. Gợi ý các khía cạnh và mức độ: - Phải làm cho học viên nắm vững nguyên tắc hoạt động của từng loại máy. - Học viên phải hiểu đƣợc ý nghĩa và vai trị của các điện cực chỉ thị và so sánh. - Ý nghĩa, giới hạn làm việc và độ chính xác của từng loại máy. Cách thức kiểm tra đánh giá 18
  19. Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý: - Học viên trả lời trực tiếp qua các câu hỏi. - Giải thích các bộ phận chức năng của từng bộ phận trên máy đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế và cực phổ. - Cho học viên xác định tính năng của mỗi loại thiết bị. Hình thức 3: thảo luận đặc điểm và cách sử dụng các thiết bị - Tổ chức thảo luận về đặc điểm của từng loại máy phân tích và từng loại điện cực. - Vai trị của từng loại điện cực (chỉ thị và so sánh), điện cực giọt thủy ngân, điện cực quay - Hƣớng dẫn học viên sử dụng máy đo độ dẫn cầm tay, để bàn, máy chuẩn độ điện thế, máy đo cực phổ, các loại điện cực tƣơng ứng. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Giúp cho học viên nắm vững đặc điểm và tính năng của từng loại máy và từng loại điện cực. - Giúp cho học viên hiểu đƣợc các yếu tố gây ảnh hƣởng đến kết quả phân tích. Cách thức kiểm tra đánh giá - Cho học viên đọc và nhận xét về các thiết bị đo độ dẫn cầm tay, đo độ dẫn để bàn, chuẩn độ điện thế, đo cực phổ. - Cho học viên phân biệt ƣu và nhƣợc điểm của mỗi loại máy. - Cho từng nhĩm lên trình bày vấn đề vừa thảo luận, các nhĩm khác hỏi lại và cho điểm. Dựa vào kết quả trung bình để tính điểm cho từng cá nhân. Hình thức 4: thực hành thao tác trên các thiết bị Tổ chức thành từng nhĩm nhỏ cho học viên thực hành trên máy đo độ dẫn, chuẩn độ điện thế, đo cực phổ. - Chuẩn bị tế bào điện phân tƣơng ứng cho từng máy, từng chỉ tiêu xét nghiệm. - Hƣớng dẫn các thao tác trên máy: Cài đặt các thơng số theo chỉ dẫn của từng máy. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Giúp cho học viên chuẩn bị tế bào điện phân. 19
  20. - Giúp học viên nắm vững thao tác trên các máy, các yếu tố ảnh hƣởng trong quá trình đo độ dẫn, đo thế và đo cực phổ. Cách thức kiểm tra đánh giá Quan sát thao tác trên máy để đánh giá học viên cĩ kỹ năng thực hành tốt hay khơng, nắm vững đƣợc quy trình bài thực nghiệm sử dụng máy hay khơng. Dựa vào kết quả tính điểm. 20
  21. BÀI 3. LẤY MẪU, CHUẨN BỊ MẪU VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ Mã bài: HD H3 Hình thức 1: giảng giải về phƣơng pháp lấy, bảo quản và chuẩn bị các loại mẫu trƣớc khi phân tích - Mơ tả cách lấy và bảo quản mẫu. - Chuẩn bị mẫu trƣớc khi phân tích. - Xây dựng đƣờng chuẩn và giải phổ đồ. 1. Mơ tả cách lấy các loại mẫu 1.1. Mẫu lỏng 1.1.1. Khái niệm - Mẫu đơn: Là mẫu riêng lẻ, đƣợc lấy ngẫu nhiên từ một tập hợp mẫu. - Mẫu gián đoạn: thƣờng đƣợc lấy thủ cơng, cũng cĩ thể lấy tự động từ trên bề mặt hoặc ở độ sâu nhất định hoặc ở vùng đáy. - Mẫu gián đoạn phụ thuộc thời gian: đƣợc lấy ở những khoảng thời gian định trƣớc. Cách thơng thƣờng là dùng bơm, bơm mẫu vào một hoặc nhiều bình chứa trong một thời gian nhất định. - Mẫu liên tục lấy ở lƣu lƣợng định trƣớc - Mẫu liên tục lấy ở lƣu lƣợng thay đổi: Đây là cách lấy mẫu chính xác nhất nếu cả lƣu lƣợng và nồng độ chất quan tâm đều thay đổi mạnh. - Mẫu tổ hợp: Hai hoặc nhiều mẫu hoặc các phần mẫu trộn lẫn với nhau theo tỷ lệ thích hợp đã biết trƣớc, từ đĩ cĩ thể thu đƣợc kết quả trung bình cuả một đặc tính cần biết. 1.1.2. Cách lấy mẫu - Lấy mẫu từ ống dẫn: mở vịi để mẫu chảy khoảng 10 -15 phút, hứng trực tiếp bình lấy mẫu vào vịi (bình lấy mẫu cần đƣợc súc kỹ 2-3 lần bằng mẫu cần lấy để xét nghiệm). - Lấy mẫu từ bể chứa o Trƣờng hợp nơi lấy mẫu cĩ bơm thì lấy mẫu tƣơng tự nhƣ lấy từ ống dẫn. Ghi lƣu lƣợng bơm khi lấy mẫu. o Trƣờng hợp lấy mẫu trực tiếp thì dùng dụng cụ lấy mẫu lỏng, lấy mẫu ở các vị trí khác nhau trong bể, độ nơng sâu khác nhau tuỳ theo dạng bể và mục đích nghiên cứu. 1.1.3. Bình chứa mẫu 21
  22. Bình lấy mẫu và chứa mẫu cần đƣợc chọn cẩn thận sau khi đã xem xét đến độ bền nhiệt, khĩ vỡ, dễ đĩng mở, kích thƣớc, dạng, khối lƣợng, giá cả khả năng tái sử dụng. Vật liệu làm bình phải trơ hố học và sinh học để tránh hoặc giảm đến tối thiểu phản ứng giữa mẫu và bình chứa. Các bình bằng polyetylen và thủy tinh bosilicat là thích hợp cho lấy mẫu thơng thƣờng để xác định các thơng số vật lý hố học cuả nƣớc. 1.1.4.Nhận dạng mẫu Sau khi lấy, bình chứa mẫu cần thiết phải đƣợc dán nhãn và ghi đầy đủ các thơng tin cần thiết: điạ điểm lấy mẫu, ngày giờ lấy mẫu. Nhận xét sơ bộ về mẫu vƣà lấy: màu sắc, mùi, nhiệt độ, vị trí lấy mẫu, nên ghi rõ cơng trình liên quan tới mẫu, mục đích thử nghiệm và hố chất bảo quản. 1.2. Cách lấy mẫu rắn Dùng xẻng nhỏ đào vào trong đống mẫu sâu 0,3-0,6m để lấy mẫu, tùy theo mục đích nghiên cứu mà lựa chọn cách lấy mẫu riêng biệt hay hỗn hợp. - Mẫu riêng biệt: tuỳ theo hình dạng đống mẫu mà bố trí các vị trí lấy mẫu. Áp dụng cách lấy mẫu đƣờng chéo, đƣờng thẳng gĩc, đƣờng gấp khúc hay nhiều đƣờng chéo nhƣ hình vẽ dƣới đây: Hình 3.1. Sơ đồ bố trí lấy mẫu riêng biệt - Mẫu hỗn hợp Nguyên tắc: lấy các mẫu riêng biệt ở nhiều điểm khác nhau trong một đống rồi hỗn hợp, lấy mẫu trung bình. Trộn và lấy mẫu hỗn hợp: các mẫu riêng biệt đƣợc băm nhỏ và trộn đều, sau đĩ dàn mỏng ra chia làm 4 phần theo đƣờng chéo, lấy hai phần đối diện nhau trộn lẫn ta cĩ mẫu hỗn hợp. Hình 3.2. Sơ đồ bố trí lấy mẫu hỗn hợp 22
  23. 2. Vận chuyển, bảo quản mẫu 2.1. Bảo quản và vận chuyển mẫu lỏng Bảo quản các loại nƣớc, cĩ thể thƣờng bị biến đổi ở những mức độ khác nhau do các tác động lý, hố và sinh vật xảy ra trong thời gian lấy mẫu đến khi phân tích. Bản chất và tốc độ cuả những tác động này thƣờng cĩ thể làm cho nồng độ các chất xác định sai khác với lúc mới lấy mẫu. Do đĩ, cần phải cĩ những phƣơng pháp lƣu giữ mẫu. Chú ý phƣơng pháp giữ mẫu phải phù hợp với kỹ thuật phân tích tiếp sau. - Lọc hoặc ly tâm mẫu: Mẫu dùng để phân tích lý hố tính thể tích tối thiểu 2 lít. Các chất lơ lửng, cặn lắng, tảo và vi sinh vật cĩ thể đƣợc loại đi lúc lấy mẫu hoặc ngay sau đĩ bằng cách lọc qua giấy hay màng lọc hay ly tâm. Dùng màng lọc cần lƣu ý vì nhiều kim loaị nặng cĩ thể bị hấp thu lên bề mặt và các chất trong màng cĩ thể tan ra. - Thêm chất bảo quản: Một số yếu tố vật lý hố học cĩ thể ổn định bằng cách thêm hố chất trực tiếp vào mẫu sau khi lấy hoặc vào bình chứa trƣớc khi lấy mẫu. Nhiều hố chất và nhiều nồng độ khác nhau đã đƣợc khuyên dùng thơng thƣờng nhất là: o Các axit o Các dung dịch bazơ o Các chất diệt sinh vật o Các thuốc thử đặc biệt cần để bảo quản một số thành phần nhất định. Chất bảo quản nhất thiết khơng gây cản trở việc xác định, sự thêm chất bảo quản cĩ thể làm thay đổi bản chất vật lý, hố học cuả một số thành phần, do đĩ, cần phải đảm bảo chắc chắn rằng sự thay đổi là khơng ảnh hƣởng đến sự xác định tiếp theo. - Vận chuyển mẫu: Các bình chứa mẫu cần đƣợc bảo vệ và làm kín để chúng khơng bị hỏng hoặc gây mất mát một phần trong khi vận chuyển. Cần đĩng gĩi để bảo vệ các bình chứa khỏi bị nhiễm bẩn từ bên ngồi và bị vỡ, cần chú ý vật liệu đĩng gĩi khơng đƣợc là nguồn nhiễm bẩn. Trong khi vận chuyển, các mẫu cần đƣợc giữ lạnh và tránh ánh sáng. - Tiếp nhận mẫu tại phịng thí nghiệm: Mẫu đƣợc chở đến phịng thí nghiệm và nếu khơng thể phân tích ngay thì mẫu cần đƣợc bảo quản trong phịng làm lạnh và tối. 2.2. Vận chuyển và bảo quản mẫu rắn 23
  24. Mẫu để phân tích hố học cần đƣợc vận chuyển và bảo quản trong các bình bằng vật liệu trơ hố học. 3. Xây dựng đƣờng chuẩn Chuẩn bị một loạt các dung dịch cĩ chứa chất cần xác định với nồng độ đã biết tăng dần, đo trên máy (xác định độ dẫn, thế, độ hấp thụ tùy theo yêu cầu cuả phƣơng pháp phân tích). Từ các kết quả thu đƣợc vẽ đƣờng chuẩn. Ví dụ: Dựng đƣờng chuẩn độ dẫn CaO - Chuẩn bị dung dịch CaO chuẩn: cân chính xác10gCaO, dùng nƣớc cất định mức đến 1 lít thu đƣợc dung dịch CaO chuẩn nồng độ 10g/l hay 10mgCaO/ml. - Lấy 7 bình định mức loại 50ml, thêm thứ tự dung dịch CaO và nƣớc nhƣ bảng ở dƣới đây: Bình 1 2 3 4 5 6 7 V dung dịch CaO 10g/l (ml) 0 1 2 3 4 5 6 V nƣớc cât (ml) 50 49 48 47 46 45 44 Hàm lƣợng CaO (g/l) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Sau khi đo độ dẫn cuả dung dịch chuẩn, tiến hành dựng đồ thị chuẩn Hình 3.3. Đồ thị chuẩn 4. Tìm hiểu và giải phổ đồ Trong phƣơng pháp chuẩn độ độ dẫn và chuẩn độ điện thế, thu đƣợc đƣờng cong chuẩn độ, trên đƣờng cong chuẩn độ này ta cĩ thể tìm thấy các điểm uốn hay cịn gọi là bƣớc nhảy (thế, pH ) 4.1. Đƣờng chuẩn độ độ dẫn Ví dụ: Trong dung dịch cĩ chất điện ly mạnh AB phân ly hồn tồn, chuẩn độ bằng dung dịch điện ly mạnh CD phân ly hồn tồn. A+ + B- + C+ + D- AD + B- + C+ Trong quá trình chuẩn độ, A+ tạo thành hợp chất ít tan với D-, thay vào đĩ dung dịch xuất hiện C+. Độ linh động của A+ khác C+. Vì vậy độ dẫn điện dung dịch thay đổi dần. Nếu độ linh động: A+ > C+ đƣờng 1 hình 4 24
  25. A+ < C+ đƣờng 2 hình 4 A+ = C+ đƣờng 3 hình 4 Trong cả ba trƣờng hợp, sau điểm tƣơng đƣơng độ dẫn tăng do xuất hiện ion C+ và D-. Đƣờng chuẩn độ dẫn điện tạo thành một điểm gãy khúc. Hình 3.4: Các dạng đƣờng cong điển hình trong chuẩn độ độ dẫn 4.2. Đƣờng chuẩn độ pH và chuẩn độ điện thế - Bƣớc nhảy pH trên đƣờng chuẩn độ phụ thuộc vào nồng độ cuả dung dịch chuẩn và nồng độ cuả dung dịch cần xác định, nếu nồng độ các chất đĩ càng lớn thì bƣớc nhảy càng dài. Hình 3.5: Đƣờng chuẩn độ pH và chuẩn độ điện thế - Bƣớc nhảy thế dài hay ngắn tùy vào nồng độ cuả các dung dịch, cƣờng độ chất tham gia phản ứng. Nồng độ các chất tham gia phản ứng càng lớn, thế oxy hố khử tiêu chuẩn cuả hai hệ tham gia phản ứng càng khác nhau thì bƣớc nhảy càng dài. 4.3. Cực phổ đồ Hình 3.6:Cực phổ đồ cuả ion Cd. 25
  26. Đƣờng cong trên là cực phổ đồ cuả dung dịch chứa 10-3M Cd2+ và KCl 1M. Đƣờng cong dƣới là cực phổ đồ cuả dung dịch KCl. Cực phổ đồ là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cƣờng độ dịng điện vào thế đƣợc đặt vào pin cực phổ. Trên phổ đồ này ta cĩ thể thấy đƣợc dịng dƣ, dịng giới hạn, khuếch tán, thế bán sĩng Dƣới đây là cực phổ đồ cuả ion cadimi trong dung dịch chất điện giải trơ KCl. - Giá trị thế bán sĩng giúp định danh nguyên tố cần xác định. - Giá trị cƣờng độ dịng giúp xác định đƣợc nồng độ cuả nguyên tố cần xác định chứa trong mẫu. Địa điểm, mơi trƣờng Tiến hành tại phịng học, yêu cầu cĩ bảng viết và ghế ngồi cho học viên. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Giúp học viên hiểu tầm quan trọng của việc lấy và bảo quản mẫu. - Học viên phải hiểu thế nào là mẫu tổ hợp, mẫu đơn, mẫu gián đoạn, mẫu liên tục mẫu hỗn hợp và mẫu riêng biệt - Giảng cho học viên về các thao tác trong quá trình lấy mẫu. - Xây dựng đƣờng chuẩn và đọc phổ đồ. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý. Học viên trả lời trực tiếp qua các ví dụ và câu hỏi về cách lấy mẫu và bảo quản mẫu. Hình thức 2: tổ chức nghiên cứu tài liệu và thảo luận đặc điểm và tầm quan trọng của việc chọn, lấy và bảo quản mẫu - Thảo luận về đặc điểm của từng loại mẫu và cách bảo quản - Vai trị của việc bảo quản mẫu. - Trao đổi theo nhĩm cách lấy từng loại mẫu. - Hƣớng dẫn học viên cách dựng đƣờng chuẩn và giải phổ đồ Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Giúp cho học viên hiểu khái niệm về các loại mẫu (mẫu đơn, mẫu tổ hợp, mẫu gián đoạn, mẫu liên tục, mẫu riêng biệt, mẫu hỗn hợp ). - Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc lấy mẫu đúng trong phân tích. - Ý nghĩa của việc bảo quản mẫu. 26
  27. - Ý nghĩa của đƣờng chuẩn trong phân tích định lƣợng. - Ý nghĩa của phổ đồ. Cách thức kiểm tra đánh giá - Viết bài tiểu luận cách chọn, lấy và bảo quản từng loại mẫu. - Cho học viên giải thích các thơng tin hiển thị trên phổ đồ Hình thức 3: thảo luận về cách lấy và bảo quản mẫu - Tổ chức thành nhĩm nhỏ thảo luận dụng cụ và hố chất cần thiết cho việc lấy mẫu - Thảo luận quy trình lấy mẫu lỏng và rắn Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Hƣớng dẫn học viên cách chọn và lấy mẫu đúng. - Hƣớng dẫn học viên bảo quản và vận chuyển mẫu. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên qua bài nhận xét và báo cáo về cách lấy và bảo quản mẫu. Hình thức 4: thực hành lấy và bảo quản mẫu - Tổ chức thành nhĩm nhỏ và cho học viên chuẩn bị các dụng cụ hố chất cần thiết để lấy mẫu. - Tiến hành lấy mẫu theo bài thực hành trong giáo trình giành cho sinh viên. - Hƣớng dẫn học viên ghi nhận xét trong quá trình lấy mẫu. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Hƣớng dẫn học viên cách chọn và lấy mẫu đúng. - Hƣớng dẫn học viên bảo quản và vận chuyển mẫu. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên qua bài thực hành về cách lấy bảo quản và vận chuyển mẫu. 27
  28. BÀI 4. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ DẪN Mã bài: HD H4 Hình thức 1: giang về nguyên lý và ứng dụng của phép phân tích độ dẫn - Giảng về cơ sở lý thuyết cuả phƣơng pháp phân tích độ dẫn. - Kiến thức về các phƣơng pháp phân tích định lƣợng. - Ứng dụng phƣơng pháp phân tích độ dẫn. 1. Tổng quát 1.1. Độ dẫn điện của dung dịch chất điện li Dựa vào khả năng dẫn điện cuả các chất ngƣời ta chia các chất thành nhiều nhĩm dẫn điện khác nhau: - Chất dẫn loại 1 hay chất dẫn điện electron đĩ là kim loại, oxit - Chất dẫn loại 2 hay chất dẫn điện nhờ sự chuyển động cuả các ion cĩ mặt trong nĩ. Điện trở cuả chất dẫn điện phụ thuộc vào: Bản chất cuả chất dẫn, diện tích bề mặt, dịng điện đi qua độ dài chất dẫn. Độ dẫn điện cuả chất điện ly thƣờng đƣợc biểu diễn qua độ dẫn riêng và độ dẫn điện đƣơng lƣợng . Nồng độ ion trong dung dịch càng lớn thì độ dẫn riêng sẽ lớn. Độ dẫn điện riêng là đại lƣợng nghịch đảo cuả điện trở suất 1 ( -1 cm-1) l Trong đĩ: R s Với R: điện trở dây dẫn ( ) : điện trở suất ( cm) l: chiều dài dây dẫn (cm) s: tiết diện dây dẫn (cm2) 1.2. Độ dẫn điện đƣơng lƣợng 1.2.1. Định nghĩa: Độ dẫn điện đƣơng lƣợng là độ dẫn điện cuả khối dung dịch chứa đúng một đƣơng lƣợng chất điện ly nằm giữa hai điện cực đặt song song cách nhau 1cm. Độ dẫn đƣơng lƣợng luơn tăng đến một giá trị khi pha lỗng dung dịch. Khi pha lỗng dung dịch mức độ phân ly tăng, làm số lƣợng ion trong một thể tích tăng và s cũng tăng, tăng đến khi tồn bộ phân tử hồ tan trong dung 28
  29. dịch bị phân ly (tức là khi = 1). Giá trị khi = 1 đƣợc gọi là độ dẫn đƣơng lƣợng ở độ lỗng vơ cực. 1.2.2. Tính chất cộng tính cuả độ dẫn điện đƣơng lƣợng ở độ pha lỗng vơ cùng Kohlrausch thấy rằng hiệu cuả độ dẫn điện đƣơng lƣợng cuả hai muối cĩ cùng một ion là đại lƣợng khơng đổi - Ví dụ: Dung dịch KCl và NaCl cĩ cùng anion Cl , NaNO3 và KNO3, KI và NaI. Vậy hiệu cuả hai muối là: 2 KCl NaCl 149,9 126,5 23,4cm /ohm. đlg 150,3 126,9 23,4cm2/ohm. đlg KNO3 NaNO3 2 KI NaI 150,3 126,9 23,4cm /ohm. đlg Để giải thích sự khơng đổi cuả các hiệu ngƣời ta đặt giả thiết là trong các dung dịch pha lỗng ion chuyển động độc lập khơng ảnh hƣởng lẫn nhau. Do đĩ: . Trong đĩ, , độ dẫn đƣơng lƣợng cation và anion tƣơng ứng với độ lỗng vơ cực hay cịn gọi là độ dẫn đƣơng lƣợng giới hạn. Biết đƣợc độ lỗng đƣơng lƣợng cuả một số ion cho phép chúng ta giải quyết một số vấn đề quan trọng nhƣ xác định đối với các chất điện ly yếu, cũng nhƣ các chất ít tan. Ví dụ: Tính độ dẫn điện đƣơng lƣợng cuả dung dịch axit acetic lỗng cho 2 biết: HCl = 426,1 cm /ohm. đlg; NaCl = 126,5; CH3COONa = 91,0 CH COOH 3 H CH3COO H Cl Cl CH3COO Na Na HCl CH3COONa NaCl 426,1 91,0 126,5 390,6cm2 /ohm. dlg 1.2.3. Sự phân ly cuả chất điện ly yếu. Mối quan hệ giữa độ dẫn điện với tính chất cuả chất điện ly và bản chất cuả dung mơi Theo Arrhenuis cĩ thể tính đƣợc độ phân ly cuả các chất điện ly yếu khi biết và . Dung dịch càng lỗng độ phân ly càng tiến gần đơn vị, là độ dẫn điện khi = 1: Độ dẫn điện cuả bất kỳ một dung dịch chất điện ly nào đều phụ thuộc vào bản chất hồ tan cuả chất điện ly và dung mơi. Độ dẫn cuả dung dịch phụ thuộc vào số lƣợng ion chứa trong đĩ và độ linh động cuả chúng. Phƣơng 29
  30. trình cơ bản biểu diễn mối tƣơng hỗ giữa độ dẫn riêng với nồng độ và độ linh động cuả các ion trong dung dịch nhƣ sau: C ( ) Với: , Độ linh động (tốc độ) cuả cation, anion Hệ số điện ly C Nồng độ (mgđl/ml) lại phụ thuộc vào nồng độ 2 1 K C C K (1 ) Độ linh động cuả ion lại phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Khi cĩ cùng điện tích, ion nào cĩ bán kính lớn thì độ linh động tăng. - Nếu nhƣ bán kính của cation và anion nhƣ nhau (cùng tích điện) thì độ linh động cuả cation sẽ lớn hơn. - Độ linh động cuả ion H+ và OH- hết sức lớn. Nguyên nhân cuả tính chất đặc biệt này đƣợc giải thích theo cơ chế sau: H+ cuả ion hydroxoni sẽ hƣớng vào oxy cuả phân tử nƣớc bên cạnh tạo + thành nhĩm H3O và cứ nhƣ vậy dịch chuyển từ phân tử nƣớc này đến phân tử nƣớc khác hƣớng về phía điện cực trái dấu theo quy trình sau: Cùng một hiện tƣợng nhƣ vậy đối với OH-, ở đây sự định hƣớng ion OH- về phía anion. Bản chất dung mơi: nếu chúng ta chuyển từ mơi trƣờng nƣớc sang các dung mơi hữu cơ độ dẫn điện nĩi chung là giảm do hai nguyên nhân: . Độ nhớt trong dung mơi hữu cơ hầu hết lớn hơn so với nƣớc. . Hằng số điện mơi trong dung mơi hữu cơ cũng lớn hơn. 1.3. Ảnh hƣởng cuả nồng độ, nhiệt độ và áp suất tới độ dẫn điện 1.3.1. Ảnh hƣởng cuả nồng độ Độ dẫn đƣơng lƣợng phụ thuộc vào sự biến đổi nồng độ, mà sự biến đổi nồng độ thì cĩ ảnh hƣởng trực tiếp đến độ phân ly tức là đến số ion tồn taị thực tế trong dung dịch. 30
  31. - Khi nồng độ tăng lên đại lƣợng giảm xuống. Đƣờng cong f C đối với chất điện ly mạnh giảm theo quy luật đƣờng thẳng và rất chậm khi C tăng, điều phù hợp với phƣơng trình Kohlrausch: A C Với: A hằng số thực nghiệm Độ dẫn đƣơng lƣợng giới hạn khi dung dịch lỗng vơ cùng - Dung dịch đặc, các chất điện ly mạnh tuân theo quy luật bậc 3: A3 C - Đối với các chất điện ly yếu, mối liên hệ tuân theo quy luật logarit: lg = const – ½ lgC 1.3.2. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ Ảnh hƣởng cuả nhiệt độ tới độ dẫn điện đƣơng lƣợng trong vùng nhiệt độ hẹp cĩ thể biểu thị bằng phƣơng trình sau: t t 0 1 t Cịn trong khoảng rộng cuả nhiệt độ 2 t t 0 1 t t 0 Với t , t 0 Giá trị độ dẫn đƣơng lƣợng ở nhiệt độ t và nhiệt độ 0 C , hệ số thực nghiệm 1.3.3. Ảnh hƣởng cuả áp suất Ví dụ: Ở nhiệt độ 200C, khi P tăng thì giảm. Nhƣng ở nhiệt độ cao đối với tất cả các dung dịch ngƣời ta tìm thấy sự tăng khi P cũng tăng. 1.3.4. Ảnh hƣởng cuả tạp chất Độ dẫn điện cuả một dung dịch phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đĩ cĩ số lƣợng ion cĩ mặt trong dung dịch. Nhƣ vậy, đo độ dẫn điện cuả bất kỳ một dung dịch nào rõ ràng cũng phụ thuộc rất lớn vào sự cĩ mặt cuả các ion lạ. Nếu nhƣ trong dung dịch chỉ cĩ mặt chất cần xác định thì khi dung dịch ở nồng độ lỗng cực đại cĩ thể xem độ dẫn điện là tổng số tốc độ hai thành phần cation và anion tạo nên chất hồ tan. Với +, -: tốc độ cation, anion Chính dựa vào tốc độ cuả các ion này mà chúng ta cĩ thể xác định đƣợc nồng độ qua độ dẫn. Nhƣ vậy, những tạp chất nào khơng làm tăng hay giảm lƣợng ion tồn tại cần xác định sẽ khơng gây ảnh hƣởng. 31
  32. 2. Phƣơng pháp phân tích định lƣợng 2.1. Phƣơng pháp đo độ dẫn trực tiếp Dựa vào độ dẫn cuả dung dịch để suy ra nồng độ chất khảo sát. Phƣơng pháp này cĩ nhiều hạn chế do bị ảnh hƣởng cuả nhiều yếu tố khĩ tránh đƣợc (chỉ cĩ thể suy ra nồng độ cuả chất khảo sát từ độ dẫn khi trong dung dịch chỉ chứa một chất duy nhất, phải kiểm sốt chặt chẽ nhiệt độ dung dịch trong suốt quá trình đo độ dẫn). Để tiến hành đo độ dẫn cuả một dung dịch chất điện ly, ngƣời ta sử dụng cầu Wheatstone. Các điện trở chọn thế nào để khơng cĩ dịng điện chạy qua điện kế, điện kế G chỉ khơng, cầu cân bằng, các điểm a và d cĩ cùng một giá trị thế. Vì các vai cầu ab và bd nối ở b và thế cuả điểm a và d bằng nhau nên sự sụt thế V1 trên ab bằng sự sụt thế V3 trên bd. Tƣơng tự sự sụt thế trên ac bằng sự sụt thế trên cd. Khi cầu cân bằng dịng đện qua ab và ac bằng nhau nên: I1 = I2, tƣơng tự nhƣ vậy ta cĩ I3 = I4. R R R R Nên ta cĩ: 1 3 hay 1 2 R2 R4 R3 R4 Bình đo độ dẫn điện đĩng vai trị quan trọng: điện trở cuả dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất điện ly, điện tích các điện cực khoảng cách giữa các điện cực, thể tích dung dịch. Do đĩ, hình dạng và vị trí điện cực trong tất cả các phép đo phải cố định. Điện cực đƣợc sử dụng đƣợc chế tạo từ bạch kim hoặc bụi bạch kim, graphit hoặc thép khơng rỉ. 2.2. Phƣơng pháp xác định nồng độ Nguyên lý: Chuẩn bị một loạt các dung dịch cĩ nồng độ nhất định chất nghiên cứu đo độ dẫn riêng cuả chúng, dựng đồ thị, dựa vào đồ thị thu đƣợc chúng ta sẽ xác định đƣợc nồng độ cuả chất cần xác định trong mẫu. 2.3. Phƣơng pháp chuẩn độ độ dẫn 32
  33. Nguyên lý: dƣạ vào sự biến thiên độ dẫn điện cuả dung dịch nghiên cứu trong quá trình chuẩn độ do xảy ra phản ứng giữa chất nghiên cứu và chất chuẩn độ trong quá trình chuẩn độ để xác định điểm tƣơng đƣơng. Tuỳ theo thành phần dung dịch, tùy theo thuốc thử sử dụng mà ta sẽ thu đƣợc các dạng đồ thị khác nhau, tuy nhiên đều tuân thủ theo quy tắc sau: - Nếu một ion cĩ độ linh động cao đƣợc thay thế bằng một ion cĩ độ linh động thấp hơn đồ thị thƣờng sẽ đi xuống. - Nếu ion cĩ độ linh động thấp hơn đƣợc thay thế bằng một ion cĩ độ linh động cao hơn đồ thị sẽ đi lên. - Nếu ion thay thế và ion bị thay thế cĩ độ linh động tƣơng đƣơng thì đồ thị sẽ gần nhƣ nằm ngang. 3. Ứng dụng phƣơng pháp đo độ dẫn 3.1. Xác định hằng số phân ly của các chất điện ly yếu H A Ví dụ: HA H+ + A- K HA Nếu nhƣ K là mức phân ly và C là nồng độ dung dịch Ta sẽ cĩ: [H+] = [A-] = C 2C K , mặt khác Từ đây tìm đƣợc K. 1 3.2. Xác định độ hồ tan cuả những chất khĩ tan MA M+ + A- Độ tan cuả muối này là S, dung dịch bảo hồ muối cĩ độ dẫn điện riêng thì độ dẫn điện đƣơng lƣợng cuả dung dịch: 1000. S Dung dịch muối này cĩ nồng độ tƣơng đối lỗng, độ dẫn điện đƣơng lƣợng thực tế bằng độ dẫn điện đƣơng lƣợng ở độ pha lỗng vơ cùng của muối là Ta cĩ: 1000. S Tra cứu -, + ở các bảng cho sẵn, đo tính đƣợc S 3.3. Xác định thành phần phức chất Phƣơng pháp đo độ dẫn điện là một trong những phƣơng pháp nghiên cứu phức, các tính chất phức chất, xác định cấu trúc cuả phức và tính hằng số khơng bền. Ở cùng độ pha lỗng, độ dẫn điện phân tử tăng theo số ion do phức chất phân ly ra. 33
  34. a m .a n Dùng định luật tƣơng tác khối lƣợng: K R A i a Rn Am Ki là hằng số khơng bền cuả phức ion 3.4. Chuẩn độ độ dẫn Ví dụ: Dung dịch cĩ chứa chất điện ly mạnh AB phân ly hồn tồn, chuẩn độ bằng dung dịch điện ly mạnh CD phân ly hồn tồn. A+ + B- + C+ + D- AD + B- + C+ Do thành phần dung dịch biến đổi trong quá trình chuẩn độ nên độ dẫn điện cuả dung dịch chất điện ly biến đổi. Trong quá trình chuẩn độ, A+ tạo thành hợp chất ít tan với D-, thay vào đĩ dung dịch xuất hiện C+. Độ linh động của A+ khác C+. Vì vậy độ dẫn điện dung dịch thay đổi dần. Khi vƣợt quá điển tƣơng đƣơng nếu tiếp tục cho dung dịch CD vào, trong bình đo độ dẫn lúc này xuất hiện D- là cho độ dẫn điện dung dịch thay đổi rõ rệt. Nếu độ linh động: A+ > C+ đƣờng 1 hình 1 A+ C+ - Chuẩn độ HCl bằng NaOH Phản ứng: HCl + NaOH NaCl + H2O HCl phân ly hồn tồn, H+ cĩ tốc độ chuyển động cao, nên độ dẫn điện khá lớn điểm a hình 2. 34
  35. Hình 4.2: Đƣờng cong chuẩn độ dung dịch HCl bằng NaOH Theo quá trình thêm NaOH vào, độ dẫn điện cuả H+ thay bằng độ dẫn điện cuả Na+, độ dẫn điện cuả Cl- trong suốt quá trình chuẩn độ là khơng đổi. Tại điểm tƣơng đƣơng b sự dẫn điện chỉ do Na+ và Cl- đảm nhiệm. Từ điểm tƣơng đƣơng nếu tiếp tục cho thêm NaOH vào độ dẫn điện sẽ tăng lên do sự tăng số ion Na+ và OH-, đồng thời OH- linh động hơn. - Tƣơng tự chuẩn độ BaCl2 bằng Na2SO4 Phản ứng: BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaCl Trong quá trình chuẩn độ ion Ba2+ cĩ tốc độ chuyển độ cao hơn đƣợc thay thế bằng ion Na+ cĩ tốc độ thấp hơn. Taị điểm tƣơng đƣơng tiếp tục cho thêm Na2SO4 độ dẫn tăng đột ngột do sự tăng số ion trong dung dịch. 2. Trƣờng hợp A+ = C+ Chuẩn độ AgNO3 bằng BaCl2, Phản ứng: AgNO3 + BaCl2 2AgCl + Ba(NO3)2 Hình 4.3: Đƣờng cong chuẩn độ dung dịch AgNO3 bằng BaCl2 Tốc độ chuyển động cuả ion Ag+ và Ba2+ là tƣơng đƣơng cho nên độ dẫn điện trong suốt quá trình chuẩn độ gần nhƣ khơng thay đổi, tại điểm tƣơng đƣơng tiếp tục cho thêm BaCl2 thì độ dẫn sẽ tăng vọt lên. 3. Trƣờng hợp A+ < C+ Chuẩn độ axit yếu HA (axit boric, phenol ) bằng kiềm. Các axit HA này cĩ độ phân ly kém, độ dẫn điện nhỏ, chủ yếu là độ dẫn cuả H2O. Trong quá trình chuẩn độ, độ dẫn điện tăng do sự hình thành NaA phân ly thành Na+ và A- (bỏ qua độ dẫn cuả H+). Khi đạt tới điểm tƣơng đƣơng, các ion cĩ độ linh động cao OH- xuất hiện nên độ dẫn điện tăng lên. Cũng thu đƣợc dạng đồ thị tƣơng tự khi ta chuẩn độ dung dịch AgNO3 bằng HCl. 35
  36. Hình 4.4: Đƣờng cong chuẩn độ axit yếu bằng NaOH 4. Trƣờng hợp khác Một số trƣờng khác, trong quá trình chuẩn độ lúc đầu độ dẫn tăng nhƣng đạt tới điểm tƣơng đƣơng thì độ dẫn khơng tăng nữa. Ví dụ: chuẩn độ dung dịch CH3COOH bằng dung dịch NH4OH. Hình 4.5: Đƣờng cong chuẩn độ CH3COOH bằng NH4OH Trong chuẩn độ độ dẫn những đồ thị dạng gãy khúc nhƣ trên là rất hiếm, phần lớn tại điểm tƣơng đƣơng khơng xảy ra sự thay đổi độ dẫn đột ngột mà từ từ. Muốn tìm đƣợc điểm uốn chúng ta phải kéo dài những đƣờng thẳng đến điểm gặp nhau. Đƣờng cong chuẩn độ cĩ dạng nhƣ hình 6. Hình 4.6: Xác định điểm tƣơng đƣơng trong chuẩn độ độ dẫn Ngồi ta, cĩ thể sử dụng phƣơng pháp chuẩn độ độ dẫn để xác định một hỗn hợp axit mạnh + axit yếu, hỗn hợp Cl- + Br-. Trong những trƣờng hợp này đƣờng chuẩn độ sẽ cĩ hai điểm uốn nhƣ hình. Hình 4.7: Đƣờng cong chuẩn độ hỗn hợp HCl và CH3COOH bằng NaOH Địa điểm, mơi trƣờng Tiến hành tại phịng học, yêu cầu cĩ bảng viết và ghế ngồi cho học viên. Gợi ý các khía cạnh và mức độ 36
  37. - Phải làm cho học viên nắm vững đƣợc khái niệm về độ dẫn điện các ảnh hƣởng của các yếu tố nồng độ, nhiệt độ và áp suất tới độ dẫn điện. - Cơ sở lý thuyết và nguyên tắc đo độ dẫn trực tiếp, chuẩn độ độ dẫn. - Học viên phải hiểu đƣợc ứng dụng của phƣơng pháp đo độ dẫn. - Học viên phải biết cách đo độ dẫn trực tiếp và gián tiếp. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý khả năng tƣ duy suy luận của học viên. Hình thức 2: nghiên cứu tài liệu và thảo luận nhĩm - Tổ chức thảo luận về đặc điểm của phép đo độ dẫn trực tiếp và gián tiếp. - Trao đổi theo nhĩm và đƣa ra ƣu, nhƣợc điểm của hai phép đo độ dẫn. - Trao đổi theo nhĩm về các ứng dụng của phép đo độ dẫn. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Khái niệm độ dẫn điện, độ dẫn điện đƣơng lƣợng, các yếu tố ảnh hƣởng đến độ dẫn điện. - Giúp cho học viên nắm vững về đặc điểm của phƣơng pháp đo độ dẫn trực tiếp và các hạn chế của phƣơng pháp. - Nguyên tắc của phép chuẩn độ độ dẫn và ƣu điểm của phƣơng pháp. - Ứng dụng của phép đo độ dẫn. Cách thức kiểm tra đánh giá - Cho học viên nhận xét về phép đo độ dẫn trực tiếp và gián tiếp. - Nhận xét và so sánh về ƣu nhƣợc điểm của hai phép đo độ dẫn. - Ứng dụng của phép đo độ dẫn. Hình thức 3: thảo luận đặc điểm và cách chuẩn đo độ dẫn - Tổ chức thảo luận về đặc điểm của máy đo độ dẫn. - Hƣớng dẫn học viên sử dụng máy đo độ dẫn. - Thảo luận về phép chuẩn độ độ dẫn, cách xác định điểm tƣơng đƣơng. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Giúp cho học viên hiểu đƣợc vai trị của điện cực, tế bào điện phân trong phép đo độ dẫn. - Bản chất của các phản ứng xảy ra trong quá trình chuẩn độ độ dẫn. - Hiểu đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả phân tích. Cách thức kiểm tra đánh giá - Cho học viên đọc và nhận xét về phép chuẩn độ độ dẫn. 37
  38. - Cho học viên nhận xét về các ƣu và nhƣợc điểm của phƣơng pháp. - Nhận xét về các ứng dụng của phép chuẩn độ độ dẫn. - Cho từng nhĩm lên trình bày vấn đề vừa thảo luận, các nhĩm khác hỏi lại và cho điểm. Dựa vào kết quả trung bình để tính điểm cho từng cá nhân. Hình thức 4: thực hành phân tích trên máy đo độ dẫn - Tổ chức thành nhĩm nhỏ và cho thực hành trên máy đo độ dẫn và hƣớng dẫn học viên ghi nhận kết quả chính xác. - Tiến hành 2 thí nghiệm: o Xác định nồng độ hỗn hợp hai axit HCl và H3PO4. Hai axit này cùng đƣợc trung hồ cùng bằng một dung dịch NaOH chuẩn. o Xác định nồng độ đƣơng lƣợng cuả dung dịch chứa Ag+. - Chuẩn bị máy đo độ dẫn, thiến hành chuẩn độ, vẽ đƣờng cong chuẩn độ và tính tốn kết quả nhƣ đã hƣớng dẩn trong giáo trình. Gợi ý các khía cạnh và mức - Phải làm cho học viên nắm vững các yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả đo. - Học viên phải biết cách chuẩn độ. - Các học viên phải nhận biết đƣợc ý nghĩa phép chuẩn độ. Cách thức kiểm tra đánh giá - Cho học viên đọc và nhận xét về phép đo độ dẫn gián tiếp. - Cho học viên đọc và ghi nhận kết quả phân tích vẽ đƣờng cong chuẩn độ. Cho điểm. 38
  39. BÀI 5. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HỐ Mã bài: HD H5 Hình thức 1: giảng về các khái niệm cơ bản, nguyên tắc của phƣơng pháp điện thế và chuẩn độ điện thế - Giảng về khái niệm cơ bản trong phƣơng pháp phân tích điện thế. - Nguyên tắc đo thế điện cực, phân tích điện thế trực tiếp. - Phƣơng pháp chuẩn độ điện thế, các điều kiện cơ bản của chuẩn độ điện thế. 1. Nguyên tắc đo thế điện cực riêng Nguyên tắc: Ghép điện cực khảo sát với điện cực tiêu chuẩn hydro thành một nguyên tố Gavani, hai điện cực đƣợc nhúng vào hai dung dịch khác nhau rồi đo sức điện động E cuả nĩ. Giá trị sức điện động này chính là thế điện cực riêng cuả điện cực khảo sát. Ký hiệu hay E. 1.1.Điện cực so sánh Khơng thể đo thế cuả một điện cực riêng lẻ mà phải so sánh nĩ với một điện cực cĩ thế đã biết gọi là điện cực so sánh, thế cuả điện cực so sánh phải ổn định và lặp lại, khơng phụ thuộc vào thành phần của dung dịch cần đo. Điện cực tiêu chuẩn hydro, calomen và điện cực clorua bạc là những điện cực so sánh thơng dụng nhất: - Điện cực tiêu chuẩn hydro: Điện thế cuả điện cực này thay đổi theo áp + suất cuả khí H2 và hoạt độ cuả ion H - Điện cực calomen: Đây là điện cực so sánh đƣợc sử dụng nhiều nhất trong phân tích điện hố. - Điện cực clorua bạc: Thế điện cực tùy thuộc vào hoạt độ cuả anion 1.2. Điện cực chỉ thị Là điện cực đƣợc dùng trong tổ hợp với điện cực so sánh đƣợc gọi là điện cực chỉ thị. Thế cuả nĩ phụ thuộc vào nồng độ cuả chất cần xác định. Hai dạng điện cực chỉ thị cơ bản: điện cực chỉ thị kim loại và điện cực màng. Điện cực chỉ thị và điện cực so sánh cĩ thể là một trong các loại điện cực sau: 1.2.1. Điện cực loại 1 Cặp oxy hố-khử trong trƣờng hợp này là một đơn chất (kim loại hay phi kim) và ion (cation hoặc anion từ đơn chất ấy). Là điện cực làm việc thuận nghịch với chất gây ra sức điện động. 39
  40. Đối với kim loaị: là điện cực làm viện thuận nghịch với cation, điện thế cuả điện cực này chủ yếu phụ thuộc vào hoạt độ cuả cation. Đối với phi kim loaị: (dùng ở thể khí) Điện cực khí làm việc thuận nghịch với anion. Chỉ riêng với điện cực khí H2 với điện cực Pt, H2 2H thì ion là cation. 1.2.2. Điện cực loại 2 Là điện cực làm việc thuận nghịch với anion. Thế cuả điện cực loại II đƣợc xác định bằng hoạt độ cuả anion. Điện cực thủy ngân (I) sunfat Hg2SO4 : Để đo pH trong dung dịch sunfat, khơng dùng điện cực calomen Hg2Cl2 mà dùng điện cực Hg2SO4. Điện cực antimon: điện cực này dùng để đo pH cuả dung dịch, 1.2.3. Điện cực loại 3 Đây là điện cực 3 lớp, kim loại điện cực tiếp xúc với 2 loại muối khĩ tan cĩ cùng anion nhúng vào trong dung dịch cĩ chƣá cation cuả muối dễ tan hơn. Điện cực loaị 3 này đặc biệt là điện cực Hg HgY 2 ;MY 2 M2 đƣợc dùng để chuẩn độ phức chất các ion M2+, đặc biệt là các ion kim loaị khơng cĩ tính điện hoạt trong điều kiện thƣờng. 1.2.4. Điện cực oxy hố khử Cấu tạo gồm kim loại thƣờng là Pt, nhúng vào dung dịch cĩ chứa đồng thời dạng oxy hố và dạng khử. Điện cực quinidron: Quinidron là một hỗn hợp quinon và hydroquinon cĩ số mol bằng nhau. Quinon và hydroquinon là hai dạng oxy hố khử cuả nhau: + C6H4O2 + 2H +2e C6H4O2 + C6H4(OH)2 Ƣu điểm: Cĩ điện trở mạch thấp, cân bằng thiết lập nhanh, khơng chịu ảnh hƣởng cuả O2 ở pH 9, hydroquinon thể hiện tính axit. Ngồi ra, nếu dung a C6H 4O2 dịch chứa những chất oxy hố khử mạnh thì tỷ lệ a sẽ khác làm C6H 4 OH 2 ảnh hƣởng đến giá trị cuả E đo đƣợc 1.2.5. Điện cực khí Là điện cực kim loại trơ (Pt) nằm tiếp xúc với khí và dung dịch chứa ion cuả khí này. Các phân tử khí hấp phụ lên bề mặt kim loại bị phân tách thành các nguyên tử hấp phụ tham gia trực tiếp vào quá trình điện cực. Kim loại dùng để chế tạo điện cực khí phải thoả mãn điều kiện sau: 40
  41. - Khơng tham gia phản ứng hố học với khí mà chỉ đĩng vai trị tiếp xúc dẫn điện electron giữa khí và dung dịch cĩ các ion khí này. - Phải xúc tiến cân bằng điện cực, là chất xúc tác cho phản ứng điện hố. - Phải đảm bảo khả năng tạo bề mặt tiếp xúc lớn giữa khí và dung dịch. Pt và các kim loaị thuộc nhĩm Pt làm điện cực kim loaị cho điện cực khí. Điện cực khí Hydro: là điện cực khí cĩ ý nghĩa quan trọng nhất Điện cực khí oxy: Khác với điện cực khí hydro điện cực khí oxy là điện cực bất thuận nghịch, đƣợc viết theo sơ đồ sau: OH O2,Pt Phƣơng trình phản ứng điện cực phụ thuộc vào pH mơi trƣờng. Trong + mơi trƣờng axit, oxy bị khử theo phƣơng trình sau: O2 + 4H + 4e 2H2O. - Mơi trƣờng bazơ oxy bị khử theo phƣơng trình sau: O2 + 2H2O + 4e 4OH 1.2.6. Điện cực hỗn hống Là điện cực kim loại hồ tan trong Hg, ngâm trong dung dịch muối kim n loại cuả nĩ: M M m ,Hg . Cân bằng điện cực chỉ đƣợc thiết lập giữa ion kim loại Mn+ và kim loại nằm trong Hg: n+ Hg + mM = Mm(Hg). Điện cực hỗn hống phố biến nhất là điện cực hỗn hống Cd: Cd2 Cd,Hg . 1.3.Các điện cực màng chọn lọc ion - Điện cực thủy tinh: Đây là điện cực chọn lọc với ion H+, gồm một bầu thủy tinh rất mỏng cĩ chƣá dung dịch HCl (dung dịch Y) nhúng vào dung dịch này là điện cực so sánh Ag, AgCl cĩ thế nhất định. Ƣu điểm: Thủy tinh gần nhƣ trơ với tất cả các hố chất nên cĩ thể dùng ở nhiều mơi trƣờng khác nhau. Nhƣợc điểm: Thủy tinh cĩ chứa Na+ nên khi dung dịch cĩ pH cao (pH>10) thì ngồi sự trao đổi giữa H+ cuả thủy tinh và H+ trong dung dịch cịn cĩ sự trao đổi cuả Na+ nữa. - Các điện cực dùng màng lỏng: Ứng dụng màng lỏng dựa trên cơ sở các màng lỏng cĩ thể thiết lập trên bề mặt dung dịch cần phân tích và chất lỏng khơng trộn lẫn, hoạt động một cách chọn lọc với ion cần xác định. Các điện cực dùng màng lỏng cho phép xác định điện thế trực tiếp một số cation nhiều điện tích và cả nhiều anion. - ác điện cực màng rắn: Điện cực màng rắn chọn lọc với anion cũng tƣơng tự nhƣ thủy tinh chọn lọc với cation, độ chọn lọc cuả màng thủy tinh tạo nên do sự cĩ mặt cuả các lỗ trống anion trên bề mặt cuả nĩ, ái 41
  42. lực này đối với các ion tích điện dƣơng. Tƣơng tự, cho thấy màng cĩ các lỗ trống cation sẽ cĩ độ chọn lọc với anion. - Điện cực nhạy chất khí: Đƣợc cấu tạo gồm một điện cực so sánh, điện cực màng và một dung dịch chất điện giải đặt vào trong ống nhựa, gắn vào đầu ống một màng mỏng nhạy với chất khí dùng để ngăn cách dung dịch chất điện giải bên trong ống và dung dịch phân tích bên ngồi. Màng này cần thiết phải rất mỏng và xốp, lỗ nhỏ đƣợc chế tạo từ chất dẻo kỵ nƣớc, đảm bảo chỉ cĩ khí đi qua đƣợc màng. 2. Phân tích điện thế trực tiếp Nguyên tắc: So sánh thế điện cực chỉ thị trong dung dịch cuả chất cần xác định với thế cuả cùng điện cực này nhúng trong dung dịch tiêu chuẩn cuả chính chất này áp dụng phƣơng trình Nersnt ta cĩ thể tính đƣợc hoạt độ chất điện hoạt. Thế quan sát đƣợc cuả nguyên tố dùng cho phép đo điện thế trực tiếp cĩ thể biểu diễn qua thế cuả điện cực so sánh, thế cuả điện cực chỉ thị và thế tiếp xúc lỏng. Thế tiếp xúc lỏng xuất hiện do sự phân bố khơng đồng đều cuả các anion và cation dọc theo các ranh giới giữa các dung dịch của hai chất điện giải. Thế này sinh ra do tốc độ di chuyển cuả các phân tử tích điện khác nhau dƣới tác dụng cuả lực khuếch tán. Equansat Esosanh Echithi E j Mặc dù Ej rất nhỏ nhƣng nếu bỏ qua Ej thì kết quả tính sẽ khơng chính xác. Làm giảm Ej bằng cách dùng cầu nối KCl nhƣng cũng khơng thể triệt tiêu hồn tồn đƣợc. Đĩ là một trong những lý do cơ bản làm hạn chế sự dụng phƣơng pháp điện thế trực tiếp. Chỉ sử dụng trong một số trƣờng hợp đặc biệt: pin nồng độ, đo pH và pK bằng điện cực chọn lọc. 2.1. Pin nồng độ Ví dụ: đo nồng độ Mn+ trong dung dịch X cĩ nồng độ x, ta tạo một bên điện cực M nhúng vào trong dung dịch X, bên kia là điện cực M nhúng vào trong dung dịch Y đã biết chính xác nồng độ c cuả Mn+. Hai dung dịch chứa cùng một loaị ion cùng lực ion: M M n ( x ) M n ( c ) M RT M n Y Thế cuả pin này là E ln nF M n X Phƣơng pháp này chính xác và cho phép đo đến nồng độ 10-6M. 2.2. Đo pH và pK 42
  43. Nguyên tắc: Để đo pH và pK ngƣời ta dùng điện cực màng chọn lọc. Điểm đặc biệt cuả điện cực này là thế cuả nĩ chỉ tùy thuộc một hoạt độ cuả một ion nhất định (nếu khơng cĩ mặt các ion cản trở). Do đĩ, chỉ cần đo thế điện cực (so với điện cực so sánh), dựa trên đƣờng chuẩn (thành lập với một loaị dung dịch cĩ chƣá H+ hoặc X ở nồng độ biết chính xác) ta cĩ thể suy ra nồng độ H+ hoặc nồng độ x cuả ion X. 3. Chuẩn độ điện thế Nguyên tắc: Lập mạch điện hố gồm điện cực chỉ thị và điện cực so sánh trơ với ion phản ứng (ion cần chuẩn độ), tiến hành đo sức điện động cuả hệ trong quá trình chuẩn độ, điểm tƣơng đƣơng đƣợc xác định bằng bƣớc nhảy thế trên đƣờng cong chuẩn độ. Giữa dạng oxy hố và dạng khử cĩ mối liên RT aOx hệ: E E0 ln nF aKh Nhƣ vậy bƣớc nhảy thế điện cực tƣơng đƣơng với nồng độ chất chuẩn độ ở gần điểm tƣơng đƣơng. Điện cực đƣợc dùng để thay thế chất chỉ thị và đƣợc gọi là điện cực chỉ thị. Để xác định điểm cuối chuẩn độ cĩ thể dùng các dạng đồ thị khác nhau: Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thế vào nồng độ chất chuẩn hay tính sự thay đổi thế trên một đơn vị thể tích chất chuẩn hay là xác định điểm cuối trong đĩ đạo hàm bậc hai cuả thế theo thể tích. 3.1. Chuẩn độ điện thế khơng dịng Nguyên tắc: Đo thế cuả một điện cực chỉ thị so với điện cực so sánh (calomen) sau mỗi lần thêm dung dịch chuẩn. Thế đƣợc đo khi hệ thống đạt đến cân bằng (khơng cĩ dịng điện đi qua bình). Sự đo thế cuả pin khi khơng cĩ dịng điện thƣờng thực hiện bằng phƣơng pháp bổ chính. Dụng cụ dùng đo sức điện động E (thế) gọi là điện thế kế. 3.2. Chuẩn độ điện thế cĩ dịng Trong phƣơng pháp này ngƣời ta cho qua bình điện phân một dịng điện cĩ cƣờng độ rất nhỏ (vài A) khơng đổi. Ngƣời ta áp dụng phƣơng pháp chuẩn độ cĩ dịng trong hai trƣờng hợp sau: - Hệ chậm. - Phản ứng làm mất hẳn một trong hai chất phản ứng ví dụ mất ion Mn+ do phản ứng kết tuả hay tạo phức mất hẳn chất oxy hố khử. Trong các trƣờng hợp đĩ, thế cần bằng thiết lập rất chậm. Nếu ta cho qua bình một dịng điện thì thế điện cực mau đạt đến một vị trí ổn định nhờ đĩ 43
  44. ta cĩ thể theo dõi sự biến thiên cuả E trong quá trình chuẩn độ. Khi đến điểm tƣơng đƣơng ta cũng cĩ một bƣớc nhảy thế giống nhƣ trƣờng hợp chuẩn độ khơng dịng. 3.3. Các ứng dụng cuả phƣơng pháp chuẩn độ điện thế 3.3.1. Phản ứng trung hồ Phép chuẩn độ axit bazơ điện thế đặc biệt thuận tiện khi phân tích hỗn hợn axit hay bazơ đa chức vì nĩ tách ra đƣợc ở điểm cuối chuẩn độ. 3.3.2. Phản ứng kết tuả Cĩ thể theo dõi sự biến thiên nồng độ cuả ion (anion hoặc cation) trong dung dịch phân tích khi thêm một tác chất tạo thành kết tuả với ion cần xác định bằng cách đo thế E giữa một điện cực chỉ thị và điện cực so sánh. 3.3.3. Chuẩn độ phức chất Để phát hiện điểm cuối trong chuẩn độ tạo phức hồ ta cĩ thể sử dụng điện cực kim loaị và điện cực màng. 3.3.4. Chuẩn độ oxy hố khử Thế điện cực cuả phƣơng pháp chuẩn độ oxy hố khử điện thế đƣợc xác định bằng tỉ số nồng độ các dạng oxy hố và khử cuả các chất tƣơng tác, từ đĩ tìm đƣợc hàm thể tích cuả chất chuẩn. Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng rộng rãi cho các phản ứng oxy hố khử thuộc hệ nhanh. Nếu phản ứng chậm thêm một chất xúc tác hoặc đun nĩng hoặc thêm một lƣợng thừa dung dịch chuẩn và chuẩn độ ngƣợc. 3.4.5. Chuẩn độ tự động Để làm nhẹ cơng việc chuẩn độ và đỡ tốn thời gian dùng một hệ thống theo dõi biến thiên cuả E sau mỗi lần thêm dung dịch chuẩn. Khi E biến thiên chậm (cịn xa điểm tƣơng đƣơng) hệ thống cung cấp dung dịch chuẩn với tốc độ khá mạnh, khi gần điểm tƣơng đƣơng hệ thống tự động giảm tốc độ cung cấp dịch chuẩn. Khi E cực đại hệ thống tự động tắt máy khơng cho buret V cung cấp thêm dung dịch nữa. 3.4.6. Chuẩn độ vi phân Để tiến hành chuẩn độ vi phân cần cĩ hai điện cực chỉ thị tƣơng đƣơng, một trong hai điện cực này cách ly khỏi dung dịch. Một điện cực đƣợc đặt bên trong ống nghiệm cĩ lớp vỏ ngồi. Sự tiếp xúc với dung dịch qua một lỗ nhỏ ( 1mm) ở đáy ống nghiệm. Sự khác nhau giữa thành phần dung dịch sẽ xuất hiện thế E giữa các điện cực. Sau mỗi lần đo thế, ngƣời ta làm cho dung dịch trở nên đồng nhất bằng cách bĩp quả lê cao su trong vài phút. Ƣu điểm 44
  45. cuả phƣơng pháp chuẩn độ vi phân khơng cĩ điện cực so sánh và cầu muối, thƣờng quan sát đƣợc cực đại rõ ở điểm cuối chuẩn độ. Địa điểm, mơi trƣờng Tiến hành tại phịng học. Yêu cầu cĩ bảng viết và ghế ngồi cho học viên. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Phải làm cho học viên nắm vững cơ sở lý thuyết trong phân tích điện thế. - Nguyên tắc đo thế điện cực, đo điện thế trực tiếp. - Vai trị và tầm quan trọng cuả điện cực chỉ thị và điện cực so sánh. - Nắm vững phƣơng pháp chuẩn độ, các điều kiện cơ bản trong chuẩn độ điện thế. Các trƣờng hợp chuẩn độ. - Ứng dụng của phƣơng pháp chuẩn độ điện thế. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá kiến thức thu đuợc của học viên bằng các bài kiểm tra, các câu hỏi gợi ý khả năng tƣ duy suy luận của học viên. Hình thức 2: nghiên cứu tài liệu và thảo luận nhĩm - Tổ chức thảo luận về cơ sở lý thuyết cuả phƣơng pháp phân tích điện thế - Đặc điểm của phép đo điện thế trực tiếp và chuẩn độ điện thế. - Nguyên tắc và các yếu tố ảnh hƣởng đến phƣơng pháp chuẩn độ điện thế. - Dạng đƣờng cong chuẩn độ, bƣớc nhảy thế, điểm tƣơng đƣơng. - Các ứng dụng của phƣơng pháp chuẩn độ điện thế. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Giúp cho học viên hiểu nguyên tắc đo thế điện cực, đo điện thế trực tiếp. - Sự khác nhau giữa điện cực chỉ thị và điện cực so sánh. - Các điều kiện cơ bản của chuẩn độ điện thế. - Ứng dụng của pháp chuẩn độ điện thế. - Cách vẽ đƣờng cong chuẩn độ, xác định điểm tƣơng đƣơng. Cách thức kiểm tra đánh giá - Cho học viên nhận xét về quá trình thực hiện phép đo điện thế trực tiếp và chuẩn độ điện thế - Cho học viên nhận xét ứng dụng của phƣơng pháp chuẩn độ điện thế. - Cách xác định điểm tƣơng đƣơng trong quá trình chuẩn độ. 45
  46. Hình thức 3: thảo luận đặc điểm và cách sử dụng máy đo điện thế trực tiếp và chuẩn độ điện thế - Tổ chức thảo luận về đặc điểm thiết bị chuẩn độ điện thế - Hƣớng dẫn học viên sử dụng thiết bị - Nguyên tắc chung trong chuẩn độ điện thế, thảo luận về phép chuẩn độ độ dẫn, cách xác định điểm tƣơng đƣơng trong quá trình chuẩn độ. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Giúp học viên nắm vững đặc điểm của các loại điện cực dùng trong phân tích điện thế. - Các điều kiện cơ bản khi thực hiện phƣơng pháp chuẩn độ điện thế. - Các học viên phải hiểu đƣợc bản chất của phản ứng hố học xảy ra trong quá trình chuẩn độ. Cách thức kiểm tra đánh giá - Cho học viên nhận xét về phép chuẩn độ điện thế. - Cho học viên nhận xét về các ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp. - Nhận xét về các ứng dụng của phép chuẩn độ - Cho từng nhĩm lên trình bày vấn đề vừa thảo luận, các nhĩm khác hỏi lại và cho điểm. Dựa vào kết quả trung bình để tính điểm cho từng cá nhân. Hình thức 4: thực hành phân tích trên thiết bỊ chuẩn độ điện thế Tổ chức thành nhĩm nhỏ và cho tiến hành các bài thí nghiệm cĩ trong giáo trình cho sinh viên và hƣớng dẫn học viên đọc giá trị thế chính xác, tính tốn kết quả, viết báo cáo. 1. Xác định hàm lƣợng CO2 bằng chuẩn độ pH khơng dịng Xác định nồng độ CO2 trong dung dịch mẫu bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,1N. Từ các số liệu thu đƣợc ta vẽ hai đƣờng cong chuẩn độ pH theo V và pH theo 5. Trên các đƣờng cong này sẽ thu đƣợc bƣớc nhảy thế, thể V tích điểm tƣơng đƣơng và tính đƣợc nồng độ CO2. 1.1. Thiết bị và dụng cụ - Máy pH/mV tƣơng ứng - Điện cực so sánh và chỉ thị: calomen hoặc AgCl và điện cực thủy tinh - Máy khuấy từ, cá từ - Pipet, buret, - Cốc chuẩn độ, bình tam giác và các dụng cụ cần thiết 1.2. Hố chất 46
  47. - Dung dịch chứa CO2 khí cần xác định - Dung dịch NaOH 0,1N chuẩn 1.3. Chuẩn độ Dùng pipet lấy 100ml dung dịch cĩ chứa CO2 vào cốc chuẩn độ 250ml, nhúng cả bộ điện cực vào trong cốc chuẩn, để một thời gian. Bật máy đo giá trị pH dung dịch tiếp xúc với điện cực. Mở khố buret thêm từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch tiếp xúc với điện cực, ghi giá trị pH sau khi thể tích NaOH thêm vào. Từ các số liệu thu đƣợc vẽ hai đồ thị pH = f(V) và pH V = f(V), từ hai đồ thị này xác định hai điểm tƣơng đƣơng, tính nồng độ CO2 C V Tính kết quả C NaOH NaOH CO2 Vddxacdinh 2. Xác định hàm lƣợng H3PO4 bằng chuẩn độ pH Tiến hành chuẩn hai chức đầu cuả axit H3PO4 bằng dung dịch NaOH chuẩn. Từ số liệu thu đƣợc vẽ đƣờng pH = f (V), đƣờng nay cĩ hai điểm uốn tại hai bƣớc nhảy ứng với hai điểm tƣơng đƣơng đầu. Từ Vtđ ta sẽ tính đƣợc nồng độ đƣơng lƣợng cuả H3PO4. 2.1. Thiết bị và dụng cụ - Máy pH meter - Điện cực điện cực kép (thủy tinh + so sánh). - Máy khuấy từ, cá từ - Buret, pipet, - Cốc chuẩn độ, bình tam giác, bình định mức 2.2. Hố chất - Pha dung dịch NaOH chuẩn 0,100N - Dung dịch H3PO4 2.3. Chuẩn độ Dùng pipet lấy 10ml dung dịch mẫu H3PO4 cho vào một cốc chuẩn độ 150ml. Thêm nƣớc cất vào đến khoảng 100ml, đặt lên máy khuấy từ khuấy đều. Ghi giá trị pH và thể tích NaOH sau mỗi lần thêm. Từ các số liệu thu pH f(V) đƣợc vẽ hai đƣờng pH = f(V) và V , xác định hai điểm tƣơng đƣơng và tính nồng độ đƣơng lƣợng, nồng độ mol/l cuả H3PO4. 3. Xác định hàm lƣợng axit tổng bằng chuẩn độ điện thế 3.1. Phản ứng trung hịa 47
  48. Xác định nồng độ HCl trong dung dịch mẫu bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,1N. Từ các số liệu thu đƣợc ta vẽ hai đƣờng cong chuẩn độ E theo V và E theo 5. Trên các đƣờng cong này sẽ thu đƣợc bƣớc nhảy thế, thể tích V điểm tƣơng đƣơng và tính đƣợc nồng độ HCl. 3.2. Thiết bị và dụng cụ - Máy chuẩn độ điện thế 702 SM Titrino hay máy pH/mV tƣơng ứng. - Điện cực so sánh và chỉ thị: calomen hoặc điện cực AgCl và Ag/AgCl - Máy khuấy từ, cá từ - Pipet, buret, - Cốc chuẩn độ, bình tam giác và các dụng cụ cần thiết. 3.3. Hố chất - Dung dịch HCl cần xác định - Dung dịch NaOH 0,1N chuẩn 3.4. Chuẩn độ - Sử dụng máy chuẩn độ điện thế Titrino Cài đặt các thơng số cho máy tƣơng tự nhƣ các bài trƣớc. Dung dịch chuẩn NaOH 0,1N đƣợc làm đầy chai đựng chất chuẩn. Dùng pipet lấy 10 ml dung dịch HCl cần xác định cho vào cốc chuẩn độ 250ml, thêm nƣớc cất đến khoảng 80ml, điều chỉnh máy khuấy để trộn đều dung dịch. Nhúng cặp điện cực vào cốc chuẩn độ nhấn nút START và bắt đầu quá trình chuẩn độ. Khi đã xác định đƣợc điểm cuối chuẩn độ và tính tốn nồng độ của HCl trong dung dịch thì sẽ thu đƣợc bảnh kết quả với đồ thị E = f(V) trên đồ thị sẽ nhìn thấy bƣớc nhảy thế cuả phép chuẩn độ. - Sử dụng máy pH/mV Lấy 10ml dung dịch HCl cần xác định cho vào cốc chuẩn độ 250ml, thêm nƣớc cất đến khoảng 80ml, bật khuấy trộn đều dung dịch. Nhúng cặp điện cực vào, bật khuấy từ khoảng 30 giây, tắt máy khuấy từ và đọc giá trị thế đã ổn định. Ghi giá trị thế và thể tích NaOH sau mỗi lần thêm. Từ các số liệu thu đƣợc vẽ hai đồ thị E = f(V) và E = f(V), từ hai đồ thị này xác định hai V điểm tƣơng đƣơng, tính nồng độ HCl CNaOH VNaOH Tính kết quả CHCl Vdd xác định 4. Xác định nồng độ Cl-, I- bằng chuẩn độ điện thế - Phản ứng kết tuả 48
  49. Tiến hành chuẩn độ hỗn hợp I- và Cl- trong cùng một dung dịch bằng dung dịch AgNO3 chuẩn. Từ các số liệu thu đƣợc ta vẽ hai đƣờng cong chuẩn độ E theo V và E theo 5. Trên đƣờng E theo V ta sẽ thu đƣợc hai bƣớc V nhảy và trên đƣờng theo V ta sẽ thu đƣợc hai đỉnh cực đại ứng với hai điểm tƣơng đƣơng. Từ Vtđ tính đƣợc nồng độ I- và Cl_ trong dung dịch. 4.1. Thiết bị và dụng cụ - Máy chuẩn độ điện thế 702SM Titrino hay máy pH/mV tƣơng ứng - Điện cực so sánh - Điện cực chỉ thị Ag/AgCl hoặc điện cực màng chọn lọc Cl- - Máy khuấy từ, cá từ - Pipet, buret, - Cốc chuẩn độ và các dụng cụ cần thiết khác. 4.2. Hố chất - Dung dịch I-, Cl- cần xác định - Dung dịch AgNO3 0,100N - Ba(NO3)2 khan 4.3. Chuẩn độ - Sử dụng máy máy chuẩn độ điện thế 702SM Titrino, cài đặt thơng số cho máy Lấy 5 ml dung dịch I- và 10ml dung dịch Cl- cần xác định cho vào cốc chuẩn độ 250ml, thêm 2 gam Ba(NO3)2, thêm nƣớc cất đến khoảng 80ml, khuấy trộn dung dịch cho Ba(NO3)2 tan hết. Nhúng cặp điện cực vào dung dịch, nhấn nút START bắt đầu quá trình chuẩn độ, khi đã tìm đƣợc điểm cuối chuẩn độ thì trên màn hình sẽ xuất hiện chữ EP1. - Sử dụng máy pH/mV Lấy 5 ml dung dịch I- và 10ml dung dịch Cl- cần xác định cho vào cốc chuẩn độ 150ml, thêm 2 gam Ba(NO3)2, thêm nƣớc cất đến khoảng 80ml, khuấy trộn dung dịch cho Ba(NO3)2 tan hết. Nhúng cặp điện cực vào dung dịch, bật khuấy từ khoảng 30 giây, tắt máy khuấy từ và đọc giá trị thế khi đã ổn định. Từ buret thêm chậm chậm dung dịch AgNO3. Ghi giá trị thế và thể tích chất chuẩn sau mỗi lần thêm. Từ các số liệu thu đƣợc vẽ hai đồ thị E = f(V) và E = f(V), từ hai đồ thị này xác định hai điểm tƣơng đƣơng, tính V nồng độ I- và Cl- 49
  50. 5. Xác định hàm lƣợng Fe2+ bằng chuẩn độ điện thế - Phản ứng oxy hố khử Tiến hành chuẩn độ xác định nồng độ Fe2+ trong dung dịch mẫu bằng - dung dịch MnO4 chuẩn trong mơi trƣờng axit. Từ các số liệu thu đƣợc ta vẽ đƣờng cong chuẩn độ E theo 5. Trên đƣờng E theo V ta thu đƣợc bƣớc nhảy thế. 5.1. Thiết bị và dụng cụ - Máy chuẩn độ điện thế 702SM Titrino hay máy pH/mV tƣơng ứng - Điện cực so sánh, điện cực chỉ thị - Máy khuấy từ và cá từ. - Pipet, buret, cốc chuẩn độ, bình tam giác và các dụng cụ cần thiết 5.2. Hố chất - Dung dịch Fe2+ xác định - Dung dịch H2SO4 2N - Dung dịch KMnO4 0,1N 5.3. Chuẩn độ - Sử dụng máy chuẩn độ điện thế 702SM Tritino Cài đặt các thơng số cho máy theo yêu cầu trong chuẩn độ điện thế. Dùng pipet lấy 10ml dung dịch cần xác định vào cốc chuẩn độ thêm nƣớc cất đến 80ml, bật khuấy từ để khuấy trộn đều dung dịch. Nhúng điện cực vào dung dịch trong cốc chuẩn độ, nhấn nút START bắt đầu quá trình chuẩn độ. Khi đã tìm đƣợc điểm cuối chuẩn độ, nhập cơng thức tính để tính tốn nồng độ Fe2+.Từ các số liệu chuẩn độ sẽ thu đƣợc đƣờng cong chuẩn độ E theo V - Sử dụng máy pH/mV Dùng pipet lấy 25ml dung dịch cần xác định vào cốc chuẩn độ 250ml thêm nƣớc cất đến 100ml. Đặt cốc lên máy khuấy từ, bật khuấy từ để trộn đều dung dịch, tắt khuấy từ để dung dịch yên 30 giây, tiến hành chuẩn độ. Sau mỗi lân thêm dung dịch chuẩn khuấy trong 30 giây và để dung dịch đứng yên trong 30 giây mới bật máy đo điện thế và ghi giá trị thế khi đã ổn định. Từ các số liệu giá trị E và V chuẩn độ, vẽ đƣờng cong chuẩn độ E = f(V) và E KMnO4 V theo V, sẽ nhìn thấy đƣợc bƣớc nhảy thế và xác định chính xác thể tích tại điểm tƣơng đƣơng, từ đĩ tính đƣợc nồng độ cuả Fe2+ theo cơng thức: C V KMnO4 KMnO4 C 2 Fe V 2 Fe 50
  51. 6. Xác định hàm lƣợng Cl- bằng phƣơng pháp điện thế trực tiếp sử dụng điện cực màng chọn lọc ion. - Xác định nồng độ cuả ion Cl- trong dung dịch mẫu ở nồng độ nhỏ. - - Dựng đƣờng chuẩn cuả ion Cl trên nền KNO3 0,1M lập phƣơng trình hồi quy tƣơng ứng. Đo thế cuả dung dịch mẫu, từ giá trị thế thu đƣợc và phƣơng trình hồi quy tính đƣợc nồng độ ion trong mẫu. 6.1. Thiết bị và dụng cụ - Máy pH/m5. - Điện cực so sánh calomen hoặc AgCl - Điện cực chỉ thị: điện cực màng chọn lọc Cl- - Máy khuấy và cá từ bình định mức, pipet, cốc, bình nƣớc cất 6.2. Hố chất - Dung dịch KCl nồng độ 355mgCl-/l hay 0,355mgCl-/ml - Dung dịch KNO3 2M 6.3. Thực hành 1. Dựng đƣờng chuẩn: Lấy 6 bình định mức 100ml lần lƣợt thêm vào các thể tích nhƣ sau: 1 2 3 4 5 6 Vml KCl (0,355mgCl-/ml) 0,0 1,0 2,0 4 6,0 10,0 Vml KNO3 2M 5 Vml H2O cất 95,0 94,0 93,0 91,0 89,0 85,0 CCl- (mg/l) 0,00 3,55 7,10 14,20 21,30 35,50 Lần lƣợt đổ dung dịch cần đo vào cốc và cho cá từ vào, nhúng điện cực so sánh và điện cực màng chọn lọc Cl- vào dung dịch đo, khuấy trộn dung dịch trong khoảng 1-2 phút, để dung dịch đứng yên. Bật máy đo thế của dung dịch. Ghi giá trị thế khi đã ổn định. Từ các số liệu thu đƣợc vẽ đồ thị E theo pCl-, lập phƣơng trình hồi qui theo phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu. 6.4. Xác định mẫu Lấy 3 bình định mức 100ml, mỗi bình cho vào 10ml dung dịch cần xác định, mỗi bình thêm 5ml KNO3 2M và định mức tới vạch bằng nƣớc cất. Đổ dung dịch vào cốc đo và tiến hành đo tƣơng tự khi dựng đƣờng chuẩn. Từ các giá trị thế thu đƣợc và từ phƣơng trình hồi quy tính pCl, từ đĩ tính nồng độ Cl- trong mẫu. Tính nồng độ trung bình. Gợi ý các khía cạnh và mức độ - Phải làm cho học viên nắm vững các yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả đo. 51
  52. - Học viên phải biết cách chuẩn độ. - Các học viên phải nhận biết đƣợc ý nghĩa phép chuẩn độ. Cách thức kiểm tra đánh giá - Cho học viên đọc và nhận xét về phép chuẩn độ điện thế. - Ghi nhận kết quả chuẩn độ vẽ đƣờng cong chuẩn độ, viết báo cáo. Cho điểm. 52