Tổng hợp các phương pháp xác định sắt trong nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG
NGHIỆP THỰC PHẨM
TP.HCM
KHOA HÓA HỌC
NGÀNH ĐẢM BẢO CHẤT
LƯỢNG
----------

TỔNG HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
SẮT TRONG NƯỚC

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

GVHD : HUỲNH VĂN TIẾN

TP.HCM, năm 2015


NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
Cán bộ hướng dẫn:--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Điểm:

Chữ ký:

Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét:

Điểm:
Điểm tổng kết:

Chữ ký:

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU............................................

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN.....................

I.1. KHÁI QUÁT VỀ
NƯỚC...............................................

I.1.1. Thành phần và tính
chất của nước...............................

I.1.1.1. Thành phần của
nước.......................................

I.1.1.2. Tính chất của
nước.......................................

I.1.2. Vai trò của nước đối
với đời sống con
người............................................

I.1.3. Vấn đề ô nhiễm
nguồn nước..................................
I.1.3.1. Ô nhiễm do nước
thải sinh hoạt và
dịch vụ...................................

I.5.1.3. Ô nhiễm do các
hoạt động nông
nghiệp....................................

I.5.1.4. Ô nhiễm do nước
thải công nghiệp....................

I.2. SẮT VÀ HỢP CHẤT
CỦA SẮT..........................................

I.2.1. Sắt................................................
I.2.1.1. Tính chất lý học
10
I.2.1.2. Tính chất hóa học
11

I.2.1.3. Trạng thái tự
nhiên......................................
I.2.2. Các hợp chất của sắt
12

I.2.2.1. Hợp chất của
Fe(II).....................................

I.2.2.2. Hợp chất của sắt
(III)........................................

I.2.3. Vai trò của sắt..............................

I.2.3.1. Đối với cơ thể con người

15

I.2.3.2. Đối với cây trồng và chăn nuôi 16
I.2.3.3. Đối với công nghiệp

17


I.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT..................................................18
I.3.1. Phương pháp phân tích định tính sắt (III).......................................................................18
I.3.1.1. Phản ứng với K4[Fe(CN)6]..............................................................................................18
I.3.1.2. Phản ứng với thioxianat..................................................................................................18
I.3.2. Phương pháp phân tích định lượng sắt (III)....................................................................18
I.3.2.1. Phương pháp phân tích hóa học......................................................................................18
I.3.2.2. Phương pháp phân tích hóa lí..............................................................20
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT............................................26
II.1..............................................................Phương pháp phân tích hóa học
.....................................................................................................................26
II.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng.................................................................................26
II.1.2. Phương pháp chuẩn độ thể tích.......................................................................................26
II.1.2.1. Phương pháp oxy hóa khử..................................................................27
II.1.2.2. Phương pháp complexon....................................................................27
II.2. Phương pháp phân tích hóa lý................................................................................ 27
II.2.1. Phương pháp chuẩn độ điện thế..........................................................................27
II.2.1.1. Nguyên tắc và phạm vi áp dụng.........................................................32
II.2.1.2. Thiết bị và dụng cụ.............................................................................23
II.2.1.3. Hóa chất..............................................................................................23
II.2.1.4. Quy trình xác định..............................................................................23

II.2.2. Phương pháp trắc quang UV-Vis....................................................................................29
II.2.2.1. Nguyên tắc và phạm vi áp dụng.........................................................32
II.2.2.2. Thiết bị và dụng cụ.............................................................................23
II.2.2.3. Hóa chất..............................................................................................23
II.2.2.4. Quy trình xác định..............................................................................23
II.2.3. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
II.2.3.1. Nguyên tắc và phạm vi áp dụng...........................................................30
II.2.3.2. Thiết bị và dụng cụ.............................................................................32
II.2.3.3. Hóa chất..............................................................................................23
II.2.3.4. Quy trình xác định..............................................................................32
II.2.4. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử...................................................................32
II.2.4.1. Nguyên tắc và phạm vi áp dụng.........................................................32
II.2.4.2. Thiết bị và dụng cụ.............................................................................32
II.2.4.3. Hóa chất..............................................................................................23
II.2.4.4. Quy trình xác định..............................................................................23


CHƯƠNG 3: ƯU NHƯỢC ĐIỂM CÁC PHƯƠNG PHÁP................................40
KẾT LUẬN...............................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................50


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CNHH

GVHD:Huỳnh Văn Tiến

LỜI MỞ ĐẦU
Nước là nguồn sống của sự sống, cần thiết không những đối với con người
mà còn đối với tất cả các sinh vật. Con người có thể không ăn trong nhiều ngày mà
vẫn sống nhưng sẽ không thể sống nổi chỉ sau ít ngày nhịn khát. Tuy nhiên do quá

trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và thâm canh trong nông nghiệp đã làm ảnh
hưởng xấu đến tài nguyên nước, gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sinh thái
cũng như sức khỏe của con người.
Trong số những nguyên nhân gây ô nhiễm thì sự ô nhiễm kim loại nặng là rất
nguy hiểm, trong đó sắt góp phần đáng kể vào tác động trực tiếp đến chất lượng nước.
Hàm lượng sắt trong nước nhiều sẽ làm cho nước có mùi, có màu ảnh hưởng không
nhỏ đến sức khỏe con người và vật nuôi, gây ra những bệnh như: tim mạch, tiểu
đường, rối loạn sinh lí, rối loạn chức năng gan… Tuy nhiên, con người khi thiếu sắt
thường hay đau đầu, chóng mặt, da xanh xao và khô, đổ mồ hôi, rụng tóc…
Ngày nay, nhu cầu sử dụng nước sạch trong sinh hoạt của người dân ở nước
ta hiện nay là rất lớn, ngoài nhu cầu sử dụng nước sạch trong sinh hoạt của các hộ
dân, nhu cầu tiêu thụ nước ở các văn phòng công sở, trung tâm thương mại, trường
học, bệnh viện… cũng cần một lượng nước sạch không nhỏ.
Tuy nhiên, môi trường nước hiện nay đã đến mức độ không chỉ báo động mà
phải nói là nguy hiểm hơn mức báo động. Sự ô nhiễm đang hàng ngày, hàng giờ
góp phần tác động làm suy giảm sức khỏe, chất lượng cuộc sống cư dân thành phố.
Vì vậy, phân tích hàm lượng sắt trong nước là điều cần thiết để tạo cơ sở cho
việc đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước và có phương án khắc phục, xử lý, cải
tạo nguồn nước một cách hiệu quả.
Trong bài đồ án kỹ thuật, nhiệm vụ cơ bản của đề tài này đặt ra là:
-

Xây dựng quy trình phân tích sắt đơn giản, dễ áp dụng trong hầu hết các

phòng thí nghiệm phân tích với độ đúng và độ chính xác cao.

Trang 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I.1. KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC [1], [3], [4], [5], [14]:
Nước là hợp chất hóa học của oxi và hidro, có công thức hóa học là H2O.
Nước rất quan trọng trong khoa học và đời sống, là nguồn tài nguyên vô cùng quý
giá trên toàn thế giới. 70% diện tích của Trái Đất được che phủ bởi nước nhưng chỉ
có 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng
làm nước uống.
I.1.1.

Thành phần và tính chất của nước:

I.1.1.1.

Thành phần của nước:

Nước là một hợp chất hóa học có thành phần rất đa dạng và phức tạp. Sự
phân bố các chất hòa tan và thành phần khác trong nước quyết định bản chất của
nước:
-

Nước ngọt, nước mặn, nước lợ.

-

Nước giàu hoặc nghèo dinh dưỡng.

-

Nước cứng hoặc nước mềm.

-

Nước bị ô nhiễm nặng hoặc nhẹ. Các chất hòa tan trong nước gồm:

-

Các khí hòa tan trong nước.

-

Các vi sinh vật hòa tan trong nước.

-

Các hợp chất hữu cơ hòa tan: trong nước có chứa nhiều chất hữu cơ do

sự phân hủy của xác thực vật, động vật, do nước ngấm qua đất, hòa tan các chất hữu
cơ có trong đất.
-

Các muối vô cơ hòa tan: đây là thành phần quan trọng nhất của các hợp

chất hòa tan có trong tự nhiên, có hàm lượng từ 30mg/l đến 500mg/l, gồm các muối
của ion kim loại kiềm K+, Na+…; kiềm thổ Ca2+, Mg2+… và các nguyên tố vi
lượng như sắt, đồng, chì…
Trong đó sắt là một nguyên tố có hàm lượng đáng kể và gây ra nhiều ảnh
hưởng đến chất lượng nguồn nước đang được sử dụng hiện nay.

SVTH:Nguyễn Thị Thu Thoa

Trang 9


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CNHH

GVHD:Huỳnh Văn Tiến

I.1.1.2. Tính chất của nước
-Về mặt lí tính:
Nước là chất có khả năng tồn tại ở cả ba dạng: rắn, lỏng và khí.
Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính
ion như axit, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng vai trò
rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xảy ra trong dung dịch
nước.
Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp
chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép
dòng điện chạy qua.
- Về mặt hóa học:
Nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ. Ở pH = 7 (trung
tính) hàm lượng các ion OH− cân bằng với hàm lượng của H3O+. Khi phản ứng với một
axit mạnh hơn, ví dụ như với HCl, nước phản ứng như một bazơ:
HCl +

H2O

H3O+

+ Cl−

Với amoniac, nước lại phản ứng như một axit:

NH3

+ H2O

NH4+

+ OH−

Ngoài ra, nước còn tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học, trong đó có hai phản
ứng quan trọng nhất là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ.
I.1.2. Vai trò của nước đối với đời sống con người:
Nước là một tài nguyên vô cùng quan trọng đối với mỗi quốc gia, là thành phần không
thể thiếu đối với mỗi sinh vật.
Nước đồng nghĩa với cuộc sống của sinh vật, cần thiết không những đối với con người,
động vật mà cả đối với cây cỏ, chiếm một tỷ lệ lớn trong cơ thể sống. Trong cơ thể con
người, nước là chất lỏng chiếm 60% đến 70% thể trọng của cơ thể; nước phân bố khắp
nơi trong cơ thể như máu, cơ bắp, não bộ, phổi, xương khớp… Con người có thể không
ăn trong vài tháng, nhưng thiếu nước trong hai ba ngày là có nguy cơ tử vong, việc
thường xuyên thiếu nước làm giảm sút tinh thần, khả năng tập trung kém

Trang 10


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CNHH

GVHD:Huỳnh Văn Tiến

Nước tham gia vào việc hình thành các dịch tiêu hóa, giúp con người hấp thụ chất dinh
dưỡng, cũng như tạo thành các chất lỏng trong cơ thể, thúc đẩy quá trình trao đổi chất.
Nước giúp duy trì nhiệt độ trung bình của cơ thể, giúp cơ thể hấp thụ, chuyên chở chất

dinh dưỡng và ôxy nuôi tất cả các tế bào, giúp chuyển hóa thực phẩm ra năng lượng
cần thiết cho các chức năng của cơ thể. Nước giúp bảo vệ các khớp xương, tránh viêm
sưng, đau nhức vì nước là chất nhờn làm cho khớp cử động trơn tru, làm ẩm không khí
để sự hô hấp dễ dàng, tránh dị ứng, ho khan, phòng chống được sự đóng cục máu ở các
động mạch của tim, não, giảm nguy cơ tai biến tim và não. Nước còn giúp cho việc sản
xuất các chất dẫn truyền thần kinh, các hormon cần thiết cho các chức năng và phản
ứng sinh hóa của cơ thể.
Uống nước đủ làm cho hệ thống bài tiết hoạt động thường xuyên, bài thải những độc tố
trong cơ thể, có thể ngăn ngừa sự tồn đọng lâu dài của những độc tố gây bệnh ung thư.
Mỗi ngày cơ thể mất đi khoảng 1,5 lít nước qua đại tiểu tiện, đổ mồ hôi, hơi thở. Khi
làm việc, vận động, cơ thể sẽ mất thêm nước. Vì vậy, để giữ lượng nước của cơ thể
bình thường, cần phải uống nước để thay thế phần mất đi.
Nước có vai trò rất lớn trong đời sống cũng như sinh hoạt hàng ngày của con người như
sử dụng trong sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, y tế, giao thông, dịch vụ…
Hầu hết các hoạt động của con người đều sử dụng nước để ăn, uống, sinh hoạt hàng
ngày…
Trong nông nghiệp, nước là một nhân tố hết sức quan trọng cho nền nông nghiệp tồn tại
và phát triển. Nước giúp cho quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, tạo ra
năng suất lớn, kích thích ngành nông nghiệp phát triển.
Trong công nghiệp, người ta dùng nước làm nguyên liệu ban đầu, dung môi, chất rửa,
chất làm lạnh…
Trong y tế cũng cần sử dụng nhiều nước như trong dược phẩm, trong phòng mổ, rửa
sạch các vết thương, chạy thận nhân tạo…
Trong giao thông vận tải cũng cần đến nước, đặc biệt là ngành giao thông đường thủy.
Nhưcho
vậy,
nước
có và
vai
tròhiện

rất
sống
con người
cũng
như
cáchưởng
loài sinh
vật
trên
Trái
Đất.
Tuy
nhiên
nay
thì
dođời
nhu
cầucủa
sửtrọng
dụng
và ýrathức
của
con
người
đã và
đang
làm
cho
môi
trường

nước
bịtrong
ô khí
nhiễm
nghiêm
gây
những
ảnh
không
tốt
con
người
sinh
vậtlớn
trong
quyển.


GVHD:Huỳnh Văn Tiến

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CNHH

.
I.2. SẮT VÀ HỢP CHẤT CỦA SẮT [1], [3], [14]:
I.2.1. Sắt:
Sắt thuộc phân nhóm VIIIB, chu kỳ 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn
Mendeleep.
Ký hiệu hóa học: Fe.
2

2

6

2

6

2

6

Cấu hình điện tử: (Z = 26) 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .
Phân loại: kim loại chuyển tiếp.
Khối lượng nguyên tử: 55,85 đvC.
0

Bán kính nguyên tử: 1,26 A .
Số oxi hóa đặc trưng: +2, +3, ngoài ra còn có số oxi hóa 0, +6.
Hóa trị: II, III.
I.2.1.1. Tính chất lý học:
Sắt là kim loại có ánh kim, màu trắng xám, dẻo, dễ dát mỏng, có tính sắt từ.
0

Nhiệt độ nóng chảy: 1536 C.
0

Nhiệt độ sôi: 2880 C.
3

Tỷ khối d = 7,91 g/cm .
Sắt có 4 dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:
Feα

0

700 C

Feβ

0

911 C

Feγ

0

1390 C

Feδ

0

1536 C

Felỏng

Dạng Feα, Feβ, có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng có kiến
trúc electron khác nhau nên Feα có tính sắt từ và Feβ có tính thuận từ, Feα khác với

Feβ là không hòa tan Carbon. Feγ có kiến trúc tinh thể lập phương tâm diện và có
tính thuận từ. Feδ có kiến trúc lập phương tâm khối như Fe α nhưng tồn tại đến nhiệt
độ nóng chảy.
Sắt tạo nên rất nhiều hợp kim quan trọng đặc biệt là hợp kim Fe – C. Tùy
thuộc vào lượng carbon trong sắt mà người ta chia ra: sắt mềm (<0,2%C), thép
(0,2%C – 1,7%C) và gang (1,7%C – 5,0%C).


I.2.1.2. Tính chất hóa học:
Sắt là một kim loại có hoạt tính trung bình.
- Tác dụng với đơn chất:
Ở điều kiện thường nếu không có hơi ẩm, sắt không phản ứng rõ rệt ngay với
những phi kim điển hình như O2, S, Cl2 và Br2 vì có màng oxit bảo vệ.
Khi đun nóng, phản ứng xảy ra mãnh liệt, nhất là ở dạng bột, sắt tác dụng với
hầu hết các phi kim.
Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao hơn,
tạo nên Fe3O4.

t
0
→

3Fe + 2O2

Fe3O4

Sắt phản ứng mạnh với các halogen. Khi đun nóng sắt với các halogen thu
được Fe(III) halogenua khan FeX3.
2Fe + 3Cl2

t
0
→

2FeCl3

Nung sắt với S cũng có phản ứng tạo sắt sunfua.
Fe + S
- Tác dụng với hợp chất:

t0


→

FeS

+ Tác dụng với dung dịch axit như HCl, H2SO4 loãng…sắt bị oxi hóa thành
Fe(II) và giải phóng khí H2.
Fe + 2HCl

t

o

→

Fe + H2SO4

FeCl2 + H2 ↑

t0

→ FeSO4

+ H2 ↑

+ Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh như H2SO4, HNO3 đặc nóng,
nhưng lại thụ động hóa ở trạng thái đặc nguội.
2Fe + 6H2SO4 (đặc)
Fe + 6HNO3 (đặc)
+ Tác dụng với nước:

t0

→ Fe2(SO4)3
t0


→

+ 3SO2 ↑ + 6H2O

Fe(NO3)3 + 3NO2 ↑ + 3H2O

Sắt không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường, nhưng ở nhiệt độ hơi cao thì
khử được nước.


3Fe + 4H2O

Fe + H2O

0

t <5



0

70 C



→


t >5 70
 
0

C

→

Fe3O4 + 4H2 ↑
FeO

0

+ H2 ↑


Do đó sắt bị không khí ăn mòn tạo thành lớp rỉ xốp Fe2O3.nH2O; nhất là khi
chứa tạp chất.
2Fe +

3

O

2

+ nH O
2


→

Fe O .nH O
2

2

3

2

+ Với muối kim loại kém hoạt động, Fe đẩy được kim loại ra khỏi muối.
Fe

+ CuSO4

→

Cu + FeSO4

I.2.1.3. Trạng thái tự nhiên:
Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong tự nhiên, đứng thứ tư
về hàm lượng trong vỏ Trái Đất sau oxi, silic, nhôm. Những khoáng vật quan trọng
của sắt là quặng manhetit (Fe3O4), quặng hematit đỏ (Fe2O3), quặng hemantit nâu
(Fe2O3.nH2O), quặng pyrit (FeS2), quặng xiderit (FeCO3). Có rất nhiều mỏ quặng
sắt và sắt nằm dưới dạng khoáng chất với nhôm, titan, mangan…; sắt còn có trong
nước thiên nhiên.
I.2.2. Các hợp chất của sắt:
I.2.2.1. Hợp chất của Fe(II):
a. Sắt (II) oxit: FeO
FeO là chất bột màu đen, không tan trong nước, không có trong tự nhiên.
FeO tác dụng với các axit như HCl, H2SO4 loãng tạo thành muối sắt (II).
FeO + 2HCl

 FeCl2
→

+ H2 O

FeO dễ bị khử về kim loại khi đun nóng với các chất khử: H2, CO,…
FeO + H2
FeO + CO

t0


→
t

0
→

Fe

+ H2 O

Fe

+ CO2 ↑

Điều chế: FeO được điều chế bằng cách nhiệt phân các muối carbonat, oxalat
hay nhiệt phân hydroxyt trong môi trường không có oxi.
t0

→ FeO + CO2 + CO
Fe(OH)2
5 000
FeO + H2O


FeC2O4

b. Sắt (II) hydroxyt: Fe(OH)2

C

→


Fe(OH)2 có màu trắng, không tan trong nước, trong không khí Fe(OH)2
nhanh chóng biến thành Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.
4Fe(OH)2 + O2

+ 2H2O

→

4Fe(OH)3


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CNHH

GVHD:Huỳnh Văn Tiến

Fe(OH)2 dễ tan trong axit thể hiện tính bazơ.
Fe(OH)2

+

2HCl

→

FeCl2 + 2H2O

Điều chế: cho dung dịch muối Fe(II) tác dụng với dung dịch kiềm.
Fe(NO3)2 +

2NaOH

→

Fe(OH)2 + 2NaNO3

c. Muối sắt (II):
Muối sắt (II) kém bền với oxi không khí, dễ tan trong nước.
Muối khan có màu khác với muối ở dạng tinh thể hidrat. Ví dụ: FeCl2 có
màu trắng, FeCl2.6H2O có màu lục nhạt.
Trong môi trường axit, Fe(II) có tính khử: Fe(II) dễ bị oxi hóa về Fe(III) bởi
oxi không khí, Cl2, KMnO4.
5Fe

2+

−

+ MnO4

+ 8H

+


→

5Fe

3+

+ Mn

2+

+ 4H2O

Điều chế: cho Fe (hoặc FeO, Fe(OH)2) tác dụng với axit HCl hoặc H2SO4
loãng. Dung dịch muối sắt (II) điều chế được cần dùng ngay vì trong không khí sẽ
chuyển dần thành muối sắt (III).
Fe + 2HCl


→

FeO + H2SO4
d. Phức chất sắt (II):


→

FeCl2

+ H2 ↑

FeSO4 + H2O

Sắt (II) tạo nên nhiều phức chất, đa số có cấu trúc bát diện, số phối trí 6.
Muối sắt (II) khan kết hợp với khí NH3 tạo nên muối phức amoniacat chứa
2+

ion bát diện [Fe(NH3)6] . Amoniacat sắt (II) kém bền, chỉ tồn tại ở trạng thái rắn
hay trong dung dịch bão hòa amoniac, trong nước bị phân hủy tạo thành hydroxyt.
[Fe(NH3)6]Cl2

+

2H2O

Fe(OH)2 + 2NH4Cl + 4NH3

Muối sắt (II) tác dụng với dung dịch xianua kim loại kiềm, ban đầu tạo nên kết
tủa Fe(CN)2 màu nâu – vàng, sau đó kết tủa tan trong xianua dư tạo nên những ion
4−

4−

phức bát diện [Fe(CN)6] màu vàng. Ion [Fe(CN)6] là phức bền nhất của sắt (II).
Kali feroxianua K4[Fe(CN)6].3H2O là chất dạng tinh thể đơn tà, có màu
vàng, vị mặn và đắng, dễ tan trong nước và axeton nhưng không tan trong rượu.


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT CNHH

GVHD:Huỳnh Văn Tiến

4−

24

Anion phức [Fe(CN)6] phân li rất kém trong dung dịch (β1,6 = 10 ). Trong
3+

hóa học phân tích người ta dùng K4[Fe(CN)6] để nhận biết ion Fe .
Fe

3+

+

4−

+ K + [Fe(CN)6]


→

KFe[Fe(CN)6]


Điều chế: trong phòng thí nghiệm điều chế kali feroxianua từ FeSO4 và
KCN.
FeSO4 + 2KCN


→

Fe(CN)2 + 4KCN

Fe(CN)2 + K2SO4
K4[Fe(CN)6]


→
I.2.2.2. Hợp chất của sắt (III):
a. Sắt (III) oxyt: Fe2O3
Fe2O3 là chất bột có màu có màu nâu đỏ, không tan trong nước.
Fe2O3 có tính lưỡng tính nhưng tính bazơ trội hơn.
Ở nhiệt độ cao, Fe2O3 bị CO hoặc H2 khử thành Fe.
Fe2O3 + 3H2

t0


→

2Fe + 3H2O
−

Fe2O3 có thể tan trong kiềm nóng chảy tạo nên ferit (FeO2 ).
Fe2O3 + 2NaOH

t0


→

2NaFeO2 + H2O

Điều chế: phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao.
2Fe(OH)3

t0


→

Fe2O3 + 3H2O

b. Sắt (III) hydroxyt: Fe(OH)3
Sắt (III) hydroxyt là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước.
Fe(OH)3 dễ tan trong dung dịch axit tạo thành dung dịch muối sắt (III).
2Fe(OH)3

+ 3H2SO4

→

Fe2(SO4)3 + 6H2O

0

Khi đun nóng đến 500 – 700 C, Fe(OH)3 sẽ bị mất nước hoàn toàn biến
thành Fe2O3.
2Fe(OH)3


t
0
→

Fe2O3 + 3H2O

Trang 19


+

Fe(OH)3 tan nhiều trong kiềm nóng chảy tạo thành ferit (MFeO2: M ≡ Li ,
+

+

2+

2+

2+

2+

Na , K ; M’(FeO2)2: M’≡ Mn , Co , Ni , Cd ); các ferit này thủy phân mạnh
trong dung dịch.
Điều chế: cho dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối sắt (III).
FeCl3

+

3NaOH

→

Fe(OH)3 ↓ + 3NaCl

c. Muối sắt (III):
Đa số muối sắt (III) dễ tan trong nước cho dung dịch chứa ion bát diện
3+

[Fe(H2O)6] màu tím nhạt.

Trang 20


Khi kết tinh từ dung dịch, muối sắt (III) thường ở dạng tinh thể hidrat. Ví dụ:
FeCl3.6H2O có màu nâu vàng; Fe(NO3)3.9H2O có màu tím.
Các muối sắt (III) trong dung dịch có tính oxi hóa, chúng dễ bị khử bởi nhiều
−

2−

chất khử: I , S …
2Fe

3+

−

+ 2I

d. Phức chất sắt (III):


→

2Fe

2+

+ I2

Sắt (III) tạo nên nhiều phức chất, đa số các phức chất đó có cấu trúc hình bát
diện như M3[FeF6]; M3[Fe(SCN)6]; M3[Fe(CN)6] và một số rất ít có cấu hình tứ
diện như M[FeCl4].
Amoniacat sắt (III) tạo nên khi muối sắt (III) khan tác dụng với NH3. Những
hợp chất này kém bền hơn amoniacat sắt (II), chúng phân hủy hoàn toàn trong nước
cho nên khi tác dụng với dung dịch amoniac, muối sắt (III) luôn tạo kết tủa
Fe(OH)3.
−

Sắt (III) trong dung dịch tác dụng với ion thioxianat SCN tạo một số phức
chất thioxianato màu đỏ đậm.
Kali ferixianua K3[Fe(CN)6] là một thuốc thử thông dụng trong phòng thí
nghiệm và là một trong những phức chất bền nhất của sắt (III), anion [Fe(CN)6]

3−

31

phân li rất kém trong nước (β1,6 = 10 ).
3−

[Fe(CN)6]

+ e = [Fe(CN)6]

4−

0

E = 0,36V.

Kali ferixianua có tính oxi hóa mạnh. Khi đun nóng trong dung dịch kiềm,
nó chuyển thành feroxianua.
4K3[Fe(CN)6] + 4KOH(đặc) = 4K4[Fe(CN)6] + 2H2O + O2
3−

Anion [Fe(CN)6] tạo nên nhiều cation kim loại những muối có màu và ít
2+

tan. Đặc trưng nhất là phản ứng dùng để nhận biết ion Fe trong dung dịch.
Fe

2+

+

+ K + [Fe(CN)6]


→

KFe[Fe(CN)6]

Điều chế: dùng khí clo oxi hóa K4[Fe(CN)6] trong môi trường axit clohiđric.
2K4[Fe(CN)6] + Cl2
I.2.3. Vai trò của sắt [7], [14]:


→

2K3[Fe(CN)6] + 2KCl


I.2.3.1. Đối với cơ thể con người:
Sắt là một nguyên tố vi lượng dinh dưỡng rất quan trọng cho cơ thể con
người và động vật. Sắt là nguyên liệu để tổng hợp nên hemoglobin, chất có mặt


trong tế bào hồng cầu và làm cho hồng cầu có màu đỏ, có vai trò vận chuyển oxy
trong máu đến với các mô trong cơ thể. Sắt cũng có vai trò trong quá trình giải
phóng năng lượng khi oxy hóa các chất dinh dưỡng.
Cơ thể bị thiếu máu do thiếu hụt sắt, con người cảm thấy mệt mỏi, đau đầu,
mất ngủ, làm giảm nhịp độ phát triển và trí thông minh của trẻ em. Bệnh thiếu máu
−

do hemoglobin kết hợp với NO2 chuyển hóa thành methmoglobinamin là chất ngăn

cản việc liên kết và vận chuyển oxygen. Nếu trong cơ thể chứa nhiều sắt, chúng gây
ảnh hưởng đến tim, gan, khớp và các cơ quan khác, triệu chứng biểu hiện việc thừa
sắt là: tư tưởng phân tán, mệt mỏi, bệnh về tim mạch.
Nhu cầu tối thiểu về sắt hằng ngày tùy thuộc vào tuổi, giới tính, thể chất và
dao động trong khoảng:
- Đối với trẻ con bú sữa mẹ từ 3 – 12 tháng cần được cung cấp 7mg – 9mg/ngày.
- Thanh niên cần 10mg/ngày.
- Phụ nữ (từ lúc trưởng thành đến lúc mãn kinh) cần 16mg – 18mg/ngày.
- Phụ nữ sau mãn kinh cần 10mg/ngày.
- Phụ nữ có thai cần 19mg – 21mg/ngày.
- Phụ nữ nuôi con bú cần 13mg/ngày.
Các nguồn chính để cơ thể bổ sung chất sắt là các loại thịt, cá, đậu…
I.2.3.2. Đối với cây trồng và chăn nuôi:
Sắt có vai trò quan trọng trong đời sống của cây, thiếu sắt cây vàng úa, làm
giảm khả năng hút kali, cây kém phát triển; nguyên nhân là do sắt có trong thành
phần của nhiều loại enzim.
Sắt có vai trò quan trọng trong việc hoạt hóa các enzim của quá trình quang
hợp và hô hấp. Nó không tham gia vào thành phần diệp lục nhưng có ảnh hưởng
quyết định tới sự tổng hợp diệp lục trong cây.
Triệu chứng thiếu sắt xuất hiện trước hết ở các lá non, sau đó đến lá già vì sắt
không di động từ lá già về lá non. Thiếu sắt gây ảnh hưởng rất lớn đến năng suất
cây trồng.
Sắt tham gia vào việc tạo nên cơ, da và lông trên cơ thể vật nuôi.


I.2.3.3. Đối với công nghiệp:
Sắt là một nguyên tố có vai trò quan trọng trong cuộc sống và là kim loại
được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên
toàn thế giới. Hầu hết các ngành kỹ thuật hiện đại đều có liên quan tới việc sử dụng
sắt và hợp kim của sắt. Các hợp kim của sắt đóng vai trò chủ chốt trong các lĩnh

vực: xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, chế tạo máy, dụng cụ sản xuất và đồ
dùng hàng ngày…
Sắt oxit là hợp chất tạo màu đầu tiên được sử dụng trong mỹ phẩm. Có ba
loại oxit sắt cơ bản là: oxit sắt đen, vàng, đỏ. Về mặt hóa học, oxit sắt đen là hỗn
hợp của Fe(II) và Fe(III) (Fe3O4); oxit sắt vàng là sắt (III) oxit hydrat (Fe2O3.H2O);
còn oxit sắt đỏ là sắt (III) oxit (Fe2O3) chất gỉ đỏ quen thuộc. Đáng chú ý nhất là,
gần như bất kì một màu sắc nào của da đều có thể được tạo ra bởi sự kết hợp của
các loại khoáng trên với nhau. Ví dụ: chúng được sử dụng trong kem nền có màu và
phấn thoa mặt.
Fe2O3, Fe3O4 được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
- Oxit sắt đỏ: được sử dụng rộng rãi trong sơn màu, vật liệu xây dựng, gốm, men các
loại, các sản phẩm văn hóa giáo dục, kính quang học, hợp kim thép cao cấp.
- Oxit sắt vàng: được sử dụng cho chất tạo màu sơn, ngành nhựa, mực in, sử dụng
trong ngành giấy và cao su công nghiệp.
- Oxit sắt đen: được sử dụng rộng rãi trong sơn dầu, vật liệu xây dựng, ứng dụng
trong công nghiệp điện tử và truyền thông.
Các muối ferit của kim loại hóa trị hai dùng trong kĩ thuật máy tính.
FeSO4 được dùng trong việc sản xuất mực viết, trong sơn vô cơ, trong
nhuộm vải và được dùng để tẩy gỉ kim loại.
Trong công nghệ chế biến thực phẩm, sắt là nguyên tố vi lượng không mong
muốn do xúc tác các phản ứng oxi hóa chất béo, làm đục nước quả và rượu vang,
làm tăng sự phát triển của vi khuẩn trong nước uống tinh khiết.


I.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT [2], [4], [9], [10], [17], [18], [19]:
I.3.1. Phương pháp phân tích định tính sắt (III):
I.3.1.1. Phản ứng với K4[Fe(CN)6]:
Kali feroxianua tác dụng được với Fe(III) tạo thành một kết tủa vô định hình
màu xanh rất đặc trưng (thường gọi là xanh phổ).
4Fe

3+

t0


→

4−

+ 3[Fe(CN)6]

I.3.1.2. Phản ứng với thioxianat:

Fe4[Fe(CN)6]3

Oxi hóa Fe(II) về Fe(III) trong môi trường axit mạnh (pH = 2). Fe(III) tạo
−

2+

được phức chất màu đỏ máu với SCN có thành phần thay đổi từ [FeSCN] đến
3−

[Fe(SCN)6] .
I.3.2. Phương pháp phân tích định lượng sắt (III):
I.3.2.1. Phương pháp phân tích hóa học:
a. Phương pháp phân tích khối lượng:
Nguyên tắc chung:
Để xác định khối lượng cấu tử theo phương pháp phân tích khối lượng là

tách chất đó ra dưới dạng nguyên chất hay dưới dạng một hợp chất xác định, bằng
cách cân để suy ra hàm lượng chất cần xác định có trong đối tượng phân tích.
Phương pháp phân tích:
Xác định hàm lượng Fe(III) dưới dạng cân Fe2O3: dùng dung dịch NH3 đặc
để kết tủa Fe(III) dưới dạng Fe(OH)3 trong dung dịch nóng.
Fe

3+

+ 3NH3 + 3H2O

t0


→

Fe(OH)3 ↓ + 3NH4

+

0

Lọc, rửa kết tủa. Nung kết tủa ở 900 C để chuyển thành Fe2O3 rồi từ dạng
cân để tính hàm lượng sắt.
2Fe(OH)3


00

9

0

C

Fe2O3 + 3H2O

→
b. Phương pháp phân tích thể tích:
Nguyên tắc chung:
Để phân tích chất A, ta chuyển chất A vào dung dịch bằng một dung môi
thích hợp (nước, axit, kiềm…). Sau đó lấy chính xác VAmL dung dịch thu được vào
bình tam giác, từ buret thêm từng ít một dung dịch B có nồng độ chính xác C N B vào