Bài giảng Hóa phân tích - Bài 3: Phương pháp phân tích khối lượng

Dựa trên khối lượng của sản phẩm tạo thành sau phản
ứng hóa học dưới dạng kết tủa, hoặc khối lượng còn lại
sau khi tác động bằng phương pháp vật lý như bay hơi khi
sấy hoặc nung.
Phân loại phương pháp khối lượng chủ yếu dựa vào các
phương pháp tách.
Dd chất cần phân tích Thuốc thử
Kết tủa Lọc tủa Rửa tủa Sấy, nung Cân
I. Phương pháp kết tủa
Phương pháp phân tích khối lượng
PP kết tủa PP bay hơi (PP cất)
PP bay hơi trực 
tiếp
PP bay hơi gián 
tiếp
PP tách
Xđ độ tro
PP tách
PP điện lượng
Dạng kết tủa tạo thành sau phản ứng kết tủa gọi là
dạng tủa.
Dạng kết tủa cuối cùng sau khi sấy (hoặc nung) đến
khối lượng không đổi gọi là dạng cân.
Dạng tủa và dạng cân có thể giống nhau nhưng cũng
có thể khác nhau.
Ví dụ 1: Định lượng Na2SO4: cho phản ứng kết tủa với BaCl2
BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 ↓ + 2NaCl Dạng tủa và nung: BaSO4
Ví dụ 2: Định lượng CaCl2:
CaCl2 + (NH4)2C2O4 = CaC2O4 ↓ + NH4Cl
Khi nung ở nhiệt độ cao: CaC2O4 → CaO + CO2 + CO
Dạng tủa: CaC2O4 - Dạng cân: CaO
I.1 Tính toán trong phân tích khối lượng
a. Hệ số chuyển F
Hệ số chuyển F là tỷ số giữa khối lượng phân tử gam (hay
ion gam) của chất cần xác định và khối lượng phân tử
gam của chất ở dạng cân.
m, n: Hệ số tỷ lượng
tương ứng
.
.
Chatcanxacdinh
Chatdangcan
mM
F
nM
=
Ví dụ:
- Định lượng Na2SO4 cho phản ứng kết tủa với BaCl2,
dạng cân là BaSO4
Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl 
F = ?
- Định lượng Fe trong dung dịch Fe3+ bằng cách cho
kết tủa với NH4OH, dạng cân là Fe2O3.
FeCl3 + 3NH4OH = Fe(OH)3↓+ 3NH4Cl
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3 H2O
Theo phương trình phản ứng có: F = ?
b. Xác định hàm lượng (thành phần %) trong mẫu
Nếu mẫu ở dạng rắn: .
(%) .100
F b
C
a
=
Nếu mẫu ở dạng lỏng:
100.(%) /
V
b.F
=ttklC
100.(%) /
V.d
b.F
=klklC 1000.)/(
V
b.F
=lgP
a: khối lượng mẫu ban đầu (g)
b: khối lượng của dạng tủa cân (g)
V: thể tích mẫu đã lấy tương ứng với b (g) tủa, đơn vị mL.
d: khối lượng riêng của dung dịch, đơn vị là g/mL.
I.2 Các giai đoạn của PP phân tích khối lượng bằng
cách tạo tủa
Xác định lượng mẫu và cân mẫu
Hòa tan mẫu
Tạo kết tủa
Lọc và rửa kết tủa
Sấy và nung
Cân và tính kết quả
Bước 1
Bước 2
Bước 3
Bước 4
Bước 5
Bước 6
Bước 1: Xác định lượng mẫu và cân mẫu
Lượng mẫu cần thiết để làm kết tủa:
- Đối với kết tủa dạng tinh thể:
- Đối với kết tủa dạng vô định hình:
.
.0,5
.
A
B
m M
a
n M
=
.
.0,1
.
A
B
mM
a
n M
=
m,n: Các hệ số cân bằng của phương trình phản ứng
MA: Khối lượng mol chất cần xác định
MB: Khối lượng mol của dạng cân
0,5 và 0,1: hệ số thực nghiệm
Ví dụ 1: Tính lượng mẫu cần thiết của CaCO3, bằng cách tạo
tủa CaC2O4. Biết dạng cân CaO
Ví dụ 2: Tính lượng mẫu cần thiết của Fe(NO3)3.9H2O. Biết
dạng cân Fe2O3.
Bước 2: Hòa tan mẫu
- Thường được tiến hành khi mẫu ban đầu dạng rắn.
- Quá trình hòa tan phụ thuộc vào nhiều điều kiện: dung
môi, nhiệt độ, pH, bản chất của chất phân tích
- Đối với kết tủa tinh thể, lượng dung môi hòa tan sao
cho được dung dịch khoảng 0,1N. Đối với tủa vô định
hình, lượng dung môi hòa tan sao cho được dd đặc.
- Trong quá trình hòa tan không được đưa vào dung dịch
những chất ảnh hưởng đến phản ứng tạo tủa sau này.
Ví dụ:
- Để hòa tan CaCO3, chọn acid HCl là phù hợp, không
dùng H2SO4 vì sẽ tạo tủa CaSO4.
- Dùng 1HNO3đặc + 3HClđặc để hòa tan CuS theo phản ứng
oxi hóa khử
3CuS+2 HNO3 + 6HCl = 3CuCl2 + 3S↓ + 4H2O + NO2
- Đối với các hợp chất hữu cơ, các dược liệu thì phải sử
dụng các dung môi thích hợp để hòa tan thành phần
mong muốn. Ví dụ, sử dụng ethanol 95 – 100o để hòa tan
aspirin trong thuốc rắn do aspirin tan rất tốt trong ethanol
nhưng tan rất kém trong nước.
Bước 3: Tạo kết tủa
Các yêu cầu khi tạo tủa:
Đối với tủa tinh thể:
- Dung dịch mẫu và thuốc thử: loãng
- Tạo tủa trong điều kiện dung dịch mẫu và thuốc thử: nóng
(nhưng chưa sôi).
- Cho thuốc thử chậm chậm và khuấy vào mẫu.
Đối với tủa vô định hình:
- Dung dịch mẫu và thuốc thử: đặc (bề mặt nhỏ nhất)
- Dung dịch mẫu nóng và có mặt chất điện ly.(đông tụ)
- Cho thuốc thử nhanh, khuấy mạnh và lọc rửa ngay bằng
nước nóng (tránh pepti hóa).
Kết tủa tạo thành phải đảm bảo các yêu cầu:
- Tủa phải có độ tan nhỏ để rửa tủa được hoàn toàn
- Có độ tinh khiết cao, ít hấp phụ hay lẫn tạp chất
(ví dụ khi tạo tủa BaSO4 cần thêm HCl vào nhằm
giảm tủa phụ BaCO3 và giảm cộng kết Ba(OH)2)
- Kích thước tinh thể lớn để hạn chế mất tủa trong
quá trình lọc, rửa.
- Chuyển tủa sang dạng cân một cách dễ dàng và
hoàn toàn
Bước 4: Lọc và rửa kết tủa
Lọc tủa: Có thể lọc tủa bằng giấy lọc hoặc phễu lọc
Lọc tủa bằng giấy lọc: Tùy kích thước tủa mà chọn
giấy lọc có chỉ số lỗ xốp thích hợp:
- Giấy lọc băng đỏ: Lọc tủa vô định hình
- Giấy lọc băng trắng: Lọc tủa có kích thước trung
bình
- Giấy lọc băng xanh: Lọc tủa có kích thước nhỏ
(như BaSO4, CaC2O4 ...)
Chọn đường kính giấy lọc phù hợp với lượng tủa để
đảm bảo tủa được rửa sạch
1/3 paper
0,5-1 cm
Rửa tủa: Nhằm loại các chất bẩn trên bề mặt kết tủa
- Rửa bằng dung dịch của chất tạo kết tủa (thuốc
thử): nhằm hạn chế độ tan của chất kết tủa. Yêu
cầu dung dịch rửa phải là chất dễ bay hơi khi nung.
Ví dụ: dùng dung dịch (NH4)2C2O4 để rửa tủa
CaC2O4.
- Rửa tủa bằng dung dịch chất điện ly: Nhằm tránh
hiện tượng pepti hóa. Yêu cầu của chất điện ly phải
là chất dễ bay hơi khi nung.
Ví dụ: dùng chất điện ly như HNO3 hay NH4NO3 để
rửa tủa AgCl
Rửa bằng dung dịch ngăn cản sự thủy phân: Một số
kết tủa dễ bị thủy phân khi rửa bằng nước ( làm
thay đổi dạng cân).
Ví dụ: Tủa MgNH4PO4 bị thủy phân trong nước:
MgNH4PO4 + H2O = MgHPO4 + NH4OH
 Phải dùng dung dịch NH4OH để rửa tủa này.
Rửa bằng nước: Thích hợp cho những loại tủa mất
mát không đáng kể khi rửa bằng nước.
Bước 5: Sấy và nung
- Sấy: tách nước vật lý và làm bay hơi một số hợp chất
dễ bay hơi
- Nung: Tách nước hóa học, chuyển từ dạng tủa sang
dạng cân, đốt cháy giấy lọc.
- Sau khi nung sẽ được tủa ở dạng cân. Yêu cầu tủa ở
dạng cân:
+ Bền vững với môi trường, không hút ẩm
+ Phải có công thức xác định để tính F đúng
+ Chọn dạng cân nào có thừa số chuyển F càng
nhỏ càng tốt để giảm sai số
Ví dụ: Để xác định Cr3+ có thể sử dụng 2 dạng cân:
Cr2O3 hay BaCrO4
- Nếu dạng cân Cr2O3 thì F  0,7
- Nếu dạng cân là BaCrO4 thì F 0,2
Giả sử Cr2O3 và BaCrO4 có cùng khối lượng
1mg thì sai số đối với Cr3+ ở dạng cân BaCrO4 nhỏ
hơn 0,7/02 = 3,5 lần
Bước 6: Cân và tính kết quả
- Phải làm nguội trong bình hút ẩm trước khi cân
- Lấy trung bình của 03 lần cân để giảm sai số
- Cân bằng cân phân tích.
II. Phương pháp bay hơi
II.1 Phương pháp bay hơi trực tiếp
Tiến hành cho bay hơi chất cần xác định trong
mẫu, sau đó ghi nhận khối lượng, bao gồm:
- Ghi nhận khối lượng hơi bay ra bằng phương
pháp hấp thu.
Ví dụ: hấp thu CO2 trong nước vôi trong
- Ghi nhận phần không bay hơi còn lại.
Ví dụ: Xác định chất rắn toàn phần trong nước
II.1 Phương pháp bay hơi gián tiếp
Xác định lượng chất trước và sau bay hơi để suy
ra lượng chất bị bay hơi
Ví dụ: xác định độ ẩm trong vật liệu.
Ví dụ 2: Khi nung 1,3906g natri oxalat bẩn thu
được chất còn lại là 1,1436g. Xác định độ tinh
khiết của mẫu.
Na2C2O4 Na2CO3 + CO
nCO = (1,3906-1,1436)/28