Khóa luận Thực trạng và một số giải pháp nâng cao hiệu quả dạy – học phần thực hành phân tích hóa lý

kiến hoặc hồng ngoại. Tương tác này xảy ra ở mức phân tử, vì vậy phân tích trắc quang bao hàm nội dung của phân tích quang phổ phân tử, nó khác với phân tích quang phổ nguyên tử, trong đó căn cứ vào sự hấp thụ hay phát xạ ra năng lượng bởi nguyên tử để ứng dụng vào phân tích. 15 Do vậy, tùy thuộc vào loại hiệu ứng tương tác giữa phân tử và năng lượng bức xạ mà ta có những phương pháp phân tích trắc quang khác nhau. Có thể chia phương pháp trắc quang thành ba nhóm chính như sau: phương pháp hấp thụ quang, phương pháp phát quang và phương pháp đo độ đục. Trong phạm vi bài khóa luận chỉ nghiên cứu phương pháp hấp thụ quang. Phương pháp hấp thụ quang dựa trên việc đo cường độ dòng sáng bị chất màu hấp thụ chọn lọc. Nếu ánh sáng bị hấp thụ nằm trong vùng tử ngoại hay hồng ngoại thì phải đo quang bằng các thiết bị có tế bào quang điện hay các tế bào thu quang điện khác như nhân quang điện, quang điện trở 2.3.2 Phân tích định lượng bằng phương pháp trắc quang [3] Nguyên tắc chung của các phương pháp phân tích định lượng dựa trên phép đo quang của dung dịch màu và so sánh cường độ màu (hoặc độ hấp thụ quang) của dung dịch nghiên cứu với dung dịch chuẩn là dung dịch có nồng độ chất cần xác định đã biết trước. Sau đây chúng ta chỉ tìm hiểu về các phương pháp so màu quang điện. Thiết bị dùng trong phương pháp này là các quang sắc kế cho ánh sáng gần đơn sắc, cho phép đo được mật độ quang của dung dịch nghiên cứu và dung dịch chuẩn so sánh với dung dịch “trống” (hay là dung dịch so sánh). Có nhiều phương pháp đo quang để xác định nồng độ, trong phạm vi của đề tài nghiên cứu này chỉ đề cập đến một số phương pháp nhất định. 2.3.2.1. Phương pháp đường chuẩn [3, 5, 6] Trong thực tế phân tích người ta chỉ sử dụng vùng tuyến tính và đoạn thẳng AB được gọi là đường chuẩn của phương pháp phân tích. Vùng tuyến tính này rộng hay hẹp ở trong vùng nồng độ nào là tùy thuộc vào độ hấp thụ phân tử ε của mỗi chất phân tích hay sản phẩm của nó với một thuốc thử màu nhất định. Nói chung, các hợp chất càng nhạy phổ UV – VIS thì vùng tuyến tính càng hẹp và lùi về phía nồng độ thấp. Do đó rất thích hợp để xác định lượng vết các chất. 16 Từ phương trình cơ sở A = k.C, để xây dựng đường chuẩn cho việc định lượng một chất ta phải trải qua các bước công việc sau đây: • Chuẩn bị một dãy mẫu chuẩn có nồng độ chính xác của nguyên tố hay chất phân tích cùng trong điều kiện với mẫu phân tích như chất nền, môi trường pH, thông thường chuẩn bị dãy mẫu chuẩn với 5 hay 7 nồng độ, ví dụ như trong bảng 2.1. Ở đây, Cx là các mẫu phân tích cần xác định nồng độ C. Bảng 2.1. Dãy chuẩn của chất phân tích Mẫu chuẩn Co C1 C2 C3 C4 C5 CX A Ao A1 A2 A3 A4 A5 AX • Nghiên cứu chọn điều kiện phù hợp nhất để đo phổ UV – VIS của tất cả các mẫu chuẩn và mẫu phân tích, như các thông số máy đo A, điều kiện đo, • Đo phổ hấp thụ UV – VIS của tất cả các mẫu chuẩn và mẫu phân tích theo các điều kiện đã chọn, ví dụ: ta thu được các giá trị tương ứng là Ao, A1, A2, như trong bàng 2.1. • Từ các giá trị A – C tương ứng của các mẫu chuẩn ta dựng đường chuẩn trong hệ tọa độ A – C (hình 2.3). Sau đó đem giá trị Ax của các mẫu phân tích áp vào đường chuẩn ta sẽ tìm được giá trị nồng độ Cx của chất phân tích trong mẫu đo. Hình 2.4. Đường chuẩn trong hệ tọa độ A - C 17 Phương pháp này rất tiện lợi để phân tích hàng loạt mẫu, nhanh chóng, hiệu suất cao. Nhưng với những mẫu có hàm lượng nhỏ và thành phần phức tạp thì trong nhiều trường hợp ta không thể pha chế được một dãy mẫu chuẩn phù hợp với mẫu phân tích về thành phần vật lý và hóa học. Do đó sẽ mắc phải sai số lớn. Những trường hợp này ta phải chuyển mẫu sang chất nền khác hay dùng phương pháp thêm để loại trừ ảnh hưởng của thành phần nền. 2.3.2.2. Phương pháp thêm [3] Phương pháp thêm là một dạng của phương pháp so sánh. Theo phương pháp này, mật độ quang của dung dịch nghiên cứu được so sánh với chính dung dịch đó có cho thêm những lượng xác định của chất nghiên cứu ai. Phương pháp này thường được dùng để đơn giản bớt quá trình phân tích nhưng chủ yếu là để loại trừ ảnh hưởng cản trở của các tạp chất lạ vì nó cho phép tạo ra những điều kiện giống nhau cho dung dịch chuẩn và dung dịch nghiên cứu. Phương pháp được dùng rộng rãi để xác định những vi lượng của chất nghiên cứu khi có mặt những chất cản trở. Tuy vậy nó cũng chỉ áp dụng được cho những dung dịch tuân theo định luật hấp thụ cơ bản. Có thể dùng phương pháp tính hoặc phương pháp đồ thị, nhưng trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới thiệu phương pháp đồ thị. • Cách tiến hành: Pha dung dịch màu nghiên cứu với Cx và đo Ax. Pha một dãy dung dịch chuẩn cũng chính là dung dịch nghiên cứu có cho thêm những lượng chính xác ai của chất cần xác định để nồng độ của dãy chuẩn là Cx+a1, Cx+a2, Cx+a3, , Cx+ai và đo mật độ quang Ax+ai tương ứng. Dựng đồ thị Ax+ai - C𝑎𝑖 để xác định Cx 18 Kết quả xác định bằng phương pháp thêm sẽ càng chính xác nếu như 𝐶𝑎𝑖 càng bé để cho Ax+ai càng gần nhau và gần với Ax. Giá trị tuyệt đối từ A đến gốc tọa độ chính bằng Cx. Khi vì một lý do nào đó dung dịch màu không tuân theo định luật Bia, nghĩa là không có sự tuyến tính giữa A – C thì phải dùng phương pháp tính dựa trên sự uốn thẳng đường cong trong một phạm vi hẹp của nồng độ như sau: Pha hai dung dịch màu nghiên cứu có nồng độ chất cần xác định là Cx và 𝐶𝑥 𝑛 (pha loãng n lần dung dịch có nồng độ Cx) và dung dịch màu nghiên cứu có cho thêm một lượng chất cần xác định để có 𝐶𝑥+𝑎 sao cho 𝐶𝑥 𝑛 < 𝐶𝑥 < 𝐶𝑥+𝑎 để cho 𝐴𝑥𝑛 < 𝐴𝑥 < 𝐴𝑥 + 𝑎 nhưng rất gần nhau thì sai số sẽ giảm. Nếu đưa lên đồ thị mà đường biểu diễn không phải là một đường thẳng thì trong một phạm vi hẹp ta có thể coi như đường thẳng và tính Cx như sau: 𝐴𝑥 𝑛 = 𝜀 𝐶𝑥 𝑛 𝑙 𝐴𝑥 = 𝜀𝐶𝑥𝑙 𝐴𝑥+𝑎 = 𝜀𝐶𝑥+𝑎𝑙 = 𝜀(𝐶𝑥 + 𝐶𝑎)𝑙 𝐴𝑥 − 𝐴𝑋 𝑛 𝐴𝑥+𝑎 − 𝐴𝑥 = 𝐶𝑥 − 𝐶𝑥𝑛 𝐶𝑥+𝑎 − 𝐶𝑥 𝐶𝑥 = 𝐶𝑎 ∙ 𝑛𝑛 − 1 ∙ 𝐴𝑥 − 𝐴𝑥𝑛𝐴𝑥+𝑛 − 𝐴𝑥 19 PHẦN THỰC NGHIỆM 20 CHƯƠNG 3. THỰC TRẠNG DẠY - HỌC PHẦN THỰC HÀNH PHÂN TÍCH HÓA LÝ 3.1 Thực trạng chương trình học thực hành Phân tích hóa lý ở các trường đại học 3.1.1 Thực hành Phân tích hóa lý ở khoa Hóa học, ĐH Sư phạm TP.HCM [7] Chương trình thực hành Phân tích hóa lý theo niên chế (dành cho sinh viên khóa 35 trở về trước) tương đương với 1 đơn vị học trình, quy đổi thành 30 tiết thực hành; trong đó thời gian học tương ứng là 5 buổi và 1 buổi thi kết thúc học phần. Hiện nay, trường áp dụng chương trình học theo tín chỉ dành cho sinh viên, thì phần thực hành Phân tích hóa lý tương đương với 1 tín chỉ. Trường hiện đang được sử dụng giáo trình “Thực hành một số phương pháp Phân tích hóa lý” do tổ Hóa phân tích biên soạn. Đây là tài liệu lưu hành nội bộ, trong đó gồm 5 bài thực hành như sau: Bài 1: Chuẩn độ điện thế. Xác định nồng độ H3PO4. Bài 2: Điện phân dung dịch CuSO4. Bài 3: Xác định pH bằng phương pháp trắc quang. Bài 4: Xác định Ni2+ bằng Dimetyglyoxim khi có mặt chất oxy hóa bằng phương pháp đường chuẩn. Bài 5: Sắc ký trao đổi ion. 3.1.2 Nội dung chương trình thực hành ở một số trường đại học khác 3.1.2.1. Trường Đại học Bách khoa TP.HCM [8] 21 Trường sử dụng giáo trình thực hành Thí nghiệm Phân tích định lượng được biên soạn bởi các tác giả Nguyễn Thị Thu Vân (chủ biên), Trần Thị Minh Hiếu, Nguyễn Duy Khiêm, Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết; Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM năm 2011. Nội dung giáo trình như sau. A - CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN ĐẾN PHƯƠNG PHÁP QUANG Bài 1: Xác định hằng số phân ly của chỉ thị bằng phương pháp quang phổ hấp thu thấy được. Bài 2: Định lượng kim loại trong nước theo phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử AAS. Bài 3: Định lượng kim loại trong rượu theo phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử AAS. B - CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN ĐẾN PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ Bài 1: Làm mềm nước cứng bằng nhựa trao đổi ion. Bài 2: Định tính Ni2+, Co2+, Cu2+ bằng sắc ký giấy. Bài 3: Tách và định lượng Ni2+ trong hỗn hợp Ni2+, Co2+, Fe3+. Bài 4: Định tính Cloramphenicol trong thuốc nhỏ mắt. Bài 5: Định tính tinh dầu trong lá bạc hà. Bài 6: Định tính vitamin trong thuốc bổ. Bài 7: Định tính chất ngọt nhân tạo trong nước ngọt giải khát. Bài 8: Tách và định tính caroten trong một số rau, củ, quả (cà rốt, cà chua, bắp vàng,). Bài 9: Định tính và định lượng các axit amin trong nước mắm. 22 Bài 10: Định tính và định lượng α- pinene trong mẫu dầu thông bằng phương pháp sắc ký khí. C - CÁC BÀI THÍ NGHIỆM LIÊN QUAN ĐẾN PP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA Bài 1: Phương pháp chuẩn độ điện thế (Bằng máy chuẩn độ tự động DL 21). Bài 2: Định lượng Cu và Pb trong đồng thau theo phương pháp điện kết tủa. 3.1.2.2. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [9] Trường sử dụng giáo trình thực hành “Hướng dẫn thí nghiệm Hóa phân tích” do tác giả Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng biên soạn vào năm 1992. Năm 2007, giáo trình được biên soạn bổ sung bởi các tác giả Từ Văn Mặc, Nguyễn Lê Huy, Vũ Thị Hồng Ân. Giáo trình gồm hai phần: Các phương pháp phân tích hóa học và Các phương pháp phân tích hóa lý. Sau đây sẽ giới thiệu phần thực hành các phương pháp phân tích hóa lý, gồm 23 bài. Chương 1: Phương pháp trắc quang. Bài 28: Nghiên cứu phổ hấp thụ của phức Fe-axit sunfosalisilic. Bài 29: Xác định sắt bằng axit sunfosalixilic. Bài 30: Xác định hàm lượng sắt trong nước tự nhiên. Bài 31: Xác định MnO4- và Cr2O72- trong dung dịch hỗn hợp. Bài 32: Xác định Ni2+ bằng dimetylglyoxim. Bài 33: Xác định amoni trong nước. Bài 34: Xác định Cl- bằng thủy ngân thyoxyanate. Bài 35: Phương pháp đo quang xác định thành phần phức Cu(II) – nitrozo – r-sol Bài 36: Xác định đồng theo phương pháp đo quang vi sai. 23 Bài 37: Phổ điện tử của ion NO2-. Chương 2: Phương pháp điện phân. Bài 38: Phương pháp điện phân khối lượng xác định đồng. Bài 39: Phương pháp điện phân có kiểm tra thế catot xác định Pb trong oxit kẽm. Chương 3: Phương pháp cực phổ. Bài 40: Xác định Zn trong dung dịch. Bài 41: Xác định Cd2+ trong dung dịch. Bài 42: Phương pháp von − ampe xác định Pb2+. Bài 43: Phương pháp von - ampe xác định Zn2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+ khi chúng có mặt đồng thời. Chương 4: Phương pháp điện thế. Bài 44: Xác định nồng độ HCl bằng NaOH (điện cực quinhydron bão hòa). Bài 45: Xác định nồng độ NaOH và Na2CO3 bằng HCl (điện cực thủy tinh). Bài 46: Xác định Cl-, I- trong dung dịch hỗn hợp bằng AgNO3 0,1N. Bài 47: Chuẩn độ Fe3+ bằng K2Cr2O7. Chương 5: Phương pháp sắc ký trao đổi ion. Bài 48: Phương pháp trao đổi ion trên nhựa cationit tách niken và coban. Bài 49: Tách và xác định Fe3+, Zn2+ trong dung dịch hỗn hợp. Chương 6: Phương pháp chiết – đo quang. Bài 50: Xác định vi lượng đồng(II) khi có niken(II) lượng lớn bằng phương pháp chiết - đo quang. 24 3.2 Điều tra thực trạng học thực hành Phân tích hóa lý của sinh viên khoa Hóa trường ĐH Sư phạm TP.HCM [10, 11] 3.2.1 Mục đích điều tra Tìm hiểu thực trạng các giờ thực hành PTHL về các mặt: • Thái độ, tình cảm và nhận thức về thực hành PTHL. • Việc chuẩn bị và tiến hành thực hành. • Kết quả thực hành. Qua điều tra sẽ hiểu biết một cách đầy đủ và chính xác hơn về những mặt được và chưa được, khẳng định mức độ tương hợp giữa dự đoán và thực tế. Rút ra những kết luận cần thiết và những giải pháp cụ thể trong việc nâng cao chất lượng thực hành và xác định hướng nghiêu cứu. 3.2.2 Đối tượng điều tra Chúng tôi đã tiến hành điều tra với các sinh viên lớp Hóa 3C, 4A, 4B và 4C năm học 2012-2013. Số phiếu phát ra: 150. Số phiếu thu về: 137; trong đó lớp Hóa 3C: 20 phiếu, lớp 4A: 35 phiếu, lớp 4B: 35 phiếu và lớp 4C: 47 phiếu. 3.2.3 Mô tả phiếu điều tra Trong phiếu điều tra chúng tôi sử dụng 25 câu hỏi (gồm 24 câu hỏi đóng và 1 câu hỏi mở). Nội dung các câu hỏi tập trung vào 2 chủ đề chính là: Thực trạng việc học thực hành PTHL (từ câu 1 đến câu 16). Nhu cầu thay đổi hoặc cải tiến giờ thực hành PTHL (từ câu 17 đến câu 25). 25 3.2.4 Kết quả điều tra Nhận xét chung: khi viết phiếu sinh viên đã thể hiện được ý thức xây dựng, mong muốn được đóng góp vào việc cải tiến nội dung và phương pháp trong các giờ thực hành PTHL. Trong câu hỏi mở có rất nhiều ý kiến phong phú đa dạng biểu hiện sự tích cực suy nghĩ và tinh thần trách nhiệm cao. Tuy nhiên cũng còn một số phiếu không trả lời hết các câu hỏi hoặc đánh dấu vào mục “không quan tâm”. Kết quả cụ thể về từng nội dung cần tìm hiểu như sau: 3.2.4.1. Thực trạng việc học thực hành Phân tích hóa lý a) Thái độ, tình cảm và nhận thức của sinh viên về thực hành PTHL Câu 1: Đối với các giờ thực hành PTHL bạn cảm thấy: Thái độ Số ý kiến Tỷ lệ % Rất thích 9 6,57 Thích 74 54,01 Bình thường 46 33,58 Không thích 8 5,84 Câu 4: Bạn cảm thấy hài lòng với nội dung các bài thí nghiệm hay không? Thái độ Số ý kiến Tỷ lệ % Hoàn toàn hài lòng 45 32,85 Chỉ hài lòng một phần 64 46,1 Không hài lòng 28 20,44 26 Câu 13: Số thí nghiệm mà bạn cảm thấy hứng thú khi tiến hành vào khoảng: Số ý kiến Tỷ lệ % 10-20 % 0 0,00 30-40% 4 2,92 50-60% 44 32,12 70-80% 89 64,96 90-100% 0 0,00 Câu 15: Sau các buổi thực hành PTHL bạn cảm thấy: Thái độ Số ý kiến Tỷ lệ % Rất vui và có hứng thú 41 29,93 Bình thường 75 54,74 Mệt mỏi 21 15,33 Câu 16: Theo bạn số điểm bạn đạt được cuối học phần có phù hợp với năng lực của bạn khi thực hành? Thái độ Số ý kiến Tỷ lệ % Rất phù hợp 72 52,55 Ít hơn so với khả năng 21 15,33 Nhiều hơn so với khả năng 27 19,71 Không quan tâm 17 12,41 Nhận xét: Đa số sinh viên có thái độ tích cực và yêu thích các giờ thực hành PTHL. Phần đông sinh viên cảm thấy hứng thú đối với các thí nghiệm đã thực hành và cảm thấy số điểm đạt được cuối học phần là phù hợp với khả năng của bản thân. 27 Những nguyên nhân mà sinh viên thích hay không thích các giờ thực hành PTHL sẽ được làm rõ hơn ở câu 5 và câu 17. b) Chuẩn bị và tiến hành thực hành PTHL Câu 2: Bạn có nghiên cứu tài liệu hướng dẫn trước khi vào phòng thí nghiệm Tình trạng Số ý kiến Tỷ lệ % Xem kỹ 55 40,15 Xem sơ qua 74 54,01 Không xem 8 5,84 Câu 3: Bạn hãy chọn mức độ nhiều, ít cho các vấn đề trong giờ thực hành PTHL sau (1: rất ít; 5: rất nhiều). Vấn đề Mức độ (tỷ lệ %) 1 2 3 4 5 Thời lượng tiến hành thí nghiệm trong một buổi học 30,66 35,03 28,47 2,92 2,92 Tổng số buổi thí nghiệm 58,39 25,55 14,60 1,46 0,00 Tổng số bài thí nghiệm 53,28 29,93 13,14 2,19 1,46 Câu 6: Khi tiến hành thí nghiệm, bạn đã thực sự hiểu rõ phần cơ sở lý thuyết Số ý kiến Tỷ lệ % 10-20 % 0 0,00 30-40% 9 6,57 50-60% 94 68,61 70-80% 31 22,63 90-100% 3 2,19 28 Nhận xét: Phần lớn sinh viên có nghiên cứu tài liệu hướng dẫn trước khi đến phòng thực hành, nhưng rất nhiều người chỉ xem sơ qua. Ngoài ra, khi tiến hành thí nghiệm, đa số các bạn sinh viên chưa thực sự nắm vững phần cơ sở lý thuyết. Vì thế, để các giờ thực hành có kết quả tốt nhất thiết phải có biện pháp kiểm tra bắt buộc đầu giờ song song với việc giúp sinh viên nhận thức rõ tác dụng của lí luận đối với thực tiễn, thấy rõ tác dụng của các giờ thực hành. Bên cạnh đó, có nhiều ý kiến cho rằng tổng số bài thực hành đối với phần thực hành PTHL là rất ít. Từ đây, ta có thể tăng cường nội dung thực hành giúp sinh viên nắm vững hơn về các phương pháp thực hành PTHL. c) Kết quả và nhận xét của sinh viên về giờ thực hành PTHL Câu 5: Các buổi thực hành PTHL đã giúp bạn rèn luyện: (có thể chọn nhiều phương án) Nội dung rèn luyện Số ý kiến Tỷ lệ % Thao tác sử dụng các dụng cụ thí nghiệm 122 89,05 Thao tác chuẩn bị hóa chất, tiến hành, quan sát thí nghiệm 116 84,67 Hiểu rõ hơn lý thuyết đã học 123 89,78 Sử dụng hóa chất với liều lượng chính xác 112 81,75 Khả năng tư duy, tập làm nghiên cứu khoa học 75 54,74 Câu 7: Bạn thấy máy đo pH có hoạt động tốt không? Tình trạng Số ý kiến Tỷ lệ % Rất tốt 13 9,49 Tạm được 37 27,01 Không tốt 87 63,50 29 Câu 8: Khi vẽ đường cong chuẩn độ, bước nhảy chuẩn độ có đạt yêu cầu không? Thái độ Số ý kiến Tỷ lệ % Rõ 19 13,87 Không rõ lắm 81 59,12 Không xác định được bước nhảy chuẩn độ 37 27,01 Câu 9: Bạn thấy kết quả phân tích Cu trong bài thực hành “Điện phân dung dịch CuSO4” có tốt không? Kết quả phân tích Số ý kiến Tỷ lệ % Tốt 45 32,84 Sai số nhỏ 68 49,64 Không tốt 24 17,52 Câu 10: Bạn đã tiến hành rửa giải dung dịch mẫu để tách Cu2+ như thế nào? Tình trạng Số ý kiến Tỷ lệ % Tách được hoàn toàn 43 31,39 Tách được nhưng không hoàn toàn 77 56,20 Không tách được 17 12,41 Câu 11: Theo bạn, sử dụng pha tĩnh là nhựa cationit giữ được Cu2+ và Ni2+: Tình trạng Số ý kiến Tỷ lệ % Giữ rất chặt 79 57,66 Tạm được 38 27,74 Giữ không tốt 20 14,60 30 Câu 12: Trong quá trình chuẩn độ Cu2+ và Ni2+, bạn đã xác định được màu của điểm cuối chuẩn độ: Tình trạng Số ý kiến Tỷ lệ % Hoàn toàn chính xác 78 56,93 Không chính xác lắm 56 40,88 Không xác định được 3 2,19 Câu 14: Số thí nghiệm mà bạn đã tiến hành thành công vào khoảng: Số ý kiến Tỷ lệ % 10-20 % 0 0,00 30-40% 19 13,89 50-60% 54 39,42 70-80% 60 43,80 90-100% 4 2,92 Nhận xét: Theo đánh giá của sinh viên, các buổi thực hành PTHL đã giúp sinh viên rèn luyện tương đối tốt các kỹ năng thực hành, thao tác sử dụng dụng cụ thí nghiệm và tác phong nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên, thành công của thí nghiệm chỉ đạt ở mức độ tương đối. Nguyên nhân có thể là do quy trình thực hành, các hóa chất sử dụng, điều kiện phòng thí nghiệm 31 3.2.4.2. Nhu cầu thay đổi hoặc cải tiến giờ thực hành Phân tích hóa lý a) Nội dung các bài thực hành PTHL Câu 17: Bạn chưa thích các giờ thực hành PTHL ở chỗ: (có thể chọn nhiều phương án) Nội dung Số ý kiến Tỷ lệ % Ít có bài thực hành hấp dẫn 49 35,77 Các bài thực hành chỉ mang tính minh họa lý thuyết, ứng dụng thực tế ít 65 47,45 Một số bài thực hành đơn giản nhưng phải lặp đi lặp lại nhiều lần 104 75,91 Một số bài thực hành khó, không thu được kết quả như mong muốn 92 67,15 Một số bài thực hành có thao tác thí nghiệm, sử dụng máy móc quá phức tạp 113 82,48 Câu 18: Bạn thấy có cần thiết thay đổi nội dung giáo trình thực hành PTHL hay không? Mức độ Số ý kiến Tỷ lệ % Rất cần thiết 32 23,36 Cần thiết 88 64,23 Không cần thiết 17 12,41 32 Câu 20: Bạn hãy chọn mức cần thiết trong việc thay đổi một số nội dung trong bài thực hành “Điện phân dung dịch CuSO4” (1: rất cần thiết; 5: hoàn toàn không cần thiết). Sự thay đổi Mức độ (tỷ lệ %) 1 2 3 4 5 Xác đinh đồng thời hai ion kim loại bằng phương pháp điện phân. 16,06 20,44 45,25 8,76 9,49 Xây dựng quy trình điện phân hỗn hợp hai kim loại có khống chế thế. 26,28 23,36 33,58 9,49 7,30 Câu 21: Bạn hãy chọn mức cần thiết trong việc thay đổi một số nội dung trong bài thực hành “Xác định pH bằng phương pháp trắc quang” (1: rất cần thiết; 5: hoàn toàn không cần thiết). Sự thay đổi Mức độ (tỷ lệ %) 1 2 3 4 5 Xác định đồng thời hai ion trong hỗn hợp bằng phương pháp trắc quang. 37,95 26,28 18,98 8,76 8,03 Thay thế bằng một bài thực hành khác (như: ứng dụng phương pháp quang xác định thành phần phức, phương pháp thêm chuẩn,) 20,44 26,28 35,03 8,76 9,49 33 Câu 22: Bạn hãy chọn mức cần thiết trong việc thay đổi một số nội dung trong bài thực hành “Sắc ký trao đổi ion” (1: rất cần thiết; 5: hoàn toàn không cần thiết). Sự thay đổi Mức độ (tỷ lệ %) 1 2 3 4 5 Thay đổi pha tĩnh bằng một chất hấp phụ cation khác. 5,84 7,30 20,44 43,07 23,36 Thay đổi tỷ lệ glyxerol và NaOH. 29,93 18,98 21,17 13,87 16,06 Thay đổi dung dịch rửa giải. 9,49 11,68 12,41 29,18 37,23 Thay đổi dung dịch mẫu (như Ni2+ và Co2+ hay Ni2+ và Fe2+,) 28,47 18,98 27,01 13,87 11,68 Nhận xét: Theo điều tra, những nguyên nhân khiến sinh viên không thích các giờ thực hành PTHL chủ yếu là do nội dung của các bài thực hành: bài thực hành quá khó, thiếu thực tế, thao tác thực hành, sử dụng máy móc phức tạp Với mục đích cải thiện chất lượng và hiệu quả của các giờ thực hành PTHL, có hơn 87% sinh viên cảm thấy thực sự cần thiết thay đổi nội dung của giáo trình thực hành PTHL. Các bạn sinh viên đã đóng góp những ý kiến thiết thực, những thay đổi cụ thể trong nội dung thực hành (thể hiện ở câu 20, 21 và 22). Điều này là cơ sở khoa học để tiến hành việc nghiên cứu của đề tài. 34 b) Hình thức học và thi phần thực hành PTHL Câu 19: Bạn thấy có cần thay đổi hình thức giáo trình thực hành PTHL hay không? Mức độ Số ý kiến Tỷ lệ % Không cần thiết 27 19,71 Thêm hình ảnh minh họa, màu sắc, hiện tượng thí nghiệm 113 82,48 Cung cấp phim thao tác sử dụng dụng cụ thí nghiệm 105 76,64 Cung cấp các phim hướng dẫn thực hành để sinh viên dễ quan sát 119 86,86 Câu 23: Theo bạn có cần tiến hành thi PTHL vào cuối học phần hay không? Mức độ Số ý kiến Tỷ lệ % Rất cần thiết 13 9,49 Cần thiết 47 34,31 Không cần thiết 77 56,20 Câu 24: Theo bạn phần thi lý thuyết cuối kỳ và trong mỗi buổi nên tiến hành dưới hình thức nào? Hình thức thi Số ý kiến Tỷ lệ % Tự luận 51 37,23 Trắc nghiệm 49 35,77 Vấn đáp 37 27,01 35 Nhận xét: Về mặt hình thức học và thi phần thực hành PTHL, có tới 88% sinh viên đều cho rằng nên cung cấp các phim hướng dẫn thực hành để giúp họ nắm vững hơn các thao tác, từ đó nâng cao hiệu quả của bài thực hành. Các bạn sinh viên cũng đóng góp những ý kiến rất phong phú về hình thức thi lý thuyết cuối kỳ phần thực hành PTHL như thi tự luận, trắc nghiệm, vấn đáp Câu 25: Để các buổi thực hành PTHL mang lại kết quả tốt hơn theo bạn cần phải làm gì? Các bạn sinh viên đã đóng góp nhiều ý kiến khác nhau, có thể chia làm 4 nhóm: i) Về phía sinh viên: Nghiên cứu kỹ tài liệu trước khi vào phòng thí nghiệm. Bài thực hành nào không thành công phải tìm hiểu rõ nguyên nhân và cách khắc phục, không nôn nóng. Cần hiểu đúng bản chất của từng bài thực hành. ii) Về hóa chất, dụng cụ: Phòng thí nghiệm cần có trang thiết bị mới, hiện đại. Chuẩn bị đầy đủ, chu đáo hơn dụng cụ, hóa chất cho các giờ thực hành. iii) Về tài liệu, chương trình học: Cho sinh viên học kỹ lý thuyết trước khi thực hành. Cung cấp các phim hướng dẫn thao tác thực hành cho sinh viên trước khi vào phòng thí nghiệm. Thay đổi nội dung một số bài thực hành (chỉnh sửa, thêm bớt). iv) Về tổ chức, hướng dẫn của giáo viên: 36 Kiểm tra việc chuẩn bị lý thuyết của sinh viên trước khi thực hành. Giáo viên cần nghiêm khắc hơn, chú ý theo dõi, góp ý kịp thời, yêu cầu sinh viên tuân thủ các quy định phòng thí nghiệm. Hướng dẫn sinh viên các thao tác sử dụng máy móc, thiết bị một cách chi tiết, rõ ràng hơn. Có hình thức kiểm tra cuối học phần thích hợp, đánh giá đúng khả năng của từng sinh viên. Nhận xét: Các đề xuất mà sinh viên đã nêu ở trên nói chung là hợp lý, khả thi và cần được xem xét, nghiên cứu để có những biện pháp thích hợp nhằm cải tiến hiệu quả phần thực hành PTHL. 3.3 Khảo sát các bài thực hành Phân tích hóa lý hiện tại Trên cơ sở tổng hợp những đề xuất của các bạn sinh viên trong phiếu điều tra, chúng tôi tiến hành khảo sát lại các bài thực hành PTHL. Trong đó, đặc biệt lưu ý đến những điểm khó khăn mà các bạn sinh viên đã đề cập đến trong phiếu điều tra. Cách tiến hành được thực hiện theo như trong giáo trình Thực hành Phân tích hóa lý hiện tại của khoa Hóa học, Trường ĐH Sư phạm TP.HCM. 3.3.1 Bài 1 – Chuẩn độ điện thế. Xác định nồng độ H3PO4 MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH - Trước khi tiến hành thí nghiệm với máy đo pH, ta phải chuẩn hóa máy bằng cách nhúng điện cực vào các dung dịch hiệu chỉnh có pH = 7 và pH = 4 để đo pH. - Khi cắm điện cực vào dung dịch H3PO4, phải chú ý khuấy đều dung dịch sao cho cốc thủy tinh hay đũa thủy tinh không được chạm vào điện cực. - Trong quá trình chuẩn độ, khi đo pH trong vùng pH > 9 – 11 phải chú ý đo nhanh để tránh làm hỏng điện cực thủy tinh. 37 KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU a) Chuẩn độ theo phương pháp thể tích: Lần đo V1 (ml) V2 (ml) 1 7,05 14,3 2 7,0 14,2 3 7,0 14,2 Vtb 7,0167 14,23 - Thay vào công thức: 𝐶𝐻3𝑃𝑂4 = 𝑉𝑡𝑏1×𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻10 = 𝑉𝑡𝑏2×𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻10×2 𝐶𝐻3𝑃𝑂4 = 14,23 × 0.210 × 2 = 0,1423 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ - So sánh với lý thuyết: 𝐶𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝐶𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 0,14230,15 × 100% = 94,87% - Tính khoảng tin cậy: ta có �̅� = 14,23 Phương sai mẫu: 𝑆2 = 1 𝑛 − 1�(𝑥𝑖 − �̅�)2𝑛 𝑖=1 = 3,33 × 10−3 Độ lệch chuẩn: 𝑆 = 0,0577 Độ lệch chuẩn tương đối: 𝑅𝑆𝐷% = 𝑆 �̅� × 100% = 0,4054% Hằng số 𝑡𝛼 = 4,3027 ứng với độ tin cậy 95%. Áp dụng công thức �̅� − 𝑡α 𝑆 √𝑛 < 𝑉 < �̅� + 𝑡α 𝑆√𝑛 ta tính được khoảng tin cậy của giá trị trung bình: 𝑉𝑡𝑏 = 14,23 ± 0,14 (𝑚𝑙) Vậy 𝐶𝐻3𝑃𝑂4 = 0,1423 ± 1,4 × 10−3 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ b) Chuẩn độ điện thế: - Từ các giá trị pH đo được theo thể tích dung dịch NaOH (xem phụ lục 2), ta vẽ được đường cong chuẩn độ của axit H3PO4 38 Hình 3.1. Đường cong chuẩn độ của axit H3PO4 Hình 3.2. Đồ thị chuẩn độ điện thế của axit H3PO4 - Từ đồ thị, ta xác định được V1 = 6,85 ml và V2 = 15,85 ml 𝐶𝐻3𝑃𝑂4 = 6,85 × 0.210 = 0,137 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ - So sánh với lý thuyết: 𝐶𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝐶𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 0,1370,15 × 100% = 91,33% NHẬN XÉT ĐỀ XUẤT - Kết quả thu được so với lý thuyết khá chính xác. - Sai số không đáng kể. - Thao tác thực hành với máy đo pH rất phức tạp. - Bài thực hành hay, gắn với lý thuyết tốt, nên tiếp tục duy trì. - Cung cấp phim hướng dẫn thực hành cho sinh viên xem trước để nắm bắt tốt các thao tác sử dụng thiết bị thực hành. 39 3.3.2 Bài 2 – Điện phân dung dịch CuSO4 MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH - Thiết bị điện phân phải được lắp đặt đúng theo như trong giáo trình. - Chú ý mắc các điện cực Pt sao cho mép dưới của các điện cực còn cách đáy một khoảng đủ để máy khuấy từ hoạt động mà không va chạm vào các điện cực. - Anot Pt được mắc thẳng đứng bên trong, dọc theo trục của điện cực lưới catot Pt KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU a) Phương pháp điện phân: 𝑇𝐶𝑢2+ = 𝐺2 − 𝐺110 = 8,1760 − 8,097910 = 7,81 × 10−3 (𝑔 𝑚𝑙)⁄ = 7,81 (𝑔 𝑙)⁄ 𝐶𝐶𝑢2+ = 7,8163,546 = 0,1229 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ - So sánh với lý thuyết: 𝐶𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝐶𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 0,12290,125 × 100% = 98,32% b) Phương pháp thể tích: - Các giá trị thể tích dung dịch chuẩn EDTA như sau: V1 = 12,3 ml; V2 = 12,2 ml; V3 = 12,3 ml  Vtb = 12,27 ml 𝑇𝐶𝑢2+ = 𝑉�𝐸𝐷𝑇𝐴 × 𝑁𝐸𝐷𝑇𝐴 × 100 × 𝐴𝐶𝑢210 × 1000 × 10 (𝑔 𝑚𝑙)⁄ 𝑇𝐶𝑢2+ = 12,27 × 0,01 × 100 × 63,5462 × 210 × 1000 × 10 = 7,7952 × 10−3(𝑔 𝑚𝑙) = 7,7952(𝑔 𝑙)⁄⁄ 𝐶𝐶𝑢2+ = 7,81663,546 = 0,1227 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ - So sánh với lý thuyết: 𝐶𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝐶𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 0,12270,125 × 100% = 98,16% - Tính khoảng tin cậy: ta có �̅� = 12,27 Phương sai mẫu: 40 𝑆2 = 1 𝑛 − 1�(𝑥𝑖 − �̅�)2𝑛 𝑖=1 = 3,35 × 10−3 Độ lệch chuẩn: 𝑆 = 0,0579 Độ lệch chuẩn tương đối: 𝑅𝑆𝐷% = 𝑆 �̅� × 100% = 0,4719% Hằng số 𝑡𝛼 = 4,3027 ứng với độ tin cậy 95%. Áp dụng công thức �̅� − 𝑡α 𝑆 √𝑛 < 𝑉 < �̅� + 𝑡α 𝑆√𝑛 ta tính được khoảng tin cậy của giá trị trung bình: 𝑉𝑡𝑏 = 12,27 ± 0,14 (𝑚𝑙) Vậy 𝐶𝐶𝑢2+ = 0,1227 ± 1,4 × 10−3 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ NHẬN XÉT ĐỀ XUẤT - Kết quả phân tích nồng độ Cu2+ theo hai phương pháp gần giống nhau và so với lý thuyết là tương đối chính xác. - Sai số không đáng kể. - Thiết bị điện phân khó sử dụng. - So với lý thuyết đã được học, bài thực hành còn khá đơn giản vì dung dịch điện phân chỉ chứa ion Cu2+ mà không có ion khác, không thể hiện tính chọn lọc của phương pháp điện phân. - Có thể thay thế bằng bài thực hành điện phân dung dịch chứa hai ion có khống chế thế. - Nếu duy trì bài thực hành thì nên cung cấp phim hướng dẫn thực hành cho sinh viên xem trước khi vào phòng thí nghiệm. 41 3.3.3 Bài 3 – Xác định pH bằng phương pháp trắc quang MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH - Pha các dung dịch chỉ thị chính xác theo hướng dẫn. - Sau khi pha xong, nên tiến hành đo các giá trị mật độ quang liền. - Phải mở máy làm ấm 15 phút trước khi đo. Các thao tác sử dụng máy so màu quang điện phải thật cẩn thận. KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU - Tiến hành đo mật độ quang, ta xác định bước sóng tối ưu λ1 = 504 nm (dạng axit HIn) và λ2 = 461 nm (dạng bazơ In-). - Giá trị mật độ quang của các dung dịch chỉ thỉ được ghi trong bảng sau: No Aa (dung dịch 1) Ab (dung dịch 2) Ax (dung dịch 3) λ1 = λmax (HIn) 1,241 1,242 1,241 0,421 0,420 0,422 0,733 0,732 0,732 �̅� = 1,241 �̅� = 0,421 �̅� = 0,732 λ2 = λmax (In-) 0,564 0,564 0,564 0,703 0,703 0,703 0,706 0,707 0,706 �̅� = 0,564 �̅� = 0,703 �̅� = 0,706 - Tính giá trị pH của dung dịch X theo công thức: 𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + 𝑙𝑔 𝐴𝑎1 − 𝑅1,2 × 𝐴𝑎2𝑅1,2 × 𝐴𝑏2 − 𝐴𝑏1 𝑣ớ𝑖 𝑅1,2 = 𝐴𝑥1𝐴𝑥2 𝑝𝐻 = 3,46 + 𝑙𝑔 1,240 − 0,7320,706 × 0,5640,7320,706 × 0,703 − 0,421 = 3,79 - So sánh với lý thyết: 𝑝𝐻𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝑝𝐻𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 3,794,00 × 100% = 94,75% NHẬN XÉT ĐỀ XUẤT - Kết quả giá trị pH đo được chênh lệch đáng kể so với lý thuyết. - Có thể thay thế bằng một bài thực hành ứng dụng phương pháp trắc quang 42 - Tính ứng dụng chưa cao, trong khi pH của dung dịch có thể xác định bằng máy đo pH với hai số lẻ thập phân, sai số ± 0,01 đơn vị pH. khác như: phương pháp thêm chuẩn, xác định đồng thời hai ion trong hỗn hợp 43 3.3.4 Bài 4 – Xác định Ni2+ bằng Dimetylglyoxim khi có mặt chất oxy hóa bằng phương pháp đường chuẩn MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH - Pha các dung dịch chỉ thị chính xác theo hướng dẫn, sau mỗi lần thêm các chất phải lắc đều dung dịch trong các bình định mức. - Sau khi pha xong, nên tiến hành đo các giá trị mật độ quang liền. - Phải mở máy làm ấm 15 phút trước khi đo. Các thao tác sử dụng máy so màu quang điện phải thật cẩn thận. - Dung dịch nghiên cứu X cần xác đinh ở đây được pha từ 2,5 ml dung dịch B. KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU - Tiến hành đo mật độ quang, ta xác định bước sóng tối ưu λ = 466 nm. - Giá trị mật độ quang của các dung dịch dãy chuẩn được ghi trong bảng sau: No bình dung dịch chuẩn 1 2 3 4 5 V (ml) dd Ni2+ 0,02 mg/ ml 1 2 3 4 5 𝐶𝑁𝑖2+ (mg/ ml) × 104 4 8 12 16 20 𝐴𝑖 0,091 0,091 0,091 0,173 0,174 0,172 0,266 0,266 0,266 0,346 0,346 0,346 0,429 0,430 0,431 �̅� 0,091 0,173 0,266 0,346 0,430 - Từ các giá trị thu được, ta dựng đường chuẩn: 44 Hình 3.3. Đường chuẩn của dung dịch Ni2+ - Giá trị mật độ quang của dung dịch nghiên cứu được ghi trong bảng sau: Lần đo 1 2 3 𝐴𝑥 0,213 0,213 0,213 𝐴𝑥���� 0,213 - Thay giá trị mật độ quang của dung dịch X vào phương trình y = 0,0213x + 0,0059 Vậy 𝐶𝑥(mg/ml) × 104 = 𝐴𝑥−0,00590,0213 = 9,723 𝐶𝑥 = (9,72 + 0,16) × 10−4 (𝑚𝑔 𝑚𝑙⁄ ) - So sánh với lý thuyết: 𝐶𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝐶𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 9,72310 × 100% = 97,23% NHẬN XÉT ĐỀ XUẤT - Hệ số tương quan tốt. - Phương pháp đường chuẩn xác định nồng độ Ni2+ một cách chính xác hơn 97% so với lý thuyết. - Bài thực hành đạt hiệu quả cao, bám sát chương trình lý thuyết đã được học, nên cần tiếp tục được duy trì và phát huy. y = 0,0213x + 0,0059 R² = 0,9995 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 5 10 15 20 25 �̅� 𝐶𝑁𝑖2+ (mg/ ml) × 104 45 3.3.5 Bài 5 – Sắc ký trao đổi ion MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH - Khi cho các hạt cationit vào cột, phải chú ý không có bọt khí giữa các hạt và mực dung dịch phải luôn cao hơn mực cationit 0,5 ml. - Khi đưa dung dịch mẫu lên cột cationit, phải cho thật chậm để tránh làm dao động các hạt cationit và xuất hiện bọt khí. - Trong suốt quá trình tách sắc ký, mở khóa buret cho chảy chậm với tốc độ giọt tiếp giọt và không được để cho cột bị khô. KẾT QUẢ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU - Sau khi tách sắc ký, ta tiến hành chuẩn độ dung dịch Cu2+ và dung dịch Ni2+. Các giá trị thể tích dung dịch chuẩn được ghi trong bảng sau: Dung dịch EDTA 0,01M Dung dịch Cu2+ Dung dịch Ni2+ 𝑉 (ml) 3,0 3,0 2,9 18,2 18,1 18,1 𝑉� (ml) 2,967 18,133 a) Tính hàm lượng Cu2+ trong mẫu phân tích: 𝑎 (𝑔𝑎𝑚 𝐶𝑢2+/ 10 𝑚𝑙 𝑚ẫ𝑢) = 𝑉� × 0,01 × 2 × 100 × 63,54610 × 1000 × 2 𝑎 (𝑔𝑎𝑚 𝐶𝑢2+/ 10 𝑚𝑙 𝑚ẫ𝑢) = 𝑉� × 10−4 × 63,546 = 0,01885 𝑎 (𝑔𝑎𝑚 𝐶𝑢2+/ 1𝑙 𝑚ẫ𝑢) = 0,01885 × 100 = 1,885 ⟹ 𝐶𝐶𝑢2+ = 1,88563,546 = 0,02967 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ - So sánh với lý thuyết: 𝐶𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝐶𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 0,029670,1 × 100% = 29,67% - Tính khoảng tin cậy: ta có �̅� = 2,967 Phương sai mẫu: 𝑆2 = 1 𝑛 − 1�(𝑥𝑖 − �̅�)2𝑛 𝑖=1 = 3,3335 × 10−3 Độ lệch chuẩn: 𝑆 = 0,0577 46 Độ lệch chuẩn tương đối: 𝑅𝑆𝐷% = 𝑆 �̅� × 100% = 1,9447% Hằng số 𝑡𝛼 = 4,3027 ứng với độ tin cậy 95%. Áp dụng công thức �̅� − 𝑡α 𝑆 √𝑛 < 𝑉 < �̅� + 𝑡α 𝑆√𝑛 ta tính được khoảng tin cậy của giá trị trung bình: 𝑉𝑡𝑏 = 2,967 ± 0,14 (𝑚𝑙) Vậy 𝐶𝐶𝑢2+ = 0,02967 ± 1,4 × 10−3 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ b) Tính hàm lượng Ni2+ trong mẫu phân tích: 𝑎 (𝑔𝑎𝑚 𝑁𝑖2+/ 10 𝑚𝑙 𝑚ẫ𝑢) = 𝑉� × 0,01 × 2 × 100 × 58,710 × 1000 × 2 𝑎 (𝑔𝑎𝑚 𝑁𝑖2+/ 10 𝑚𝑙 𝑚ẫ𝑢) = 𝑉� × 10−4 × 58,7 = 0,10644 𝑎 (𝑔𝑎𝑚 𝑁𝑖2+/ 1𝑙 𝑚ẫ𝑢) = 0,10644 × 100 = 10,644 ⟹ 𝐶𝑁𝑖2+ = 10,64458,7 = 0,1813 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ - So sánh với lý thuyết: 𝐶𝑡ℎự𝑐 𝑡ế 𝐶𝑙ý 𝑡ℎ𝑢𝑦ế𝑡 × 100% = 0,18130,1 × 100% = 181,3% - Tính khoảng tin cậy: ta có �̅� = 18,133 Phương sai mẫu: 𝑆2 = 1 𝑛 − 1�(𝑥𝑖 − �̅�)2𝑛 𝑖=1 = 3,3335 × 10−3 Độ lệch chuẩn: 𝑆 = 0,0577 Độ lệch chuẩn tương đối: 𝑅𝑆𝐷% = 𝑆 �̅� × 100% = 1,9447% Hằng số 𝑡𝛼 = 4,3027 ứng với độ tin cậy 95%. Áp dụng công thức �̅� − 𝑡α 𝑆 √𝑛 < 𝑉 < �̅� + 𝑡α 𝑆√𝑛 ta tính được khoảng tin cậy của giá trị trung bình: 𝑉𝑡𝑏 = 18,133 ± 0,14 (𝑚𝑙) Vậy 𝐶𝑁𝑖2+ = 0,1813 ± 1,4 × 10−3 (𝑚𝑜𝑙 𝑙)⁄ NHẬN XÉT ĐỀ XUẤT - Kết quả thực tế không chính xác so với lý thuyết và độ lặp lại của phép phân - Kiểm tra, nghiên cứu lại quá trình tách sắc ký để nâng cao hiệu suất. 47 tích cao. Từ đây cho thấy sai số của phép phân tích không đến từ lỗi thao tác, lý do là quy trình tách sắc ký không tốt, hiệu suất thấp. - Kết quả sai lệch nhiều, quá trình tách ion Cu2+ không hoàn toàn, Cu2+ còn bị giữ chặt trên cột cationit nên khi ta rửa giải Ni2+ bằng dung dịch HCl lại cho kết quả cao hơn nhiều so với giá trị thực tế của mẫu. - Thay đổi nồng độ dung dịch rửa giải glyxerol hoặc dùng pha động khác để quá trình tách Cu2+ có hiệu quả hơn. - Cũng có thể thay vào một bài thực hành khác như: sắc ký trao đổi ion Ni2+ và Co2+ hay ion Zn2+ và Fe2+ 48 CHƯƠNG 4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY – HỌC PHẦN THỰC HÀNH PHÂN TÍCH HÓA LÝ Từ những ý kiến, đề xuất, nhu cầu thiết thực của sinh viên trong phiếu điều tra và khảo sát kết quả của các các bài thực hành PTHL, chúng tôi đưa ra một số giải pháp nhất định nhằm nâng cao hiệu quả dạy – học phần thực hành PTHL như sau: 4.1 Điều chỉnh, sửa đổi một số nội dung trong bài thực hành Trong phần này, chúng ta thay đổi, điều chỉnh một số nội dung trong bài thực hành “Sắc ký trao đổi ion”. 4.1.1 Dung dịch rửa giải Qua quá trình khảo sát và tiến hành bài thực hành này nhiều lần, chúng tôi nhận thấy hiệu suất tách Cu2+ sẽ cải thiện hơn nhiều nếu ta thay đổi nồng độ dung dịch glyxerol trong NaOH. Cụ thể ta tiến hành khảo sát tỷ lệ giữa glyxerol nguyên chất và NaOH 0,1M trong dung dịch rửa giải lần lượt với các tỷ lệ 1 : 4, 1 : 8, 1 : 10, 1 : 12 về thể tích (glyxerol : NaOH). Từ đó ta rút ra được những nhận xét: • Nếu sử dụng dung dịch rửa giải với tỷ lệ 1 : 4 hay 1 : 8 thì không thể thực hiện quá trình tách sắc ký được do khi đó nồng độ glyxerol trong dung dịch rửa giải sẽ cao, dung dịch sẽ tăng độ nhớt hơn nữa. Như vậy, khi ta cho dung dịch rửa giải lên cột thì tốc độ chảy của glyxerol (ở phần trên cationit) sẽ chậm hơn rất nhiều tốc độ chảy của nước (ở phần dưới cationit), ngay lập tức gây ra hiện tượng cột cationit bị khô, nứt hoàn toàn và quá trình tách sắc ký không thể xảy ra. • Nếu sử dụng dung dịch rửa giải với tỷ lệ 1 : 12 thì quá trình tách sắc ký vẫn diễn ra được, nhưng hiệu suất tách không cao, tương đương với hiệu suất tách thực hiện theo giáo trình hiện tại. 49 • Nếu sử dụng dung dịch rửa giải với tỷ lệ 1 : 10 thì hiện tượng khô nứt cột cationit chỉ xảy ra một phần và có thể xử lý được. Đặc biệt, hiệu suất tách Cu2+ ở đây có cải thiện hơn so với hiệu suất thực hiện theo quy trình trước (thể tích dung dịch EDTA chuẩn độ là 𝑉� = 4,5 ml, khoảng 45% so với lý thuyết). Vì thế, chúng tôi đưa ra ý kiến thay đổi dung dịch rửa giải glyxerol trong NaOH với tỷ lệ 1 : 10 về thể tích. 4.1.2 Thời gian rửa giải Cu2+ Như chúng ta cũng biết, nguyên tắc tiến hành sắc ký tách ion Cu2+ là dựa vào sự tạo phức giữa glyxerol và Cu2+ và khi tiến hành rửa giải ta mở khóa buret cho chảy chậm với tốc độ giọt tiếp giọt nhưng việc tách Cu2+ lại không xảy ra hoàn toàn. Đó là do các ion Cu2+ chưa thể tạo phức với dung dịch glyxerol và tiếp tục bị giữ lại trên phần cột cationit. Khi ta rửa giải Ni2+ bằng dung dịch HCl 3M thì các ion Cu2+ còn lại sẽ tác dụng với HCl và theo dung dịch đi ra khỏi cột. Điều này giải thích được tại sao khi ta chuẩn độ dung dịch Ni2+, nồng độ thu được lại cao hơn rất nhiều so với lý thuyết. Qua quá trình tiến hành nhiều lần bài thí nghiệm này, chúng tôi nhận thấy: Khi tiến hành rửa giải Cu2+ bằng dung dịch glyxerol 1 : 10 (về thể tích) kết hợp với việc cho chảy với tốc độ thật chậm (0,5ml /phút) thì hiệu suất tách Cu2+ là cao hơn nhiều so với quy trình trước đây. Thể tích dung dịch chuẩn độ EDTA là 𝑉� = 7,5 ml, tương đương 75% so với nồng độ thực của mẫu phân tích. Vì thế, chúng tôi đưa ra ý kiến điều chỉnh: Khi tiến hành rửa giải Cu2+, ta mở khóa buret sao cho chảy với tốc độ thật chậm (0,5ml/ phút). 4.2 Thay mới, bổ sung một số bài thực hành Qua kết quả tổng hợp từ phiếu điều tra và thực tiễn khảo sát các bài thực hành PTHL hiện tại, chúng tôi đưa ra một số bài thực hành mới bổ sung, thay thế cho những bài thực hành có hiệu suất thấp hoặc tính ứng dụng không cao, cụ thể như sau: 50 4.2.1 Phương pháp điện phân có kiểm tra thế catot xác định Pb trong oxit kẽm (thay cho bài 2) 4.2.1.1. Nguyên tắc Hòa tan ZnO trong axit nitric. Cho vào dung dịch một lượng natri citrat để tạo phức và clorua hydroxylamin làm chất khử cực anot rồi điện phân kết tủa Pb trên catot đã phủ Cu. 4.2.1.2. Thiết bị Có thể điện phân với thiết bị kiểm tra thế catot nhưng cũng có thể dùng thiết bị kiểm tra điện áp đơn giản. Catot là lưới Pt, điện phân phủ Cu trước và cân. 4.2.1.3. Cách tiến hành Cân 1 gam ZnO hòa tan trong 5 ml HNO3 1 : 1 đun nhẹ. Sau khi mẫu đã tan, thêm một ít nước cất nóng cho tới thể tích 10 – 12 ml (cứ 100 ml nước thì thêm 2 - 3 giọt dung dịch HNO3 2N). Nếu thấy có một ít hạt không tan thì lọc và rửa giấy lọc bằng nước nóng có pha axit HNO3. Để nguội dung dịch, pha loãng đến 50 ml, thêm 2 gam natri citrat và 1 gam clorua hydroxylamin. Dùng dung dịch NaOH 2N trung hòa dung dịch này tới khi xuất hiện kết tủa, sau đó thêm 1 - 2 giọt HNO3 2N. Pha loãng dung dịch tới thể tích 120 – 130 ml, pH vào khoảng 7,2 - 7,5. Lắp các điện cực vào máy và máy khuấy (tốc độ 250 - 300 vòng/ phút) rồi nhúng điện cực vào dung dịch phân tích sao cho chỉ ngập 4/5 điện cực. Dùng điện cực calomen làm điện cực so sánh để kiểm tra thế catot. Đầu tiên đặt thế catot ở −0,55V so với điện cực calomen (hoặc điện áp chỉ 0,75V), điện phân trong 3 - 4 phút. Sau đó tăng thế ở catot lên −0,6V (điện áp 0,85 - 51 0,9V) và điện phân trong vòng 10 - 15 phút. Cuối cùng để thế catot −0,65V (điện áp 0,95 - 1,00V) và điện phân tiếp thêm 10 - 15 phút nữa. Kiểm tra xem Pb đã kết tủa hết chưa bằng cách hạ thấp các điện cực xuống dung dịch. Nếu sau 2 - 3 phút ở phần catot đã phủ Cu không thấy Pb kết tủa nữa thì ngừng điện phân. Nhưng không được ngắt dòng điện chỉ tắt máy khuấy nâng cao điện cực lên rửa nhanh bằng nước sau đó bằng rượu. Ngắt điện, sấy catot ở 105 - 110oC, để nguội rồi cân tới khối lượng không đổi. Hiệu số khối lượng điện cực trước và sau điện phân chì chính là Pb trong mẫu ZnO đã lấy phân tích. 4.2.2 Xác định đồng thời MnO4- và Cr2O72- trong hỗn hợp (thay cho bài 3) 4.2.2.1. Cơ sở phương pháp Đường cong quang phổ hấp thụ Cr2O72− có cực đại ở λ1max = 440nm; ở độ dài sóng này MnO4− cũng bị hấp thụ một phần. Ion MnO4- hấp thụ nhiều nhất ở λ2max = 525nm nhưng ở đây sự hấp thụ Cr2O72− không đáng kể. Do đó có thể xác định nồng độ của các ion này như sau: 1. Đo độ hấp thụ quang của dãy dung dịch chuẩn KMnO4 ở λ1max và λ2max dựng hai đường A - C ứng với hai độ dài bước sóng đó (đường 1 và 2). 2. Đo độ hấp thụ quang của dãy dung dịch chuẩn K2Cr2O7 ở λ1max A - C ứng với độ dài bước sóng đó (đường 3). 3. Đo độ hấp thụ quang của dung dịch hỗn hợp ở cả λ1max và λ2max được các giá trị tương ứng là A(λ1) và A(λ2). Vì ở λ2max ion Cr2O72− hấp thụ không đáng kể ánh sáng nên A(λ2) là độ hấp thụ quang chỉ của MnO4- trong hỗn hợp. Dựa vào đường chuẩn 2, tìm được nồng độ của MnO4− là C1. Khi đã tìm được nồng độ C1, dựa vào đường chuẩn 1 tìm được độ hấp thụ quang A'(λ1) của MnO4-. A(λ1) là độ hấp thụ quang của cả hai ion ở độ dài sóng λ1 nên: 52 A(λ1) - A'(λ1) = A"(λ1 Cr2O72-) A"(λ1 Cr2O72−) là độ hấp thụ quang của Cr2O72- ở λ1max . Từ đường chuẩn 3 tìm được nồng độ Cr2O72− trong dung dịch hỗn hợp C2. 4.2.2.2. Cách tiến hành 1) Xây dựng đường chuẩn của KMnO4 và K2Cr2O7. * Chuẩn bị bốn bình định mức có dung tích 25,0 ml, cho thêm vào đó lần lượt 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 ml dung dịch chuẩn KMnO4 0,01N. Thêm nước cất vừa đủ tới vạch định mức rồi lắc đều. Đo độ hấp thụ quang trên máy tại λ = 525nm và λ = 440nm. * Tiếp theo, chuẩn bị 4 bình định mức có dung tích 25,0ml lấy vào đó lần lượt 0,5 –1,0 – 1,5 – 2,0ml dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,05N. Thêm nước cất vừa đủ tới vạch định mứcrồi lắc đều. Đo độ hấp thụ quang trên máy tại λ = 440nm. Vẽ 3 đồ thị chuẩn trên giấy milimet trên cùng một hệ trục tọa độ (đồ thị phải là mộtđường thẳng đi qua gốc tọa độ). 2) Xác định hàm lượng crom và mangan trong dung dịch hỗn hợp: Lấy chính xác 2 hoặc 3 ml dung dịch hỗn hợp phân tích - đo tổng độ hấp thụ quang tại λ1max và λ2max rồi xác định hàm lượng mangan và crom có trong dung dịch phân tích. Tính nồng độ các ion theo mg/ ml. 4.2.2.3. Hóa chất Dung dịch chuẩn KMnO4 0,01N; khi pha cho thêm khoảng 5 ml dung dịch H2SO4 và 5 ml dung dịch H3PO4. Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,05N; khi pha cho thêm khoảng 5 ml dung dịch H2SO4 và 5 ml dung dịch H3PO4. Dung dịch hỗn hợp phân tích chứa KMnO4 và K2Cr2O7. 53 4.2.3 Phương pháp trao đổi ion trên nhựa cationit tách niken và coban 4.2.3.1. Cơ sở phương pháp Khi cho dung dịch hỗn hợp CoCl2 và NiCl2 đi qua nhựa cationit dạng NH4+ cả hai ion trên dều bị hấp thụ trên nhựa. Khả năng hấp thụ của coban trên nhựa mạnh hơn Niken. Do đó có thể rửa tách niken bằng axit HCl loãng sau đó tách coban bằng axit HCl nồng độ cao hơn. 4.2.3.2. Phần thực hành 1. Pha dung dịch hỗn hợp CoCl2 và NiCl2 Dùng pipet lấy mỗi loại 2 ml cho vào cốc, pha loãng bằng nước cất tới 20 ml. 2. Chuẩn bị nhựa ở dạng trao đổi ion Lấy 60 ml dung dịch HCl (1 : 1) cho vào cốc, cho axit này qua nhựa với tốc độ 3 – 5 ml/ phút. Rửa nhựa bằng nước cất cho tới khi dung dịch hứng được có môi trường trung tính. Tiếp theo rửa nhựa bằng dung dịch NH4Cl 5M cho tới khi dung dịch hứng ra có pH = 5 (kiểm tra bằng metyl da cam). Giai đoạn này tốn khoảng 50 ml NH4Cl 5M. Rửa nhựa bằng 100 ml nước cất. 3. Giai đoạn tách Cho dung dịch của hỗn hợp CoCl2 và NiCl2 đi qua nhựa với tốc độ 2 – 5 ml/phút. Nhận xét sự phân bố miền hấp thụ của hai loại ion trên nhựa. Rửa nhựa vài lần bằng nước cất. a) Tách Niken khỏi nhựa: Lấy 150 ml dung dịch HCl 1,5N cho vào cốc lớn, thêm nước cất tới khoảng 450 ml rồi chuyển dung dịch này lên bình chứa xiphông và cho dung dịch đi qua nhựa với tốc độ 3 – 5 ml/ phút. Hứng dung dịch vào cốc bỏ khoảng 100 ml đầu. Khi niken bắt đầu xuất hiện (thử bằng dimetylglyoxim có pha vài giọt NH3 trên bàn sứ). Thay cốc 54 hứng bằng bình định mức 250 ml. Hứng dung dịch NiCl2 đến thể tích khoảng 200 ml mới có thể kết thúc giai đoạn tách niken bắt đầu hứng thu CoCl2 vào bình định mức 100 ml. Định mức dung dịch NiCl2 bằng nước cất tới vạch, lắc đều. b) Tách coban ra khỏi nhựa: Sau khi tách niken xong, tiếp tục rửa nhựa bằng 50 ml dung dịch HCl 1 : 1 với tốc độ 3 – 5 ml/ phút, hứng vào bình định mức 100 ml. Rửa nhựa bằng nước cất vài lần rồi định mức bằng nước cất tới vạch, lắc đều. 4. Xác định coban & niken a) Xác định coban Dùng pipet lấy 10 ml dung dịch CoCl2 10 ml dung dịch complexon III cho vào bình nón lắc đều. Thêm vài giọt dung dịch NH3 10% sau đó thêm một ít chỉ thị ETOO. Nếu dung dịch chưa có mầu xanh thì cho tiếp vài giọt NH3 cho tới khi nào xuất hiện màu xanh rõ (pH = 9 - 10). Chuẩn độ dung dịch bằng dung dịch ZnCl2 đến khi chuyển sang màu hồng mận. Ghi thể tích ZnCl2 tiêu tốn. Tính nồng độ g/ l của coban trong dung dịch ban đầu đã lấy để pha trộn. b) Xác định niken Lấy chính xác 100 ml dung dịch NiCl2 cho vào bình nón, thêm dung dịch NH4OH 10% cho tới pH = 7 - 9 một ít chỉ thị murexit. Chuẩn độ dung dịch này bằng dung dịch complexon III tới khi xuất hiện màu đỏ tía. Tính nồng độ g/ l của niken trong dung dịch ban đầu đã lấy để pha trộn. 4.3 Xây dựng các phim hướng dẫn thực hành cho sinh viên Theo kết quả khảo sát trong phiếu điều tra, đa số các bạn sinh viên đều nhận thấy việc cung cấp các hình ảnh minh họa, phim hướng dẫn các bài thực hành Phân tích hóa lý là rất cần thiết. Các bài thực hành thường phải sử dụng đến các máy móc, thiết bị phức tạp và đòi hỏi các thao tác kỹ thuật thật chính xác. Chính vì thế chúng tôi 55 đã tiến hành việc xây dựng các phim hướng dẫn để phục vụ cho các giờ thực hành Phân tích hóa lý của sinh viên. Chúng tôi đã xây dựng được phim hướng dẫn các bài thực hành PTHL sau: • Chuẩn độ điện thế. Xác định nồng độ H3PO4. • Điện phân dung dịch CuSO4. • Xác định pH bằng phương pháp trắc quang. • Xác định Ni2+ bằng Dimetylglyoxim khi có mặt chất oxy hóa bằng phương pháp đường chuẩn. • Sắc ký trao đổi ion. 56 PHẦN KẾT LUẬN KẾT LUẬN Kết quả của đề tài “Thực trạng và một số giải pháp nâng cao hiệu quả dạy – học phần thực hành Phân tích Hóa lý” cho những kết luận sau: 1. Đã tiến hành khảo sát thực trạng học thực hành Phân tích hóa lý với 137 sinh viên năm 3, năm 4 khoa Hóa học, trường ĐHSP TP.HCM. Kết quả có hơn 88% sinh viên cảm thấy cần thiết thay đổi nội dung giáo trình thực hành PTHL và cung cấp phim hướng dẫn thực hành trước khi vào phòng thí nghiệm. 2. Đã tiến hành thực hiện lại các bài thực hành, quy trình theo đúng như trong giáo trình. Trong đó đặc biệt lưu ý đến các điểm khó khăn mà trong phiếu điều tra đã chỉ ra. Sau đó lấy kết quả thu được tính toán và so sánh với lý thuyết. Từ đó, rút ra nhận xét về hiệu quả của từng bài thực hành và có đề xuất thích hợp. 3. Đã đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả của các giờ thực hành PTHL như sau: • Điều chỉnh, sửa đổi một số nội dung trong bài thực hành số 5: Tỷ lệ giữa glyxerol và NaOH trong dung dịch rửa giải Cu2+ là 1 : 10 về thể tích. Thời gian rửa giải Cu2+: khi tiến hành cho dung dịch glyxerol lên cột, ta mở khóa buret cho chảy thật chậm (0,5 ml/ phút). • Thay mới, bổ sung một số bài thực hành sau: Phương pháp điện phân có kiểm tra thế catot xác định Pb trong oxit kẽm (thay cho bài 2). Xác định đồng thời MnO4- và Cr2O72- trong hỗn hợp (thay cho bài 3). 57 Phương pháp trao đổi ion trên nhựa cationit tách Niken và Coban (bổ sung bài 6) • Xây dựng được phim hướng dẫn của 5 bài thực hành PTHL theo như trong giáo trình. (có đính kèm đĩa CD). 4. Đã tiến hành việc chỉnh sửa, bổ sung, hoàn thiện nội dung các bài Thực hành Phân tích hóa lý. ĐỀ XUẤT Tăng cường cơ sở vật chất (phòng ốc, máy móc, trang thiết bị, dụng cụ, hóa chất) cho phòng thực hành PTHL. Có những quy định bắt buộc kèm theo những biện pháp khuyến khích để phần thực hành PTHL được sinh viên quan tâm, yêu thích nhiều hơn. Cần sớm có một giáo trình thực hành PTHL hoàn chỉnh nhằm phục vụ cho công tác dạy – học của giảng viên và sinh viên. Tiếp tục xây dựng thêm những phim hướng dẫn thực hành khác nhằm tăng thêm sự thu hút cho môn học. Chúng tôi hy vọng những nghiên cứu trên góp phần vào việc nâng cao hiệu quả dạy – học thực hành phần Phân tích hóa lý tại khoa Hóa học, trường ĐHSP TP.HCM. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hoàng Phê (1992), Từ điển tiếng Việt, NXB Khoa học xã hội. 2. Trần Quốc Đắc (1996), Thí nghiệm Hóa học ở trường phổ thông trung học, NXB Giáo dục. 3. Nguyễn Tinh Dung, Lê Thị Vinh, Trần Thị Yến, Đỗ Văn Huê (1995), Một số phương pháp Phân tích hóa lý, Tài liệu lưu hành nội bộ, ĐHSP TP.HCM. 4. Bài giảng Phân tích hóa lý – phần sắc ký, Tài liệu lưu hành nội bộ, ĐHSP TP.HCM. 5. Lê Thị Mùi (2008), Bài giảng phân tích công cụ, Đại học Đà Nẵng. 7. Hoàng Minh Châu (chủ biên), Cơ sở Hóa học phân tích, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 8. Thực hành Một số phương pháp Phân tích hóa lý, Tài liệu lưu hành nội bộ, Tổ Hóa phân tích, ĐHSP TP.HCM. 9. Nguyễn Thị Thu Vân (chủ biên), Trần Thị Minh Hiếu, Nguyễn Duy Khiêm, Lê Xuân Mai, Nguyễn Bạch Tuyết (2011), Thí nghiệm Phân tich định lượng, NXB ĐH Quốc gia TP.HCM. 10. Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng (2007), Hướng dẫn thí nghiệm Hóa phân tích, Bộ môn Hóa phân tích, ĐH Bách khoa Hà Nội. 11. Trịnh Văn Biều (chủ nhiệm), Lê Trọng Tín, Trang Thị Lân, Vũ Thị Thơ, Tần Thị Vân (2000), Đổi mới nội dung và phương pháp dạy học Học phần thực hành Lý luận dạy học Hóa học, Công trình nghiên cứu khoa học, ĐHSP TP.HCM. 12. Trịnh Văn Biều (chủ biên), Trang Thị Lân, Vũ Thị Thơ, Trần Thị Vân (2001), Thực hành thí nghiệm – phương pháp dạy học Hóa học, ĐHSP TP.HCM.