Лабораторная работа № 8 Тема: «определение массовой доли бария в дигидрате хлорида бария»

Определение основано на осаждении ионов бария сульфат-ионами:

Ba ²⁺ + SO₄^2- BaSO₄

Сульфат бария – наименее растворимое из труднорастворимых соединений бария ( К_s = 1,1  10^-10 ), он практически нерастворим в кислотах, имеет строго определенный состав, соответствующий формуле BaSO₄. При прокаливании состав сульфата бария не меняется, следовательно, гравиметрическая форма совпадает с формой осаждения. Сульфат бария как в качестве осаждаемой, так и в качестве гравиметрической формы отвечает всем требованиям, которые к ним предъявляются. В качестве осадителя предпочитают серную кислоту, учитывая ее летучесть. Но поскольку BaSO₄ по своей природе – мелкокристаллическое вещество, необходимо при осаждении обратить особое внимание на создание условий, обеспечивающих получение более крупных кристаллов.

Фильтруют осадок через плотный фильтр («синяя лента»). Вначале промывают осадок от ионов CI^- горячей дистиллированной водой, в которую добавлена серная кислота, а затем от ионов SO₄^2- горячей дистиллированной водой. Поскольку плохо отмытые остатки серной кислоты вызывают хрупкость фильтра при его высушивании, можно рекомендовать добавление в дистиллированную воду нитрата аммония. Осадок прокаливается вместе с фильтром при температуре 600–800 ⁰С. При этом возможны следующие нежелательные процессы:

1. При озолении фильтра осадок BaSO₄ частично восстанавливается углем до BaS: BaSO₄ + 2C  BaS + 2CO₂

При прокаливании осадка кислород воздуха вновь окисляет BaS:

BaS + 2O₂  BaSO₄

2. Слишком высокая температура прокаливания приводит к разложению части осадка: BaSO₄  BaO + SO₃

3. Прокаливание тигля с осадком проводится до тех пор, пока не будет получена постоянная масса, что указывает на то, что эти побочные процессы закончились, и осадок не содержит примесей, удаляемых прокаливанием.

Х о д а н а л и з а

Расчет навески. Сульфат бария – кристаллический осадок, рекомендуемая масса которого 0,4–0,5 г.

Согласно уравнению реакции

BaCl₂ + H₂SO₄  BaSO₄ + 2HCl

рассчитать массу навески BaCl₂  2H₂O.

Расчет объема осадителя. Согласно уравнению реакции рассчитывается необходимая масса безводной серной кислоты, которая бы полностью осадила рассчитанную массу навески хлорида бария.

Затем рассчитывается необходимый объем раствора серной кислоты

Хотя осадок BaSO₄ имеет достаточно низкую растворимость, однако возможны его потери, обусловленные растворением осадка. Поэтому необходим избыток осадителя (полуторократный), который понижает растворимость осадка и при прокаливании может быть удален.

Взятие навески. Сначала берут навеску на технохимических весах и переносят ее в бюкс (при этом бюкс предварительно не взвешивают). Затем взвешивают бюкс с навеской на аналитических весах с точностью до 0,0001 г и переносят навеску в химический стакан для растворения. Не обмывая бюкс дистиллированной водой, его взвешивают с оставшимися крупинками вещества на аналитических весах и по разности масс находят массу вещества, взятого для анализа (массу навески).

Растворение навески. Поскольку осаждение должно проводиться из разбавленного раствора (массовая доля BaCl₂ в растворе не должна превышать 0,5–1,0 %), в химический стакан с навеской добавляют 150 мл дистиллированной воды. В полученный раствор добавляют 2–3 мл 2 М HCl, для повышения растворимости сульфата бария на первых этапах осаждения, раствор перемешивают стеклянной палочкой. После этого палочку до конца осаждения из стакана не вынимают.

Осаждение. Параллельно с этим в другом химическом стакане готовят раствор серной кислоты (осадителя): отмеривают пипеткой рассчитанный объем серной кислоты и разбавляют его 30 мл дистиллированной воды. Содержимое обоих стаканов нагревают на водяной бане до 70 ⁰С и затем горячий раствор кислоты медленно, по каплям, по палочке, приливают в анализируемый раствор BaCl₂, постоянно перемешивая. Закончив осаждение, стакан (вместе с палочкой) вновь ставят на водяную баню до просветления раствора, после чего делают пробу на полноту осаждения ионов бария, прибавляя к прозрачному раствору над осадком 2–3 капли раствора серной кислоты. Отсутствие помутнения – признак полного осаждения бария. При наличии помутнения прибавляют дополнительный объем разбавленного раствора кислоты, перемешивают, дают отстояться и снова проверяют полноту осаждения. Когда полнота осаждения будет достигнута, стакан с палочкой закрывают бумагой и оставляют осадок для созревания до следующего занятия.

Если необходимо ускорить процесс созревания осадка, стакан с содержимым нужно оставить на водяной бане на 1–2 ч, периодически перемешивая осадок. Но перед фильтрованием раствор следует охладить.

Фильтрование и промывание осадка. Собрать установку для фильтрования. К чистой и сухой воронке подгоняют беззольный фильтр «синяя лента», помня, что края фильтра не должны доходить до края воронки на 0,5–1 см. Для собирания фильтрата под воронку подставляют стакан, в котором готовился раствор осадителя. В промывалке готовят промывную жидкость (на 200 мл воды прибавляют 1–2 мл 1 М H₂SO₄) и нагревают ее на водяной бане. Декантировав всю жидкость с осадка на фильтр, приступают к его промыванию в стакане, каждый раз прибавляя 15–20 мл промывной жидкости и декантируя жидкость на фильтр. Промывание проводят 2–3 раза, периодически выливая из стакана собранный фильтрат, убеждаясь, что он прозрачный. Затем делают пробу на полноту удаления ионов Cl^-. С этой целью в пробирку собирают 1–2 мл фильтрата и добавляют 1–2 капли 1% раствора AgNO₃ (в присутствии HNO₃). Если фильтрат при этом помутнел, промывание продолжают до тех пор, пока не будет получена отрицательная реакция на ион Cl^-. После этого осадок количественно переносят на фильтр, стараясь не потерять при этом ни одной капли раствора с осадком. На фильтре осадок промывают несколько раз горячей дистиллированной водой для удаления ионов SO₄^2-. Заканчивают промывание при отрицательной пробе в фильтрате на ион SO₄^2- (отсутствие помутнения при добавлении к фильтрату хлорида бария).

Высушивание и прокаливание осадка. Параллельно с фильтрованием и промыванием осадка доводят тигли до постоянной массы, прокаливая их в муфельной печи при той же температуре, при которой будет проводиться прокаливание осадка.

Осадок на воронке подсушивают в сушильном шкафу и переносят его вместе с фильтром в подготовленный тигель. Воронка при высушивании осадка должна быть закрыта листом фильтровальной бумаги. Поместив фильтр с осадком в тигель, фильтр озоляют при слабом нагревании, не давая ему воспламеняться. Озоление проводят под тягой на пламени горелки или на электроплите. Тигель с озоленным фильтром тигельными щипцами переносят в муфельную печь, нагретую до 600–800 ⁰С. Прокалив тигель с осадком 40–45 мин, его охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах. Операцию повторяют, уменьшив продолжительность прокаливания до 10–15 мин, до тех пор, пока не будет получена постоянная масса тигля с осадком, т. е. пока разность массы тигля с осадком двух последних взвешиваний не превысит 0,2 мг.

Расчет результатов анализа. По разности полученных масс прокаленного тигля с осадком и пустого тигля находят массу осадка BaSO₄. Зная массу анализируемой навески и массу осадка, можно вычислить массовые доли (%):

(Ba²⁺) = m_oc.  F  100 / m_н; F = M(Ba) / M(BaSO₄₎

(Ba²⁺)_теор. = _.F  100; F = M(Ba) / M(BaCl₂  2H₂O)

Отчет выполнить в виде таблицы:

mн	m (H2SO4)	V (H2SO4)	m тигля	m тигля с осадком	mос.	 (Ba),%	Теор.  (Ba), %	Абс. погреш.	Отн. по- греш.
			1.	1.
			2.	2.

Вывод (см. ЛР № 7).

ПРИЛОЖЕНИЕ