Tài liệu Tài+liệu+bdgv+chuyen+2011 5

MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH THEO CHƯƠNG TRÌNH OLYMPIC Vụ Giáo dục Trung học – Bộ Giáo dục và Đào tạo Bài 1. Xác định Sắt có trong thuốc viên chứa Sắt Lý thuyết Sắt là một thành phần thiết yếu của hồng cầu (hemoglobin), giúp vận chuyển oxi trong máu đến mọi phần của cơ thể. Nó cũng giữ vai trò sinh tử trong nhiều phản ứng trao đổi chất. Thiếu sắt có thể gây bệnh thiếu máu là hệ quả của mức hồng cầu trong máu thấp. Thiếu sắt là sự suy dinh dưỡng khoáng chất phổ biến nhất trên thế giới. Một cách để giảm sự thiếu hụt sắt là chữa trị bằng viên chứa sắt. Hoạt chất trong thuốc viên chứa sắt là sắt(II) hiện diện trong thuốc viên khảo sát dưới dạng sắt(II) fumarat. Ngoài hợp chất hữu cơ sắt(II) này, thuốc viên có chứa các chất khác như những tác nhân liên kết. Cấu trúc của axit fumaric là: OH O O OH Axit fumaric Sắt(II) và 1,10-phenanthroline tạo phức có màu vàng cam/đỏ [(C12H8N2)3Fe]2+. Mật độ quang (absorbance) của phức này, xác định tại 510 nm trong dung dịch đệm (pH=8) là một phép đo hàm lượng sắt của viên thuốc. Do 1,10-phenanthroline chỉ liên kết với sắt(II) và sắt(II) dễ bị oxi hóa thành sắt(III), thêm hidroxiamoni clorua (hydroxylammonium chloride) để khử toàn bộ sắt(III) thành sắt(II). Một sơ đồ phản ứng đơn giản là: 3+ + 2 NH2OH + 4 Fe → N2O + 4 H + H2O + 4 Fe N N 1,10-Phenanthroline 219 2+ Thiết bị và Hóa chất tiến hành THIẾT BỊ HÓA CHẤT  Cân  Viên thuốc chứa Fe (II)  Cối, chày sứ;  HCl 4M;  Cốc 100 mL;  Dung dịch 1,10-phenanthroline;  Thiết bị siêu âm (ultrasonic bath);  Dung dịch hydroxylammonium  Bếp điện; chloride;  Phễu Hirsch chứa một lớp nhỏ chất giúp lọc nhanh;  Bình định mức 250 mL và 100 mL;  Pipet;  Quang phổ kế; Phương pháp tiến hành Dùng cân để xác định khối lượng của viên thuốc chứa sắt chính xác đến 1 mg. Viên thuốc được tán cẩn thận thành bột trong một cối và chuyển định lượng vào cốc 100 mL bằng một lượng nhỏ nước cất. Thêm axit clohidric (5 mL, 4 o M). Đun nóng các chất trong cốc đến khoảng 60 C trên bếp điện. Dung dịch đổi sang màu vàng. Đặt cốc vào thiết bị siêu âm (ultrasonic bath) trong ít nhất 5 phút. Giữ cốc ổn định bằng mốp xốp (styrofoam). Phễu Hirsch chứa một lớp nhỏ chất giúp lọc nhanh (Hi-flo filter aid) đã được làm ẩm và ép chặt trên lọc, dùng phễu này lọc huyền phù bằng cách hút. Rửa chất giúp lọc nhanh (Hi-flo filter aid) bằng lượng dư nước cất. Nước lọc được chuyển cẩn thận vào bình định mức (250 mL) và thêm nước cất, khuấy liên tục để điều chỉnh thể tích cuối. Dùng pipet để hút 10 mL dung dịch này và cho vào bình định mức 100 mL. Lại điều chỉnh thể tích bằng nước cất đồng thời khuấy đều. Từ dung dịch này, dùng pipet lấy 10 mL và cho vào bình định mức 100 mL. Sau đó, thêm dung dịch 1,10-phenanthroline (10 mL) và dung dịch hidroxi 220 amoni clorua (hydroxylammonium chloride) (1 mL) . Kế tiếp, điều chỉnh thể tích dung dịch bằng dung dịch đệm (pH 8). Mật độ quang của dung dịch này được đo bằng máy so màu (quang phổ kế) tại 510 nm so với nước trong cuvet 1,000 cm. Hãy tính lượng sắt trong viên thuốc chứa sắt dựa trên độ hấp thụ mol (hệ số tắt, e) đã biết của phức sắt(II) phenanthroline tại 510 nm. Độ hấp thụ mol của phức sắt(II) phenanthroline tại 510 nm bằng 11100 M-1cm-1. Quan trọng Để lọai bỏ sai lệch trong mật độ quang khi nối với máy so màu sử dụng, một hệ số điều chỉnh được ghi trên máy so màu học sinh dùng trong thí nghiệm. Mật độ quang quan sát được cần phải nhân với hệ số này để thu được mật độ quang đúng của dung dịch phức sắt. Bài 2. Xác định các mẫu vô cơ chưa biết Lý thuyết Có 12 mẫu chưa biết đựng trong túi bằng chất dẻo bao gồm 9 dung dịch chưa biết, mỗi dung dịch được đựng trong ống nhỏ giọt và 3 mẫu chất rắn đựng trong ba lọ miệng rộng. Tất cả các mẫu chưa biết đều được đánh số với 3 chữ số. Hãy kiểm tra cẩn thận các mã số mẫu theo danh sách các mẫu vô cơ chưa biết rồi viết số báo danh và tên của mình vào tờ giấy. (Danh sách đó được kèm theo các mẫu chưa biết của học sinh). Mỗi lọ đựng chất rắn có khoảng 20 miligam dưới dạng bột hoặc tinh thể của một hợp chất tinh khiết. Mỗi ống nhỏ giọt chứa khoảng 1,5ml dung dịch của một hợp chất tinh khiết được hòa tan trong nước cất. Nồng độ của các dung dịch chưa biết nằm trong khoảng từ 0,05 đến 0,5 M(mol/lit). Các dung dịch chưa biết là như sau: HCl H2O2 H2SO4 ZnCl2 NH4SCN NaOH Na2CO3 Na2SO3 BaCl2 K4Fe(CN)6 Chú ý: 221 (1) Có 2 mẫu chưa biết được lặp lại. (2) H2O kết tinh trong tinh thể ngậm nước được bỏ qua trong các công thức cho ở trên. Trên bàn thí nghiệm của học sinh có một hộp nhựa đựng các dụng cụ, mẫu chưa biết và các thuốc thử được sử dụng trong bài thực hành này. Danh sách các dụng cụ Dụng cụ Số Dụng cụ Số lượng. lượng. Điện cực dây Pt 1 Điện cực dây Au 1 Hộp đựng pin 1 Pin 2 Bản lõm trắng để nhỏ 1 Bản mỏng bằng nhựa màu 1 giọt đen Kéo cắt 1 Thìa càphê 2 Ống nhỏ giọt (1 mL) 5 Danh sách thuốc thử Thuốc thử Nồng độ. Thuốc thử Nồng độ. KI 0.1M pp (phenolphtalein) 0.01％ FeCl3 0.1M Dung dịch tinh bột 0.01％ Mức độ độc hại và an toàn của các hóa chất Hóa chất Công thức Độ độc hại Độ an toàn Axit clohidric HCl 36/37/38 26 Axit sunfuric H2SO4 35 26-30-45 Dung dịch Natri NaOH 35 26-36/37/39-45 H2O2 22-41 26-39 Na2CO3 36 22-26 hidroxit Dung dịch Hydroperoxit Dung dịch Natri 222 cacbonat Dung dịch Bariclorua BaCl2 20-25 45 Dung dịch Natrisunfit Na2SO3 31-36/37/38 26-36 Dung dịch Kẽm clorua ZnCl2 22-34-50/53 26-36/37/39-45-6061 Dung dịch Kali K4Fe(CN)6 32 22-24/25 20/21/22-32-52/53 13-61 FeCl3 22-34 26-36/37/39-45 KI - 22-24/25 * - - - 40 36/37 hexaxyanoferat (II) Dung dịch Amoni NH4SCN thioxyanat Sắt (III) clorua (rắn) Kali iotua (rắn) Dung dịch tinh bột Chất chỉ thị Phenolphthalein Tiến hành 1. Sử dụng bốn thuốc thử đã được cấp, các phản ứng giữa các mẫu chưa biết với nhau và thiết bị điện phân đơn giản để nhận biết các mẫu chưa biết và viết trả lời của em (dưới dạng số với 3 chữ số - như cách đánh số mẫu của các mẫu đã cho) vào các ô trống trong tờ phiếu trả lời. Chú ý: Sau khi kết thúc công việc hãy cho hai dây vàng (Au) và Platin(Pt) và các pin vào các túi nilon ban đầu của chúng rồi để lại tất cả dụng cụ và hóa chất (kể cả các mẫu chưa biết) vào hộp nhựa đúng vị trí ban đầu. 2. Trong bài thực hành này học sinh đã thực hiện một loạt phép thử để xác định (hoặc khẳng định) các mẫu chưa biết. Học sinh cần nắm được các phản ứng hoá học liên quan đến các phép thử đã tiến hành và viết được các phương trình phản ứng: A. Viết phương trình điện phân xảy ra ở dạng ion rút gọn có ghi trạng thái tồn tại để khẳng định một mẫu chưa biết là dung dịch chứa ZnCl2. 223 B. Viết một phương trình phản ứng dùng để làm sạch kết tủa Zn trên bề mặt điện cực bằng các dụng cụ và hóa chất đã cho trong bài này. 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 HPO42-. 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 CO32- 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 HPO42- 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). 224 Thiết bị và Hóa chất tiến hành THIẾT BỊ HÓA CHẤT  Cân  Bột mài chứa Na2CO3, CaCO3 và  Phễu lọc; Na2HPO4  Cốc 100 mL;  HCl 1M;  Ống đong;  Nước cất  Bếp điện;  Dung dịch K2C2O4 15%;  Bình hình nón (Erlenmeyer);  Dung dịch NaOH;  Bình định mức 100 mL;  Dung dịch Thymolphthalein (TP)  Pipet;  Dung dịch BromoCresol Green (BCG) 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 225 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. 226 3.3 Hãy điền đầy đủ vào bảng trong Phiếu trả lời. Bước 7. Các tính toán 3.4. Hãy tính khối lượng của CO32- trong mẫu đã dùng. 3.5. Hãy tính khối lượng của HPO42- 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 CO32- và/hoặc HPO42-. 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. Bài 4. Chuẩn độ complexon; Ví dụ của sự xác định ion kim loại dùng phép đo complexon. Lý thuyết Nồng độ ion Ni2+ có thể được xác định bằng sự tạo phức với EDTA (etylendiamin tetraaxetat). EDTA là một ligand nhiều răng tạo phức 1: 1 với ion Ni2+. Chất chỉ thị là murexide cũng có thể tạo phức với ion Ni2+ nhưng phức này không bền bằng EDTA. Mục đích của thí nghiệm này là để xác định lượng nước kết tinh trong niken sunfat. Hóa chất cần thiết: Niken sunfat (300 mg) Mã an toàn: R 20/21/22, 42/43, 45, 46 S 26, 27, 28, 36/37/39, 45 Dung dịch EDTA tiêu chuẩn Chất chỉ thị murexide Ammoni clorua (3 g) R 22 S 36 R - S 22, 24/25 R 22, 36 S 22 227 Ammoniac đậm đặc (20 mL) Dụng cụ cần thiết:  Cân  Cốc đong 100 mL  Bình tam giác  Bộ thiết bị chuẩn độ Tiến hành Cân chính xác khoảng 300 mg niken sunfat và hòa tan vào nước. Dùng cốc đong 100 mL. Điều chế dung dịch đệm bằng cách hòa tan 2,7 g ammoni clorua và 17,5 mL ammoniac đậm đặc trong 50 mL nước. Đổ đầy dung dịch EDTA tiêu chuẩn 0,01 M vào một buret. Dùng pipet lấy 10,00 mL dung dịch niken sunfat cho vào cốc hình nón 200 mL và pha loãng với khoảng 90 mL nước. Vừa thêm vừa khuấy đều 10 mL dung dịch đệm vào cốc hình nón. Thêm một ít chất chỉ thị murexide rắn và đảm bảo tan hết. Chuẩn độ với dung dịch EDTA đến khi đổi màu từ vàng sang tím. Khi màu đổi chậm, thêm một ít ammoniac đậm đặc lúc cuối chuẩn độ. Thí nghiệm này cần được thực hiện hai lần. Ghi lại các số liệu sau: 1. Lượng dung dịch EDTA theo mL. Cũng ghi lại chính xác độ chuẩn của dung dịch. 2. Khối lượng niken sunfat.xH2O. 3. Tính nồng độ Ni2+ trong dung dịch. 4. Tính số mol nước kết tinh trong một mol niken sunfat. 228 Bài 5. Phân tích định tính các hợp chất hữu cơ Ở thí nghiệm này bạn phải nhận biết 7 chất rắn chưa biết ghi trong danh sách các chất ở trang 7, chúng là các thuốc phổ biến trong cuộc sống hằng ngày và là các tác nhân hữu ích trong hóa hữu cơ. Để đạt điều này, phải tiến hành các phản ứng hoá học theo qui trình sau và phân tích kết quả thu được. - Các lọ dán nhãn chất chưa biết như: Lọ U-1, Lọ U-2, Lọ U-3, Lọ U-4, Lọ U-5, Lọ U-6, Lọ U-7 Phản ứng thử 1: Thử tính tan Lắc ống nghiệm với CH3CN, 1M HCl, nước và 1M NaOH. Phản ứng thử 2: thử với 2,4-DNPH Hòa tan một chất chưa biết với 95% EtOH và thử với dung dịch của 2,4dinitrophenylhydrazin trong axit sunfuric đặc và 95% ethanol (2,4-DNPH). Phản ứng thử 3: thử với CAN Trộn dung dịch Xeri(IV) ammoni nitrat trong HNO3 loãng (kí hiệu nhãn là CAN) với CH3CN được hỗn hợp. Cho chất chưa biết vào dung dịch hỗn hợp. Nếu có sự đổi màu dung dịch, thì dung dịch này có thể chứa ancol, phenol hoặc andehit. Phản ứng thử 4: Phép thử Baiơ (Baeyer) Trong ống nghiệm, hòa tan chất chưa biết với CH3CN. Vừa lắc vừa cho từ từ vào dung dịch thử 5 giọt dung dịch 0.5% KMnO4. Phản ứng thử 5: Thử pH Trong ống nghiệm, hoà tan chất chưa biết với 2 ml 95% EtOH. Dùng giấy pH để đo pH của dung dịch. Phản ứng thử 6: thử với sắt (III) clorua Lấy dung dịch thu được từ Phản ứng thử 5 và cho 5 giọt dung dịch 2.5% FeCl3. 229 Thiết bị và Hóa chất tiến hành THIẾT BỊ HÓA CHẤT  Cân  7 chất chưa biết  Phễu lọc;  HCl 1M;  Cốc 100 mL;  NaOH 1M;  Ống nghiệm;  Nước cất  Thìa;  Dung dịch KMnO4;  CH3CN;  Dung dịch CAN  2,4 – DNPH  Dung dịch FeCl3 2,5%  C2H5OH  Giấy pH Qui trình tiến hành Các lời khuyên hữu ích a) Trọng lượng của thìa (spatula) lấy đầy chất khoảng 15~20 mg. b) Lau kĩ thìa bằng giấy lau sau khi dùng lấy chất. c) Sau khi cho bất kì tác nhân nào miêu tả dưới đây vào dung dịch của mẫu chưa biết, phải trộn kĩ và quan sát thận trọng hỗn hợp thu được. d) Để nhận điểm tối đa, phải tiến hành tất cả các phản ứng thử và ghi vào bảng. Phản ứng thử 1: Thử tính tan Cho vào ống nghiệm một thìa đầy chất (15~20 mg) chưa biết và1 ml of CH3CN. Lắc ống nghiệm và ghi lại tính tan. Lặp lại thí nghiệm với 1M HCl, nước và1M NaOH. Phản ứng thử 2: thử với 2,4-DNPH Cho khoảng 15~20 mg một chất chưa biết vào ống nghiệm và hòa tan với 2 ml 95% EtOH (đối với các chất tan được trong nước, thì lấy khoảng15~20 230 mg hoà vào trong 1 ml nước). Cho vào 5 giọt dung dịch của 2,4dinitrophenylhydrazin trong axit sunfuric đặc và 95% ethanol (kí hiệu nhãn là 2,4-DNPH). Phản ứng thử 3: thử vớiCAN Trộn 3 ml dung dịch Xeri(IV) ammoni nitrat trong HNO3 loãng (kí hiệu nhãn là CAN) với 3 ml CH3CN trong ống nghiệm. ở ống nghiệm khác cho khoảng 15~20 mg chất chưa biết vào 1 ml dung dịch hỗn hợp. (đối với chất tan trong nước, thì đầu tiên hoà khoảng 15~20 mg mẫu trong 1 ml nước, và sau đó cho thêm 1 ml thuốc thử CAN. Nếu có sự đổi màu dung dịch, thì dung dịch này có thể chứa ancol, phenol hoặc andehit. Phản ứng thử 4: Phép thử Baiơ (Baeyer) Trong ống nghiệm, hòa tan khoảng 15~20 mg chất chưa biết với 2 ml CH3CN (Đối với chất tan được trong nước, thì hoà khoảng 15~20 mg chất với 1 ml nước). Vừa lắc vừa cho từ từ vào dung dịch thử 5 giọt dung dịch 0.5% KMnO4. Phản ứng thử 5: Thử pH Trong ống nghiệm, hoà khoảng 15~20 mg chất chưa biết với 2 ml 95% C2H5OH (Đối với chất tan được trong nước, thì hoà khoảng 15~20 mg chất với 1 ml nước. Dùng giấy pH để đo pH của dung dịch Phản ứng thử 6: thử với sắt (III) clorua Lấy dung dịch thu được từ Phản ứng thử 5 và cho 5 giọt dung dịch 2.5% FeCl3. Ghi kết quả 1. Ghi các kết quả thử vào tờ Phiếu Trả lời. Viết O nếu tan, còn X nếu không tan đối với phản ứng thử tính tan. Viết (+) đối với phản ứng dương tính, còn (–) cho phản ứng âm tính đối với các phản ứng thử 2 ~ 4 và 6. Viết a, b và n tương ứng với dung dịch có tính axit, bazơ hoặc trung tính, còn pH với phản ứng thử 5. 2. Dựa trên kết quả thử, hãy cho biết cấu tạo phù hợp của các hợp chất chưa biết, suy từ các chất đã cho trong danh sách. Viết chất này vào ô thích hợp. 231 Các hợp chất chưa biết có thể là COOH O HO OH HO HO NH2 HO OCH3 (A) NH2 OCH3 OH (F) (G) (E) OH HCl H CH3 O CH3 N HO OH COOH H3C HCl H3CO CH3 N (K) (M) H N CHO CH3 O HO (Q) OH OCH3 HO OCH3 (T) O (W) (V) Bài 6. Sắc kí trao đổi ion các aminoaxit Trao dổi ion là một phương pháp phân tích và điều chế quan trọng cho phép phân tách các chất mang điện. Sự tương tác giữa các nhóm ion của chất với các gốc gắn trên nhựa là cơ sở của phương pháp này. Ở bài này, phải phân tách một hỗn hợp các aminoaxit, tiếp theo thử định tính từng loại aminoaxit được tách ra từ cột bằng phản ứng màu đặc trưng. Do thí sinh phải sắp hàng đo phổ nên chúng tôi đề nghị bạn hãy bắt đầu với bài thực hành số 1. O O NH2 O N OH NH2 N H His HS OH HN NH OH NH2 Cys NH2 Arg Cho một hỗn hợp gồm ba aminoaxit: histidin, cystein và arginin (xem cấu trúc trên). Polistyren liên kết chéo bởi gốc sunfat là nhựa trao đổi cation (xem sơ đồ 232 dưới đây). Trước khi thí nghiệm cột sắc kí trao đổi ion đã được nhồi sẵn và cân bằng với Dung dịch rửa giải 1 (pH 4,9). Qui trình tiến hành Tiến hành sắc kí. Bước 1. Đưa dung dịch các aminoaxit lên cột sắc kí. Đầu tiên, mở khóa để cho dung môi trong cột chảy xuống bình tam giác (Erlenmeyer) có ghi “Chất thải” sao cho dung môi vẫn còn nằm trên bề mặt chất nhồi và tránh không để cho nó bị khô. Đóng khóa lại và thận trọng dùng một syranh cho dung dịch phân tách lên cột. Mở khóa và để cho dung dịch này ngấm vào chất nhồi (xả dung môi vào bình “Chất thải”). Đóng khóa cột và cẩn thận mở (nhả) từ từ kẹp ống để cho chảy vào khoảng 1 mL Dung dịch rửa giải 1 (ứng với ~ 1 cm của chất lỏng trên cột). Dùng hai tay nối chặt đầu nối có nhám trong (nhám cái) ở đầu cột vào đầu nối có nhám ngoài (nhám đực) ở đầu ống dẫn dung dịch rửa giải 1 (xem kỹ việc nối chặt đầu thủy tinh với cột). Bỏ bình “Chất thải” ra và thay vào các ống nghiệm trên giá. Mở từ từ kẹp ống và mở khóa để dung dịch rửa giải chảy xuống qua cột. Bắt đầu quá trình rửa giải (luôn mở khóa cột khi bắt đầu rửa giải và đóng khóa lại khi ngừng rửa). Thu gom các phân đoạn vào ống nghiệm, lấy khoảng 2,5 mL (xem mũi tên ở sơ đồ). Nếu thấy cần thì dùng bút dạ đánh dấu. Sau khi gom được từ 4 đến 8 ống, ngừng rửa giải và sau đó phân tích định tính các mẫu (phân đoạn) thu được. 233 ống kẹp ống đầu nối nhám ngoài đầu nối nhám trong dung dịch rửa giải lớp dung môi nhựa trao đổi ion Khóa cột Định tính các mẫu thu được Định tính các aminoaxit dựa trên phản ứng của nhóm α-amino với natri 2,4,6trinitrobenzen sunfonat (TNBS): O 2N NO 2 NH2 + HOOC R + O Na O S HOOC NH + NO 2 NO2 R O NaHSO 3 O 2N NO 2 Định tính được thực hiện trong các lỗ của tấm nhựa polistyren, mỗi lỗ tương ứng với mỗi ống nghiệm xác định. Trước khi thử, đầu tiên hãy trộn 1 mL dung dịch TNBS với 10 mL dung dịch đệm cacbonat và sau đó cho 0,1 ml hỗn hợp thu được vào một nửa các lỗ trên tấm nhựa (từ A1 đến H5). Tiếp theo, cho 0,1 mL của phân đoạn cần phân tích vào lỗ. Bắt đầu thử với A1, và tiếp tục với B1, C1, v.v. (di chuyển từ trên xuống và từ trái sang phải). Nếu aminoaxit có mặt trong phân đoạn phân tích thì màu vàng đậm sẽ xuất hiện trong lỗ trong khoảng 234 3 phút. Lấy màu trong lỗ đầu làm chuẩn để đối chiếu. Để đánh giá đúng màu, bạn nên để tấm nhựa lên tờ giấy trắng. Lưu ý: Dùng pipet máy để lấy tất cả các chất lỏng mà có thể tích 0,1 mL. Bạn nên dùng một đầu hút nhựa cho tất cả các phân đoạn có một chất (đỉnh). 6.1a Đánh dấu mô tả sơ lược cường độ màu (định tính) trên tấm nhựa (có lỗ ) vào Phiếu Trả lời. Dùng các kí hiệu sau: (-)- không màu, 1-màu yếu, 2- màu vừa phải và 3- màu mạnh. Tiếp tục đánh dấu sự mô tả này trong quá trình sắc kí. Tiếp tục rửa giải để thu các phân đoạn và phân tích chúng cho đến khi bạn nhận được ít nhất 2 lỗ có màu như ở lỗ A1, điều này chỉ ra rằng aminoaxit thứ nhất đã hoàn toàn ra hết khỏi cột (kết thúc đỉnh (peak) thứ nhất). Tiến hành sắc kí. Bước 2. Ngay sau khi kết thúc thu gom đỉnh (peak) thứ nhất, bạn phải thay Dung dịch rửa giải thứ 2. Để làm điều này, hãy đóng khóa cột, đóng (vặn chặt) kẹp ống dẫn (Quan trọng !), tháo ống dẫn đang nối với chai đựng Dung dịch rửa giải thứ 1 và nối nó với chai đựng Dung dịch rửa giải thứ 2. Giữ chặt đầu nối nhám ở đầu cột. 6.1b. Khi các Dung dịch rửa giải được thay đổi, hãy đánh dấu bằng cách vẽ các đường thẳng nằm giữa các lỗ tương ứng ở tấm nhựa. Tiếp tục rửa giải, thu các phân đoạn và phân tích định tính chúng như đã miêu tả ở trên. Tiến hành sắc kí. Bước 3. Ngay sau khi kết thúc thu gom đỉnh (peak) thứ 2, bạn phải thay Dung dịch rửa giải thứ 3 như đã miêu tả ở bước 2. Tiếp tục sắc kí cho đến khi aminoaxit thứ 3 hoàn toàn ra khỏi cột. Dừng quá trình sắc kí bằng cách đóng khóa cột và vặn chặt kẹp ống. Dựa vào kết quả phân tích định tính, hãy chọn những phân đoạn có chứa các aminoaxit. 6.1.c Hãy điền vào Phiếu Trả lời nhãn ghi (số thứ tự) của các lỗ ứng với các phân đoạn đã chọn ở trên. 235 6.2 Gộp lại các phân đoạn có cùng một đỉnh và dùng ống đong để đo thể tích của từng phân đoạn gộp. Báo cáo thể tích của các phân đoạn đã gộp ngoại trừ lượng đã dùng cho phân tích định tính. Ghi các kết quả thu được vào Phiếu Trả lời. Rót các phân đoạn gộp vào lọ thủy tinh nâu có ghi nhãn “Peak 1”, “Peak 2” “Peak 3”. Chuẩn bị các mẫu để phân tích định lượng trên máy quang phổ như mô tả dưới đây. Khi kết thúc bài thi thực hành, hãy nút các lọ và để chúng trên bàn. Các phân đoạn gom sau đó sẽ được nhân viên phòng thí nghiệm phân tích kiểm tra lại. Phân tích quang phổ Đối với mỗi mẫu, bạn cần phải đưa 2 cuvet cho người đo mẫu. Chuẩn bị mẫu như sau. Quan trọng! Khi bảo quản, luôn để cuvet trong hộp! Tất cả các cuvet có 2 mặt hông và 2 mặt trơn nằm thẳng đứng dùng để đo. Khi dùng cuvet, không được chạm vào mặt dùng để đo, nếu không bạn sẽ thu được giá trị mật độ quang sai. Phép thử số 1(đỉnh 1). Nồng độ cystein được xác định bằng phản ứng Ellman: NO 2 O - O + NH3 + + O O SH O - O - S S OH - H3N -H 2O S - O O O O O - S S O - + NO 2 NO 2 NO 2 Ống nghiệm A1 (ống đối chiếu). Cho 0,1 mL Dung dịch rửa giải 1 lấy từ ống nhựa nhỏ vào một ống nghiệm và cho thêm vào 2.9 mL tác nhân Ellmann. 236 Ống nghiệm B1 (ống mẫu phân tích). Cho 0,1 ml dung dịch phân tích vào một ống nghiệm và cho thêm vào 2.9 mL tác nhân Ellmann. Trộn đều các ống nghiệm và chuyển mỗi hỗn hợp sang các cuvet tương ứng có ghi A1 (cho mẫu đối chiếu) và B1 (cho mẫu phân tích). Mẫu thử số 2 (đỉnh 2). Xác định nồng độ histidin dựa trên khả năng của gốc imidazol phản ứng với các hợp chất diazo (phản ứng Pauli). Ống nghiệm A2 (ống đối chiếu). Cho 2,8 mL dung dịch đệm Tris-HCl vào một ống nghiệm, cho thêm vào 0,1 mL Dung dịch rửa giải 2 lấy từ ống nhựa nhỏ và 0,1 mL tác nhân Pauli. Ống nghiệm B2 (ống mẫu phân tích). Cho 2,8 mL dung dịch đệm Tris-HCl vào một ống nghiệm, tiếp theo cho thêm 0,1 mL dung dịch cần phân tích và 0,1 mL tác nhân Pauli. Trộn đều các ống nghiệm và chuyển mỗi hỗn hợp sang các cuvet tương ứng có ghi A2 (cho mẫu đối chiếu) và B2 (cho mẫu phân tích). Mẫu thử số 3 (đỉnh 3). Xác định nồng độ của arginin dựa trên khả năng của gốc guanidin phản ứng với một số phenol trong điều kiện kiềm và chất oxi hóa (phản ứng Sakaguchi). Ống nghiệm A3 (ống đối chiếu). Cho 0,1 mL Dung dịch rửa giải 3 vào một ống nghiệm, tiếp theo cho thêm 1,5 mL dung dịch NaOH 10%, 1 mL dung dịch 8hydroxiquinolin và 0,5 mL dung dịch natri hypobromua. Ống nghiệm B3 (ống mẫu phân tích). Cho 0,1 mL dung dịch phân tích vào một ống nghiệm, tiếp theo cho thêm 1,5 mL dung dịch NaOH 10%, 1 mL dung dịch 8-hydroxiquinolin và 0,5 mL dung dịch natri hypobromua. Lắc mạnh các ống nghiệm trong 2 phút (Quan trọng!) và quan sát sự tạo thành màu vàng cam. Cho 0,2 mL dung dịch urê 8 M vào mỗi ống, trộn kỹ và lấy khoảng 3 mL của mỗi hỗn hợp cho vào các cuvet tương ứng ghi A3 (cho mẫu đối chiếu) và B3 (cho mẫu phân tích). 237 Tất cả các hỗn hợp cần phải phân tích bằng quang phổ không được sớm hơn 10 phút và không được muộn hơn 2 giờ sau khi chuẩn bị xong mẫu. Đưa 6 cuvet cho nhân viên đo mẫu. Trong trường hợp phải sắp hàng chờ, hãy đề nghị nhân viên đo mẫu ghi mã số thí sinh của bạn lên bảng đánh dấu sắp hàng. Bạn sẽ được gọi khi đến lượt mình. Trong thời gian này bạn có thể bắt đầu làm bài thự hành số 2. Trong trường hợp các mẫu của bạn không kịp khảo sát trong khoảng thời gian phù hợp đã nêu trên (hoàn toàn không thể xẩy ra), bạn phải chuẩn bị lại mẫu mới. Nhận bản in phổ đồ các mẫu của bạn và kiểm tra lại. Kí nhận vào bản phổ đồ và xin chữ kí của nhân viên đo mẫu. 6.3 Hãy xác định độ hấp phụ ở các bước sóng tương ứng và tính hàm lượng (theo mg) của mỗi aminoaxit trong hỗn hợp của bạn. Độ dài quang là 1,0 cm. Điền vào Phiếu Trả lời, nhớ rằng 1 mol của mỗi aminoaxit cho 1 mol sản phẩm tương ứmg. Dữ liệu đối chiếu: Giá trị của các hệ số tắt: Khối lượng phân tử của Sản phẩm của phản ứng Ellmann: 13600 M-1 cm-1 aminoaxit: ở 410 nm Cystein 121 g/mol Sản phẩm của phản ứng Pauli: 6400 M-1 cm-1 ở 470 Histidin 155 g/mol nm Arginin 174 g/mol Sản phẩm của phản ứng Sakaguchi: 7700 M-1 cm-1 ở 500 nm 6.4 Vẽ 3 cấu trúc cộng hưởng của các gốc phân tử tham gia vào sự tạo thành hỗn hợp màu trong phản ứng Ellmann 238