Bài 3. Xác định cacbonat và hiđro photphat trong một mẫu làm chất mài

Lý thuyết

Na₂CO₃, CaCO₃ và Na₂HPO₄ là các thành phần chính của các bột mài. Trong bài thí nghiệm này, phải xác định các ion cacbonat và hiđro photphat trong một mẫu để mài bằng hai chuẩn độ axit-bazơ.

Đầu tiên, thêm một lượng chính xác axit clohiđric (được lấy với lượng dư) vào mẫu thử. Phản ứng xảy ra, hiđro photphat chuyển thành H₃PO₄, còn các ion cabonat chuyển thành CO₂ sau đó thoát ra hết khi bị đun sôi. Các ion canxi có ban đầu trong mẫu đó chuyển vào dung dịch. Vì các ion này có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích nên chúng được kết tủa trong CaC₂O₄ và lọc bỏ trước khi chuẩn độ.

Tiếp đến, axit photphoric vừa tạo thành được chuẩn độ bằng dung dịch NaOH có nồng độ chính xác với hai chất chỉ thị khác nhau là: Bromcrezon xanh (Bromocresol Green, BCG) và Thymolphthalein (TP). Bước thứ nhất của chuẩn độ này là: H₃PO₄ (và lượng dư HCl) được chuẩn độ tới ion H₂PO₄^-, điểm kết thúc bước chuẩn độ này có môi trường  hơi axit (pH khoảng ~4.5). Điểm này làm cho BCG chuyển từ màu vàng sang màu xanh. Bước thứ hai của chuẩn độ này: tiếp tục bước trên cho tới khi tạo ra HPO₄^2-. Điểm kết thúc bước hai này xảy ra khi TP không màu chuyển sang màu xanh (môi trường có tính kiềm, pH  vào khoảng 10).

Lượng ion CO₃^2-  trong mẫu đó được tìm ra khi dựa vào lượng khác nhau giữa:

a)     Lượng chất chuẩn độ ứng với lượng ban đầu của HCl (đã dùng để hòa tan mẫu)

b)    Lượng cũng của chất chuẩn độ đó ứng với điểm kết thúc chuẩn độ thứ hai (chỉ thị TP).

  Lượng ion HPO₄^2-  được tìm ra khi dựa vào lượng khác nhau giữa lượng chất chuẩn độ đã dùng để đạt tới hai điểm kết thúc chuẩn độ (chỉ thị TP và BCG).

Thiết bị và Hóa chất tiến hành

Qui  trình tiến hành

Bước 1. Hòa tan mẫu và đuổi CO₂

Thêm đúng 10,00 mL dung dịch HCl nồng độ khoảng 1 mol/L (xem trị số chính xác này được ghi trên nhãn của lọ) vào mẫu bột mài có trong cốc được đậy bằng mặt kính đồng hồ thủy tinh (mọi thao tác phải chính xác: lấy dung dịch bằng một pipet! Không được bỏ nắp đậy cốc ra để tránh thất thoát hóa chất!). Sau giai đoạn thoát khí mạnh kết thúc, dùng bếp điện cẩn thận đun nóng dung dịch trong cốc (vẫn phải đậy cốc bằng mặt kính đồng hồ) tới khi hết khí thoát ra. Tiếp đến, đun cẩn thận dung dịch còn lại trong cốc cho sôi trong khoảng 2-3 phút.

Bước 2.  Kết tủa canxi

Nhấc cốc khỏi bếp điện. Dùng nước cất rửa phần hơi nước ngưng tụ ở mặt kính đồng hồ cho chày vào cốc. Dùng ống đong lấy 1-2 mL dung dịch K₂C₂O₄ 15%. Cho từ từ lượng này theo thành vào cốc (mất khoảng 10 đến 20 phút) cho tới lúc kết tủa hoàn toàn. Dùng khoảng thời gian chờ đợi này để xác định nồng độ chính xác của dung dịch NaOH (theo phương pháp dưới đây).

Bước 3. Xác định nồng độ chính xác của dung dịch NaOH

 Dùng một pipet lấy 10,00 mL  dung dịch HCl rồi cho vào bình định mức 100 mL, thêm nước cất cho đến vạch, lắc bình để trộn đều. Rót dung dịch NaOH đầy buret. Dùng pipet lấy 10,00 mL dung dịch HCl trong bình định mức cho vào một bình hình nón (Erlenmeyer). Thêm vào erlenmeyer này 1-2 giọt dung dịch Thymolphthalein rồi chuẩn độ bằng dung dịch NaOH tới khi màu xanh xuất hiện trên vòng xoáy của dung dịch và bền chỉ trong khoảng 5 - 10 giây.

Tại đây và phần sau: Hãy lặp sự chuẩn độ ở mức độ cần thiết. Cần lưu ý rằng trị số thể tích dung dịch cần dùng nhiều nhất và ít nhất chỉ cách nhau có 0,10 mL. Số liệu thể tích dung dịch báo cáo có độ chính xác tới 0,01 mL.

3.1a Hãy điền đầy đủ vào bảng trong Phiếu trả lời.

3.1b Hãy tính nồng độ của dung dịch NaOH  (theo mol/L).

Bước 4. Lọc bỏ canxi oxalat

 Sau khi kết tủa được hầu hết CaC₂O₄^, dùng phễu lọc dung dịch vào bình định mức 100 mL. Nước lọc này hơi bị đục do có mặt lượng nhỏ canxi oxalat nhưng không gây ảnh hưởng tới việc chuẩn độ. Dùng nước cất rửa sạch kết tủa rồi bỏ giấy lọc có kết tủa vào thùng đựng rác. Thêm nước cất vào bình đựng nước lọc cho tới vạch và lắc đều.

Bước 5. Chuẩn độ mẫu dùng Bromocresol Green

Dùng pipet lấy 10,00 mL nước lọc thu được sau bước 4 cho vào một Erlenmeyer rồi thêm tiếp vào đó 3 giọt dung dịch BCG. Hãy chuẩn bị một Erlenmeyer khác có dung dịch đối chứng gồm 3 giọt dung dịch NaH₂PO₄ 15%, 3 giọt dung dịch BCG và 15-20 mL nước cất. Dùng dung dịch NaOH chuẩn độ dung dịch nước lọc tới khi màu của dung dịch này trùng với màu của dung dịch đối chứng thì dừng.

3.2 Hãy điền đầy đủ vào bảng trong Phiếu trả lời.

Bước 6. Chuẩn độ mẫu dùng Thymolphthalein

Dùng pipet lấy 10,00 mL nước lọc thu được sau bước 4 ở trên cho vào một Erlenmeyer rồi thêm tiếp vào đó 2 giọt dung dịch TP. Dùng dung dịch NaOH chuẩn độ dung dịch nước lọc đó tới khi màu xanh xuất hiện và bền trong khoảng 5 – 10 giây thì dừng.

3.3 Hãy điền đầy đủ vào bảng trong Phiếu trả lời.

Bước 7. Các tính toán

3.4. Hãy tính khối lượng của CO₃^2- trong mẫu đã dùng.

3.5. Hãy tính khối lượng của HPO₄^2- trong mẫu đó.

Bước  8. Các câu hỏi thêm cho bài thí nghiệm này

Hãy trả lời các câu hỏi sau đây vào Phiếu trả lời.

3.6a. Hãy chỉ ra một phản ứng (viết phương trình) làm cản trở sự phân tích mẫu khi có mặt Ca²⁺.

3.6b. Danh mục các lỗi có thể phạm phải ở các bước khác nhau được nêu ra trong bảng của Phiếu trả lời. Hãy chỉ ra trong số đó những lỗi nào dẫn đến sai số khi xác định hàm lượng của CO₃^2- và/hoặc HPO₄^2-. Hãy dùng các kí hiệu sau đây: "0" nếu không có sai số như được dự đoán, " + " hoặc " – " nếu có sai lệch nhiều hơn (sai số dương) hoặc sai lệch ít hơn (sai số âm) so với thực tế.