Glucose là một monosacchride quan trọng đối với con người và được cung cấp dưới dạng thực phẩm, dược phẩm. Một nhóm học sinh tiến hành xác định hàm lượng glucose trong một loại đường glucose y tế dựa trên phản ứng oxi hoá glucose bằng lượng dư I2 0,10M (trong KI) sau đó chuẩn độ I2 dư với chỉ thị hồ tinh bột bằng dung dịch chuẩn là Na2S2O3 0,1M theo các phương trình hoá học đã biết như sau:
(1) HOCH2(CHOH)4CHO + I2 + 3NaOH → HOCH2(CHOH)4COONa + 2NaI + 2H2O;
(2) I2 (dư) + 2Na2S2O3 (H+) → Na2S4O6 + 2NaI.
Giả thuyết của nhóm học sinh đưa ra là: “có thể xác định được lượng glucose trong mẫu thử thông qua thể tích đã tiêu thụ của dung dịch I2 và dung dịch Na2S2O3 theo phương trình phản ứng (1) và (2)”
Để kiểm tra giả thuyết, nhóm học sinh đã tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ thường như sau:
• Bước 1: Cân chính xác 1,0 gam mẫu đường y tế và hoà vào nước, thêm nước để được 100 mL (dung dịch X).
• Bước 2: Lấy 10 mL dung dịch X vào cốc thuỷ tinh, thêm tiếp 15 mL dung dịch I2 0,10M và kiềm hoá ngay lập tức bằng 5 mL dung dịch NaOH 1M, khuấy đều hỗn hợp được dung dịch Y.
• Bước 3: Thêm dung dịch HCl 1M vào Y cho tới môi trường acid, chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 0,10M với chỉ thị hồ tinh bột. Thực hiện các phép chuẩn độ 3 lần. Kết quả chuẩn độ ở ba lần thí nghiệm như sau:
Thí nghiệm……V dung dịch Na2S2O3 (mL)
1………………………….20,1
2………………………….20,0
3………………………….19,9
a) Nếu mẫu glucose y tế bị lẫn một lượng nhỏ fructose, thì kết quả xác định hàm lượng glucose sẽ bị tính thấp hơn thực tế vì fructose cũng phản ứng với iodine và tiêu tốn iodine dư.
b) Mục đích của việc thêm HCl trước khi chuẩn độ bằng Na2S2O3 là để dừng phản ứng oxy hóa glucose và giải phóng iodine tự do (I₂).
c) Nếu thêm hồ tinh bột vào ngay từ đầu trước khi thêm Iodine ở bước 2, hồ tinh bột tạo phức với iodine, làm khó quan sát và ảnh hưởng tới độ chính xác chuẩn độ.
d) Từ kết quả thí nghiệm, học sinh xác định được glucose trong mẫu đường glucose y tế là 90% theo khối lượng.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Sai, fructose cũng phản ứng với I2/NaOH (chuyển hóa thành glucose rồi phản ứng). Vì vậy hàm lượng glucose tính được thật ra là tổng hạm lượng của glucose và fructose, như vậy hàm lượng glucose sẽ bị tính cao hơn thực tế chứ không phải thấp hơn.
(b) Sai, phản ứng oxi hóa glucose đã dừng (do hết glucose) từ trước khi thêm HCl nên nói “thêm HCl để dừng phản ứng oxy hóa glucose” là sai.
Vế còn lại đúng, thêm HCl để “giải phóng iodine tự do (I2)”. Trong môi trường base có cân bằng:
I2 + 2OH- ⇋ I- + IO- + H2O
Như vậy nếu không thêm HCl thì I2 sẽ bị “ẩn thân” dưới dạng I-, IO- gây sai số chuẩn độ. Khi thêm HCl:
I- + IO- + 2H+ —> I2 + H2O
Đây chính là tác dụng của việc thêm HCl.
(c) Đúng, nếu thêm hồ tinh bột từ rất sớm (thêm ngay từ đầu) thì hồ tinh bột tạo phức bền với I2 làm ảnh hưởng đến phản ứng oxi hóa glucose.
Nếu thêm hơi sớm (trước khi chuẩn độ – như lẽ thông thường) cũng gây ảnh hưởng tới kết quả vì hồ tinh bột vẫn cạnh tranh và chiếm giữ I2, còn Na2S2O3 cũng không đủ khả năng đoạt lại toàn bộ I2 bị hồ tinh bột chiếm giữ này —> Gây sai số.
Thời điểm tốt nhất để thêm chỉ thị hồ tinh bột là gần điểm tương đương, lúc này I2 còn rất ít và sự cạnh tranh I2 giữa hồ tinh bột và Na2S2O3 cũng ít ảnh hưởng đến kết quả hơn.
Điểm gần tương đương được đánh giá sơ bộ thông qua sự thay đổi màu sắc:
+ Ban đầu (I2 tự do và phức KI3): màu nâu hoặc nâu tím do I2 lấn át màu của KI3
+ Bắt đầu chuẩn độ: I2 giảm dần, KI3 cũng bắt đầu trả lại I2 đã chiếm: màu nâu nhạt dần —> vàng nâu —> vàng rơm —> vàng rất nhạt.
Đây là thời điểm sát điểm tương đương, lượng I2 còn rất ít, là lúc phù hợp để thêm chỉ thị hồ tinh bột: Màu xanh tím xuất hiện ngay lập tức, tiếp tục chuẩn độ màu xanh tím sẽ nhạt dần. Kết thúc chuẩn độ khi màu xanh tím biến mất hoàn toàn, trong suốt hoặc hơi vàng nhạt.
(d) Đúng
nI2 = nC6H12O6 + ½nNa2S2O3
nI2 = 1,5 mmol; nNa2S2O3 trung bình = 2 mmol
—> nC6H12O6 (10 mL X) = 0,5 mmol
—> %C6H12O6 = 0,5.10.180/1000 = 90%