Xác định hàm lượng sắt trong nước giếng khoan ở khu vực Xuân Hoà bằng phương pháp trắc quang phân tử UV-VIS

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
*************

NGUYỄN THỊ THỦY TIÊN

XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG SẮT TRONG NƢỚC
GIẾNG KHOAN Ở KHU VỰC XUÂN HÕA BẰNG
PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG UV-VIS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

ThS. NGUYỄN THỊ HUYỀN

HÀ NỘI – 2017


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô ThS Nguyễn Thị Huyền, ngƣời
đã dành rất nhiều thời gian, tâm huyết hƣớng dẫn em nghiên cứu và hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Hóa học
trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 cùng gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, tạo điều
kiện cho em hoàn thành khóa luận này.
Trong quá trình nghiên cứu, em đã rất cố gắng để hoàn thiện luận văn

nhƣng không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc những đóng
góp quý báu của thầy cô và các bạn.
Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thủy Tiên


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này em đã trực tiếp nghiên cứu dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của
cô Th.s Nguyễn Thị Huyền. Em xin cam kết đây là kết quả em đã đạt đƣợc
trong thời gian thực làm đề tài khóa luận tốt nghiệp. Nếu có điều gì không
trung thực em xin chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng và pháp luật.
Hà Nội, ngày 03 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thủy Tiên


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 2
3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2
4. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................. 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................ 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN............................................................................... 3
1.1. KHÁI QUÁT VỀ NƢỚC [1], [3], [10] ................................................... 3
1.1.1. Phân loại nguồn nƣớc ........................................................................... 3
1.1.2. Thành phần và tính chất của nƣớc ........................................................ 4
1.1.3. Vai trò của nƣớc đối với đời sống con ngƣời ....................................... 5
1.1.4. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại phƣờng Xuân Hòa ................................. 6
1.2. SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT [2], [3], [4], [5], [6] .................. 7
1.2.1. Sắt ......................................................................................................... 7
1.2.2. Các hợp chất của sắt ............................................................................. 10
1.2.3. Vai trò của sắt ....................................................................................... 14
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT [1], [4], [8], [9] ................... 16
1.3.1. Phƣơng pháp phân tích định tính sắt(III) .............................................. 16
1.3.2. Phƣơng pháp phân tích định lƣợng sắt(III) .......................................... 16
1.4 GIỚI THIỆU VỀ PHƢƠNG PHÁP TRẮC QUANG PHỔ HẤP THỤ
PHÂN TỬ UV-VIS [1], [4], [8] ..................................................................... 21
1.4.1. Giới thiệu về phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS ......... 21
1.4.2. Các điều kiện tối ƣu cho một phép đo quang ....................................... 22
1.4.3. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng................................................ 23
1.5. GIỚI THIỆU AXIT SUNFOSALIXILIC [1], [4], [9], [10] .................... 25


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

1.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN TỬ và THÀNH

PHẦN PHÂN TỬ CỦA PHỨC [1], [3], [8] .................................................. 27
1.6.1. Phƣơng pháp hệ đồng phân tử gam ...................................................... 27
1.6.2. Phƣơng pháp xử lí thống kê đƣờng chuẩn ............................................ 27
1.7. XỬ LÍ THỐNG KÊ CÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH [1], [4], [8] ............ 27
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM .......................................................................... 30
2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT ....................................................... 30
2.1.1. Thiết bị, dụng cụ ................................................................................... 30
2.1.2 Hóa chất ................................................................................................. 30
2.1.3 Chuẩn bị các dung dịch ......................................................................... 30
2.2. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN XÁC ĐỊNH SẮT BẰNG PHƢƠNG
PHÁP TRẮC QUANG UV-VIS .................................................................... 31
2.2.1. Khảo sát bƣớc sóng hấp thụ cực đại ..................................................... 31
2.2.2. pH tối ƣu cho sự tạo phức [14] ............................................................. 33
2.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến sự tạo phức .............................. 34
2.2.4. Ảnh hƣởng của các nguyên tố cản trở [4] ............................................ 35
2.2.5. Khảo sát khoảng tuyến tính tuân theo định luật hấp thụ Beer .............. 36
2.2.6. Đánh giá sai số thống kê của phƣơng pháp .......................................... 38
2.3. ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỂ XÁC ĐỊNH TỔNG HÀM
LƢỢNG SẮT TRONG MỘT SỐ MẪU NƢỚC GIẾNG KHOAN Ở
PHƢỜNG XUÂN HÕA ................................................................................. 39
2.3.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu nƣớc ........................................................... 39
2.3.2. Thời gian và địa điểm lấy mẫu ............................................................. 39
2.3.3.Xác định tổng hàm lƣớng sắt trong một số mẫu nƣớc giếng khoan ở
phƣờng Xuân Hòa........................................................................................... 40
KẾT LUẬN .................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 45


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

........................................................................................................................


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Nƣớc ngầm là nguồn cung cấp nƣớc ngọt sinh hoạt chủ yếu ở nhiều quốc
gia và vùng dân cƣ trên thế giới. Ngày nay, tình trạng ô nhiễm và suy thoái
nƣớc ngầm đang phổ biến ở các khu vực dân cƣ và các thành phố lớn. Để hạn
chế tác động ô nhiễm và suy thoái nƣớc ngầm cần phải tiến hành đồng bộ các
công tác điều tra, thăm dò trữ lƣợng và chất lƣợng nguồn nƣớc, xử lí nƣớc
thải và chống ô nhiễm các nguồn nƣớc, quan trắc thƣờng xuyên trữ lƣợng và
chất lƣợng nƣớc ngầm,…
Nƣớc giếng khoan (nƣớc ngầm) có chứa một lƣợng ion sắt. Trong điều
kiện thiếu khí, sắt thƣờng tồn tại ở dạng ion Fe2+ và hoà tan trong nƣớc. Khi
đƣợc làm thoáng, Fe2+ sẽ chuyển hóa thành Fe3+, xuất hiện dƣới dạng kết tủa
hyđroxit sắt(III) có màu vàng, dễ lắng. Trong trƣờng hợp nguồn nƣớc có
nhiều chất hữu cơ, sắt có thể tồn tại ở dạng keo (phức hữu cơ) rất khó xử lý.
Ngoài ra, khi nƣớc có độ pH thấp, sẽ gây hiện tƣợng ăn mòn đƣờng ống và
dụng cụ chứa, làm tăng hàm lƣợng sắt trong nƣớc. Khi hàm lƣợng sắt cao sẽ
làm cho nƣớc có vị tanh, màu vàng, độ đục và độ màu tăng nên khó sử dụng.
Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng sắt trong nước như
phương pháp trắc quang, quang phổ hấp thụ nguyên tử, chuẩn độ… Trong
đó phương pháp trắc quang phân tử có những ưu điểm như dễ thực hiện,
dụng cụ, hóa chất sẵn có trong phòng thí nghiệm, có khả năng thực hiện

được và cho kết quả tốt, đặc biệt phương pháp này phù hợp với điều kiện
thực tế của phòng thí nghiệm trường Đại học sư phạm Hà Nội 2.
Từ những lí do trên chúng tôi chọn đề tài: “Xác định hàm lượng sắt
trong nước giếng khoan ở khu vực Xuân Hoà bằng phương pháp trắc
quang phân tử UV-VIS”.

1


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

2. Mụ c đích nghiên cứu
Xác định hàm lƣợng sắt trong nƣớc giếng khoan bằng phƣơng pháp trắc
quang phân tử UV-VIS với điều kiện cơ sở vật chất của phòng thí nghiệm.
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát các điều kiện thực nghiệm xác định sắt bằng phƣơng pháp
trắc quang UV-VIS: λtƣ, pH…
- Xây dựng đƣờng chuẩn.
- Khảo sát vùng tuyến tính của phép đo.
- Đánh giá sai số và độ lặp của phƣơng pháp.
- Xác định hàm lƣợng sắt trong nƣớc giếng khoan khu vực Xuân Hoà
theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn và phƣơng pháp thêm chuẩn.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
Hàm lƣợng sắt trong nƣớc giếng khoan khu vực Xuân Hoà.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp trắc quang UV- VIS.

2

Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1. KHÁI QUÁT VỀ NƢỚC [1], [3], [10]
1.1.1. Phân loại nguồn nƣớc
Nƣớc là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên Trái Đất. Nƣớc
tồn tại trong khắp sinh quyển nhƣ trong đất, trong các lƣu vực, trong không
khí và trong tất cả các cơ thể sống.
1.1.1.1. Phân loại nước theo đặc điểm phân bố trên bề mặt Trái Đất
Dựa vào sự phân bố nƣớc trên Trái đất mà ngƣời ta phân loại nguồn
nƣớc nhƣ sau:
- Nguồn nƣớc dƣới đất:
Nguồn nƣớc dƣới đất bao gồm: nƣớc thổ nhƣỡng (nƣớc trong tầng đất
canh tác), nƣớc ngầm và nƣớc trong các túi nƣớc tầng sâu (thƣờng là nƣớc
khoáng).
Theo vị trí tầng chứa nƣớc và áp xuất của nó, nƣớc dƣới đất đƣợc chia
thành:
+ Nƣớc không áp trong đới không khí (nƣớc thƣợng tầng).
+ Nƣớc ngầm có mặt thoáng tự do, áp xuất thay đổi (tầng nƣớc bị chặn
phía dƣới, phía trên không bị phủ tầng đất cách nƣớc).
+ Nƣớc ngầm mạch sâu giữa các vỉa có áp (tầng nƣớc bị chặn hai phía
bới các lớp đất cách nƣớc).
- Nguồn nƣớc mặt lục địa:
+ Nƣớc băng tuyết

+ Nƣớc hồ và đầm lầy
+ Nƣớc sông suối

3


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

+ Nƣớc biển và đại dƣơng
1.1.1.2. Phân loại nước theo nguyên tắc và mục đích sử dụng
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, ngƣời ta phân loại nƣớc nhƣ sau:
- Nƣớc sinh hoạt
- Nƣớc sử dụng cho nông nghiệp
- Nƣớc sử dụng trong kĩ thuật
- Nƣớc sử dụng cho các hoạt động vui chơi giải trí,…..
1.1.2. Thành phần và tính chất của nƣớc
1.1.2.1. Thành phần của nước tự nhiên
Nƣớc 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 nƣớc quyết định bản chất
của nƣớc:
- Nƣớc ngọt, nƣớc mặn, nƣớc lợ.
- Nƣớc giàu hoặc nghèo chất dinh dƣỡng.
- Nƣớc cứng hoặc nƣớc mềm.
1.1.2.2. Tính chất của nước
- Về mặt lí tính:
Nƣớc là chất có khả năng tồn tại ở cả ba dạng rắn, lỏng và khí.
Nƣớc là một dung môi tốt nhờ vào tính lƣỡng cực. Các hợp chất phân
cực hoặc có tính ion nhƣ axit, rƣợu và muối đều dễ tan trong nƣớc. Tính hòa

tan của nƣớc đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa
sinh chỉ xảy ra trong dung dịch nƣớc.
Nƣớc tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt,
nƣớc hay có tạp chất pha lẫn, thƣờng là các muối, tạo ra các ion tự do trong
dung dịch nƣớc cho phép dòng điện chạy qua.
- Về mặt hóa học

4


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Nƣớc là một chất lƣỡng tính, có thể phản ứng nhƣ một axit hay bazo. Ơ
pH=7 ( trung tính) hàm lƣợng các ion OH-cân bằng với hàm lƣợng của H3O+.
Khi phản ứng với một axit mạnh hơn, ví dụ nhƣ HCl, nƣớc phản ứng nhƣ một
bazo:
𝐻𝐶𝑙

𝐻 𝑂 → 𝐻 𝑂

𝐶𝑙

Với amoniac, nƣớc lại phản ứng nhƣ một axit:
Ngoài ra nƣớc 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 ngƣng tụ.
1.1.3. Vai trò của nƣớc đối với đời sống con ngƣời
Đối với cơ thể con ngƣời nƣớc chiếm 70% lúc sơ sinh và giảm xuống
còn 60% khi trƣởng thành, 85% khối lƣợng bộ não đƣợc cấu tạo từ nƣớc.

Trong cơ thể nƣớc đóng vai trò là dung môi cho những phản ứng hóa học
trong cơ thể xảy ra. Nƣớc vận chuyển những nguyên tố dinh dƣỡng đến toàn
bộ cơ thể, điều hòa thân nhiệt bằng tuyến mồ hôi…
Con ngƣời vẫn có thể sống sót nếu nhịn ăn 2 tháng, nhƣng không thể tồn
tại đƣợc nếu thiếu nƣớc 3-4 ngày. Nếu cơ thể mất đi 2% lƣợng nƣớc thì khả
năng làm việc sẽ giảm đi 20%. Nếu mất đi 10% lƣợng nƣớc thì cơ thể sẽ tự
đầu độc và nếu mất đi 21% lƣợng nƣớc sẽ dẫn đến tử vong.
Bên cạnh đó, đa số hoạt động sinh hoạt hàng ngày của chúng ta đều gắn
liền với nƣớc, từ việc nấu nƣớng, tắm giặt, vệ sinh đều cần đến nƣớc.
Nƣớc là một nhân tố hết sức quan trọng cho nền nông nghiệp tồn tại và
phát triển. Nƣớc giúp cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng tạo
ra năng suất lớn, kích thích nền nông nghiệp phát triển.
Trong công nghiệp, nƣớc đƣợc dùng làm nguyên liệu ban đầu, dung môi,
chất rửa, chất làm lạnh,…

5


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Trong y tế cũng cần sử dụng nhiều nƣớc: trong phòng mổ rửa sạch các
vết thƣơng, chạy thận nhân tạo…
Trong giao thông vận tải cũng cần đến nƣớc, đặc biệt là ngành giao
thông đƣờng thủy.
Nhƣ vậy, nƣớc có vai trò rất lớn trong đời sống con ngƣời cũng nhƣ các
loài sinh vật trên trái đất.
1.1.4. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại phƣờng Xuân Hòa
Xuân Hòa là một phƣờng thuộc thị xã PhúcYên, tỉnh Vĩnh Phúc.

Phƣờng có diện tích 4,24 km2, dân số năm 2008 là 21,396 ngƣời, mật độ
dân số đạt 5.046 ngƣời/km2.
Trong những năm vừa qua, nền kinh tế Vĩnh Phúc có tốc độ tăng trƣởng
cao. Đồng hành với với sự phát triển là môi trƣờng sống có nhiều thay đổi. Sự
ô nhiễm không khí, đất, nƣớc… do các chất thải gây ra ngày càng gia tăng,
trở thành vấn đề bức xúc cho toàn xã hội.
Chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt và nƣớc ngầm giảm, khối lƣợng chất
thải rắn sinh hoạt và công nghiệp ngày càng nhiều và chƣa có biện pháp xử lí
triệt để. Hầu hết các chỉ tiêu ô nhiễm môi trƣờng về không khí, môi trƣờng
nƣớc có xu thế tăng dần, thậm chí ở một số nơi ô nhiễm đã vƣợt một số chỉ
tiêu cho phép nhiều lần. Do quá trình đô thị hóa tăng nhanh, hệ thống cơ sở hạ
tầng chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tế, sự gia tăng các phƣơng tiện giao
thông; đây là nguyên nhân làm cho chất lƣợng môi trƣờng không khí trên địa
bàn tỉnh giảm; tình trạng ô nhiễm bụi, tiếng ồn,…
Theo số liệu thống kê, hiện nay tổng lƣợng chất thải rắn sinh hoạt trên
địa bàn tỉnh khoảng 748,3 tấn/ngày với nhiều thành phần khác nhau. Trong đó
thành phố Vĩnh Yên và thị xã Phúc Yên là hai địa bàn có lƣợng rác thải lớn
với khoảng 171,6 triệu tấn/ngày. Việc thu gom và xử lí rác thải chủ yếu do hai
đơn vị là công ty Cổ phần Môi trƣờng và Dịch vụ đô thị Vĩnh Yên và công ty

6


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Cổ phần Môi trƣờng và dịch vụ đô thị Phúc Yên thực hiện. Theo báo cáo của
2 Công ty trên, tỷ lệ thu gom rác thải đô thị hiện nay đạt trên 90% lƣợng rác
thải phát sinh, rác thải sau khi thu gom đƣợc xử lí bằng cách chôn lấp. Bãi rác

thải Xứ Đồng Lát, phƣờng Xuân Hòa là điểm tập kết rác của cả thị xã Phúc
Yên với diện tích 8000m2. Không những là nơi tập kết rác của cả thị xã Phúc
Yên mà ở đây còn có các công ty, doanh nghiệp sản xuất kinh doanh trang
thiết bị nội thất, lắp ráp xe đạp, xe máy cho thuê kho, bãi,… hàng tháng, các
công ty này thải ra hàng tấn chất thải độc hại chứa các thành phần nguy hại
phát sinh trong quá trình mạ, sơn nhƣ Crom VI, axit Sunfuric, chì, nhôm,
kẽm, pin thải, các loại hóa chất độc hại,… làm cho môi trƣờng đất, nƣớc,
không khí ô nhiễm.
1.2. SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SẮT [2], [3], [4], [5], [6]
1.2.1. Sắt
Sắt thuộc phân nhóm VIIIB, chu kì 4 trong bảng hệ thống tuần hoàn
Mendeleep
Kí hiệu hóa học: Fe
Cấu hình electron (Z=26): 1s22s22p63s23p64s23d6
Phân loại: Kim loại chuyển tiếp
Khối lƣợng nguyên tử: 55,85 đvC
Bán kính nguyên tử: 1,26 ̇
Số oxi hóa đặc trƣng: +2, +3, ngoài ra còn có số oxi hóa là 0, +6
1.2.1.1. Tính chất lí học
Sắt là kim loại có màu trắng xám, có ánh kim, dẻo, dễ dát mỏng, có tính
sắt từ
Nhiệt độ nóng chảy: 15360C.
Nhiệt độ sôi: 28800C
Tỷ khối: d=7,91 g/cm3

7


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Sắt có bốn dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:

Feα

7000C

Feβ

9110C

13900C
Feγ

Feδ

15360C
Felỏng

Dạng Feα, Feβ có kiến trúc tinh thể kiểu lập phƣơng tâm khối nhƣng 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 Cacbon. Feγ có kiến trúc tinh thể lập phƣơng
tâm diện và có tính thuận từ. Feδ có kiến trúc lập phƣơng tâm khối nhƣ Feα
nhƣng 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 lƣợng cacbon trong sắt mà ngƣời ta chia ra: sắt mềm (<0,2% C),
thép (0,2-0,7%C) và gang (1,7-5%C).
1.2.1.2. Tính chất hóa học
Sắt là một kim loại có hoạt tính trung bình.

- Tác dụng với đơn chất:
Ở điều kiện thƣờng nếu không có hơi ẩm, sắt không phản ứng rõ rệt ngay
với những phi kim điển hình nhƣ O2, S, Cl2, và Br2 vì có màng oxit bảo vệ.
Khi đun nóng trong không khí khô, sắt tạo nên Fe2O3 và ở nhiệt độ cao
hơn tạo nên Fe3O4.

t0C

Sắt phản ứng mạnh với các halogen. Khi đun nóng sắt với các halogen
thu đƣợc muối halogenua khan.

→
Nung sắt với lƣu huỳnh cũng có phản ứng tạo sắt sunfua.
→
- Tác dụng với hợp chất:

8


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

+ Tác dụng với dung dịch axit nhƣ HCl, H2SO4 loãng… sắt bị oxi hóa
thành Fe(II) và giải phóng khí H2.
→
→
+ Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh nhƣ H2SO4, HNO3 đặc
nóng, nhƣng lại thụ động hóa ở trạng thái đặc nguội.
→

t0
+ Tác dụng với nƣớc:
Sắt không tác dụng với nƣớc ở nhiệt độ thƣờng, nhƣng ở nhiệt độ cao thì
khử đƣợc hơi nƣớc.
→
→
Do đó sắt không bị không khí ăn mòn tạo thành lớp rỉ xốp Fe2O3.nH2O,
nhất là khi chứa tạp chất.
→
+ Với muối của kim loại kém hoạt động, Fe đẩy đƣợc kim loại ra khỏi
muối
→
1.2.1.3. Trạng thái tự nhiên
Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong tự nhên, đứng thứ
tƣ về hàm lƣợng trong vỏ Trái Đất sau oxi, silic, nhôm. Những khoáng vật
quan trọng của sắt là quặng manhetit (Fe3O4), quặng hemantit đỏ (Fe2O3),

9


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

quặng hemntit nâu (Fe2O3.nH2O), quặng pyrit (FeS2), quặng xiderit( FeCO3).
Có rất nhiều mỏ quặng sắt và sắt nằm dƣới dạng khoáng chất với nhôm, titan,
mangan,…. Sắt còn có trong nƣớc tự nhiên.
1.2.2. Các hợp chất của sắt
1.2.2.1. Hợp chất của Fe(II)
a.Sắt (II) oxit: FeO

FeO là chất bột màu đen, không tan trong nƣớc, không có trong tự nhiên.
FeO tác dụng với các axit nhƣ HCl, H2SO4 loãng tạo thành muối sắt (II).
→
FeO dễ bị khử về kim loại khi đun nóng với các chất khử: H2, CO,…
→
→
Điều chế: FeO đƣợc điều chế bằng cách nhiệt phân các muối cacbonat,
oxalat hay nhiệt phân hidroxit trong môi trƣờng không chứa khí oxi.
→
→
b. Sắt(II) hidroxit: Fe(OH)2
Fe(OH)2 có màu trắng, không tan trong nƣớc, trong không khí Fe(OH)2
nhanh chóng biến thành Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.
→
Fe(OH)2 dễ tan trong axit thể hiện tính bazo:
→
Điều chế: Cho dung dịch muối sắt(II) tác dụng với dung dịch kiềm.
→

10


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

c. Muối sắt(II)
Muối sắt(II) kém bền với oxi trong không khí, dễ tan trong nƣớc.
Muối khan có màu khác với muối ở dạng tinh thể hiddrat. Ví dụ: FeCl2
có màu trắng, FeCl2.6H2O có màu lục nhạt.

Trong môi trƣờng axit, Fe(II) có tính khử: Fe(II) dễ bị oxi hóa thành
Fe(III) bởi oxi trong không khí, Cl2, KMnO4.
→
Điều chế: Cho Fe hoặc FeO, Fe(OH)2 tác dụng với axit HCl hoặc H2SO4
loãng. Dung dịch muối sắt(II) điều chế đƣợc cần dùng ngay vì trong không
khí sẽ chuyển dần thành muối Fe(III).
Fe +2HCl

FeCl2 + H2 khí

Fe + H2SO4

FeSO4 + H2 khí

d. Phức chất sắt(II):
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 ion bát diện [Fe(NH3)6]2+. Amoniacat sắt (II) kém bền, chỉ tồn tại ở trạng
thái rắn, hay trong dung dịch bão hòa amoniac, trong nƣớc bị phân hủy tạo
thành hidroxit.
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 dƣ tạo nên
những ion phức bát diện [Fe(CN)6]4- màu vàng. Ion phức [Fe(CN)6]4- là phức
bền nhất của sắt (II).
Kali feroxianua K4[Fe(CN)6].3H2O là chất tinh thể dạng đơn tà, có màu
vàng, vị mặn và đắng, dễ tan trong nƣớc và axeton nhƣng không tan trong
rƣợu.

11

Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Anion phức [Fe(CN)6]4- phân li rất kém trong dung dịch (β1,6=1024).
Trong hóa học phân tích ngƣời ta dùng K4[Fe(CN)6] để nhận biết ion Fe3+.
→
Điều chế: trong phòng thí nghiệm, điều chế kali feroxianua từ FeSO4 và
KCN.
→
→
1.2.2.2. Hợp chất của sắt (III)
a. Sắt(III) oxit: Fe2O3
Fe2O3 là chất bột có màu nâu đỏ, không tan trong nƣớc.
Fe2O3 có tính lƣỡng tính nhƣng tính bazo trội hơn.
Ở nhiệt độ cao, Fe2O3 bị CO hoặc H2 khử thành Fe.
t0C
Fe2O3 có thể tan trong kiềm nóng chảy tạo nên ferit (FeO-)
t0C
Điều chế: phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao.
→
b. Sắt (III) hidroxit: Fe(OH)3
Sắt (III) hidroxit là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nƣớc.
Fe(OH)3 dễ tan trong dung dịch axit tạo thành dung dịch muối sắt (III)
→
Khi nung nóng đến 500-7000C, Fe(OH)3 sẽ bị mất nƣớc và biến thành
Fe2O3.
t0C
Fe(OH)3 tan nhiều trong kiềm nóng chảy tạo thành ferit (MFeO2:

M≡Li+,Na+,K+; M’(FeO2)2: M’≡Mn2+, Co2+, Ni2+, Cd2+); các ferit này thủy
phân mạnh trong dung dịch.

12


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Điều chế: cho dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối sắt (III).
→
c. Muối sắt (III)
Đa số muối sắt(III) dễ tan trong nƣớc cho dung dịch chứa ion muối bát
diện [Fe(H2O)6]3+ màu tím nhạt.
Khi kết tinh từ dung dịch, muối sắt (III) thƣờng ở dạng tinh thể hidrat.
Ví dụ: FeCl3.6H2O có màu nâu vàng; FeNO3.9H2O có màu tím.
Các muối sắt (III) trong dung dịch có tính oxi hóa, chúng dễ bị khử bởi
nhiều chất khử: I-, S2-,….
→
d. Phức chất sắt (III):
Sắt (III) tạo nên nhiều phức chất, đa số các phức chất đó có cấu trúc hình
bát diện nhƣ M3[FeF6]; M3[Fe(SCN)6]; M3[FeCN)6] và một số rất ít có cấu
hình tứ diện nhƣ M4[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 nƣớc 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 ra một số
phức chất thioxianato màu đỏ đậm.

Kali ferixianua K3[Fe(CN)6] là một thƣốc thử thông dụng trong phòng
thí nghiệm và là một trong những phức chất bền nhất của sắt (III),anion
[Fe(CN)6]3- phân li kém trong nƣớc ( β1,6=1031).
→
Kali ferixianua có tính oxi hóa mạnh. Khi đun nóng trong dung dịch
kiềm nó chuyển thành feroxianua.
→

13


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Anion [Fe(CN)6]3- tạo với nhiều cation kim loại những muối có màu và ít
tan. Đặc trƣng nhất là phản ứng dùng để nhận biết ion Fe2+ trong dung dịch.
→
Điều chế: dùng khí clo oxi hóa K4[Fe(CN)6] trong môi trƣờng axit
clohidric.
→
1.2.3. Vai trò của sắt
1.2.3.1. Đối với cơ thể con người
Sắt là một nguyên tố vi lƣợng đã đƣợc nghiên cứu từ lâu, đây là một
trong 3 vi chất dinh dƣỡng (vitamin A, sắt, iot).
Sắt tham gia tạo nên hemoglobin để vận chuyển oxi từ phổi đến tất cả
các cơ quan. Tham gia vào quá trình tạo thành myoglobin, sắc tố hô hấp của
cơ. Sắt tham gia vào cấu tạo của nhiều enzim. Sắt tăng cƣờng hệ thống miễn
dịch cho cơ thể: là thành phần của enzym hệ miễn dịch.
Sắt cần thiết cho tất cả mọi ngƣời, nhƣng đối với trẻ em sắt vô cùng quan

trọng, vì trẻ em là đối tƣợng dễ bị thiếu sắt nhất do nhu cầu cao, nhu cầu sắt ở trẻ
còn bú mẹ tăng gấp 7 lần so với ngƣời lớn tính theo trọng lƣợng cơ thể.
Vai trò quan trọng nhất của sắt là cùng với protein tạo thành huyết sắc tố
(hemoglobin) vận chuyển oxi cho nên thiếu sắt dẫn đến thiếu máu dinh
dƣỡng là bệnh phổ biến ở trẻ em. Khi thiếu máu, khả năng vận chuyển oxi của
hồng cầu bị giảm, làm thiếu oxi ở các tổ chức đặc biệt là tim, cơ bắp, não gây
nên hiện tƣợng tim đập nhanh, trẻ nhỏ có thể bị suy tim do thiếu máu. Các
biểu hiện: hoa mắt, chóng mặt do thiếu oxi não, cơ bắp yếu và cuối cùng là
cơ thể mệt mỏi.
1.2.3.2. Đối với cây trồng và vật nuôi
a. Đối với thực vật

14


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Sắt có vai trò quan trọng trong các phản ứng oxi hóa khử, là thành phần
trong prophyrin của cytochrom, tham gia cấu trúc của nhiều enzym nhƣ
catalaz, peroxidaz, leghemoglobin, và ferredoxin, nitrogenaz có vai trò quan
trọng trong chuyển chuyền điện tử trong quang hợp, hô hấp và tổng hợp diệp
lục tố.
Sắt là nguyên tố ít di động, do “trầm hiện” trong các lá già ở dạng oxit
hay photphat, hoặc do “ tạo phức hợp” với phytoferritin- protein dính với sắt.
Do đó, sự thiếu hụt sắt thƣờng biểu hiện đầu tiên ở các đỉnh sinh trƣởng là các
lá non. Thiếu sắt làm cho cây ngừng sinh trƣởng và phát triển; lá non, đọt non
bị vàng dần do giảm lƣợng chlorophin ở lá.
b. Đối với động vật

Khi thiếu hụt sắt ảnh hƣởng xấu đến sự tạo máu, sự tổng hợp
hemoglobin ; làm cho vật nuôi thiếu máu ; thiếu myoglobin, thịt nạc thiếu sắc
tố đỏ, bạc màu, chất lƣợng kém.
1.2.3.3. Đối với công nghiệp
Sắt là kim loại đƣợc sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối
lƣợng kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sự kết hợp của giá thành thấp và
các đặc tính tốt về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó là một kim loại
không thể thay thế đƣợc, đặc biệt trong sản xuất ôtô, thân tàu thủy lớn, các bộ
khung trong công trình xây dựng. Thép là hợp kim phổ biến nhất của sắt,
ngoài ra còn một số hình thức tồn tại khác của sắt nhƣ: gang thô, gang đúc…
Oxit sắt(III) đƣợc sử dụng để sản xuất các bộ lƣu từ trong máy tính.
Chúng thƣờng đƣợc trộn lẫn với các hợp chất khác và bảo tồn thuộc tính từ
trong hỗn hợp này.
Trong sản xuất xi-măng ngƣời ta trộn thêm sunfat sắt vào để hạn chế
Crom hóa trị VI- nguyên nhân gây nên bệnh dị ứng xi măng với những ngƣời
thƣờng xuyên tiếp xúc với xi măng.

15


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SẮT [1], [4], [8], [9]
1.3.1. Phƣơng pháp phân tích định tính sắt(III)
1.3.1.1 Phản ứng với K4[Fe(CN)6]
Kali feroxianua tác dụng đƣợc với Fe(III) tạo thành một số kết tủa vô
định hình màu xanh rất đặc trƣng (thƣờng gọi là xanh phổ).
1.3.1.2. Phản ứng với thioxianat

Oxi hóa Fe(II) thành Fe(III) trong môi trƣờng axit mạnh (pH=2). Fe(III)
tạo đƣợc phức chất màu đỏ máu với SCN- có thành phần thay đổi từ
[FeSCN]2+ đến [Fe(CN)6]3-.
1.3.2. Phƣơng pháp phân tích định lƣợng sắt(III)
1.3.2.1. Phương pháp phân tích hóa học
a. Phƣơng pháp phân tích khối lƣợng
 Nguyên tắc chung:
Để xác định khối lƣợng cấu tử theo phƣơng pháp phân tích khối lƣợng,
là tách chất đó ra dƣới dạng nguyên chất hay dƣới dạng một hợp chất xác
định, bằng cách cân để suy ra hàm lƣợng chất cần xác định có trong đối tƣợng
phân tích.
 Phƣơng pháp phân tích:
Xác định hàm lƣợng sắt(III) dƣới dạng cân Fe2O3: dùng dung dịch NH3
đặc để kết tủa sắ(III) dƣới dạng Fe(OH)3 trong dung dịch nóng.
→
Lọc, rửa kết tủa. Nung kết tủa ở 9000C để chuyển thành Fe2O3 rồi từ
dạng cân để tính hàm lƣợng sắt.
→

16


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

a. Phƣơng pháp phân tích thể tích
 Nguyên tắc chung:
Để phân tích chất rắn A, ngƣời ta chuyển chất rắn A vào dung dịch bằng
một dung môi thích hợp (nƣớc, axit, kiềm,…). Sau đó lấy chính xác VA ml

dung dịch thu đƣợc vào bình tam giác, từ buret thêm từng ít một dung dịch B
có nồng độ chính xác CNA vào dung dịch trong bình tam giác cho đến khi B
phản ứng vừa hết với A (xác định dựa vào sự biến đổi màu của chất chỉ thị).
A+B→C+D
Biết nồng độ chất B là CNB và thể tích là VB của nó đã dùng trong quá
trình chuẩn độ, ta tính đƣợc nồng độ đƣơng lƣợng của chất A trong dung dịch.
(CNV)A = (CNV)B
=> CNA =
 Phƣơng pháp phân tích:
- Phƣơng pháp oxi hóa khử:
+ Phương pháp pemanganat:
Khử Fe(III) thành Fe(II) bằng Zn hoặc bằng SnCl2 trong môi trƣờng axit
và loại SnCl2 dƣ bằng HgCl2.

Chuẩn độ dung dịch Fe(II) bằng dung dịch MnO4-.
Điểm cuối chuẩn độ: dung dịch từ không màu chuyển sang màu hồng.
+ Phương pháp đicromat:
Dùng dung dịch K2Cr2O7 xác định nồng độ dung dịch Fe(II) trong môi
trƣờng axit:
→

17


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

Dùng chất chỉ thị diphenylamin có E0=0,76V hay điphenyl aminsunfonat
có E0= 0,84V hay axit N-phenylanthanilic có E0=1,08V.

Điểm cuối chuẩn độ: với chất chỉ thị diphenylamin dung dịch từ không
màu chuyển sang màu xanh tím. Với chỉ thị điphenyl aminsunfonat dung
dịch từ không màu chuyển sang màu tím hồng và với chất chỉ thị axit Nphenylanthanilic dung dịch từ không màu chuyển sang màu hồng tím.
+ Phương pháp complexon:
Dùng dung dịch complexon III xác định Fe(III) trong môi trƣờng pH=2
với axit sunfosalixilic làm chất chỉ thị:
→
→
Tím đỏ

Vàng nhạt
Điểm cuối của quá trình chuẩn độ: dung dịch màu tím đỏ chuyển sang
màu vàng nhạt.
1.3.2.2. Phương pháp phân tích hóa lí
a. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
 Nguyên tắc chung:
Dựa trên khả năng hấp thụ trọn lọc bức xa điện từ có bƣớc sóng ứng
đúng với bƣớc sóng khi đƣợc kích thích do chính nguyên tử sắt đó phát ra.
 Phƣơng pháp phân tích:
Trong phƣơng pháp này, ngƣời ta phun mẫu dung dịch phân tích vào
thiết bị nguyên tử hóa mẫu bằng ngọn lửa không khí C2H2. Tại đây, mẫu phân
tích sẽ bị nhiệt phân và tạo ra các nguyên tử sắt tự do. Chiếu một chùm bức xạ
có bƣớc sóng xác định vào đám hơi nguyên tử sắt tự do, sắt hấp thụ bức xạ có
bƣớc sóng 248,3 nm ứng đúng với các tia bức xạ mà nó có thể phát ra trong
quá trình phát xạ để chuyển lên trạng thái kích thích có mức năng lƣợng cao

18


Nguyễn Thị Thuỷ Tiên

K39A- Khoa Hoá Học - ĐH Sư phạm Hà Nội 2

hơn; sau khi nguyên tử sắt tự do đã hấp thụ đƣợc đƣa vào các máy đo, kết quả
đo đƣợc là độ hấp thụ A. Từ đó, suy ra hàm lƣợng sắt có trong mẫu phân tích.
b. Phƣơng pháp trắc quang
 Nguyên tắc chung:
Trong phƣơng pháp trắc quang, ngƣời ta dùng các phản ứng hóa học để
chuyển toàn bộ chất cần xác định thành một hợp chất tan có màu, có khả năng
hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến. Sau đó đo độ hấp thụ của dung dịch
màu này và dựa trên độ hấp thụ đo đƣợc ta định lƣợng đƣợc chất cần xác
định.
 Phƣơng pháp phân tích:
- Phƣơng pháp 1,10-phenantrolin:
Chuyển sắt(III) về sắt(II) bằng các tác nhân khử hidroxilamin.
Trong môi trƣờng có pH từ 2 đến 9, Fe(II) tạo phức với 1,10phenantrolin có màu đỏ da cam (β1,3= 1021,3).
Phức này có cực đại hấp thụ ở bƣớc sóng 530nm.
Các ion cản trở là: xianua, nitrit, photphat, crom, kẽm, coban, niken,
đồng.
- Phƣơng pháp thioxianat:
Oxi hóa Fe(II) về Fe(III) trong môi trƣờng axit mạnh (pH=2). Fe(III) tạo
đƣợc phức chất màu đỏ máu với SCN-.
→
3-

3,23

Phức [Fe(SCN)6] kém bền (β1,6=10

Đỏ máu

). Phức này có cực đại hấp thụ tại

bƣớc sóng 470nm. Ngƣời ta xác định sắt bằng phƣơng pháp thioxianat trong
môi trƣờng axit HCl, HNO3, H2SO4, HClO4; nồng độ axit tối ƣu nằm trong
khoảng 0,05N-0,20N.

19