3. Количественный анализ

Количественный анализ основан на использовании целого ряда различных химических, физических и физико-химических методов. В данной контрольной работе рассматриваются только химические методы количественного анализа, такие как гравиметрический и титриметрический. Данные методы базируются на теоретических представлениях о процессах осаждения, кислотно-основного взаимодействия, окисления и восстановления, комплексообразования.

Во всех методах количественного анализа необходимо точное измерение определенной физической величины, например массы (гравиметрический метод) или объема (титриметрический метод). В тириметрическом методе вместо объема иногда измеряют другие характеристики. Гравиметрический и титриметрический анализы основаны на законе эквивалентов. Точность титриметрических определений несколько ниже точности гравиметрических определений.

3.1. Гравиметрический анализ

3.1.1 СУЩНОСТЬ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

В гравиметрическом анализе используют прямое измерение массы при помощи аналитических весов. Современные аналитические весы, используемые в лабораториях, позволяют устанавливать массу образца с точностью до 10 ^–4 – 10^-5 г. С этой точностью следует выполнять и математические расчеты результатов анализа.

Определяемую составную часть выделяют либо в чистом виде, либо в виде определенного соединения. Определение массы является не только начальной, но и конечной стадией анализа. Гравиметрический анализ основан на законе сохранения массы веществ при химических превращениях, законе постоянства состава и законе эквивалентов.

Большую роль в гравиметрическом анализе играет превраще­ние определяемой составной части в малорастворимое соединение. Осадок этого соединения выделяют, высушивают, прокаливают и взвешивают. По массе его рассчитывают содержание определя­емой составной части. Осадками являются гидроксиды металлов, карбонаты, сульфаты, фосфаты, оксалаты и др., а также комплексные соединения металлов с органическими реактивами (оксихинолином, купфероном, диметилглиоксимом).

Например, при определе­нии содержания в образце железа, железо осаждают в виде Fe(OH)₃ раствором аммиака. Гидроксид железа прокаливают и переводят в Fе₂О₃. И уже по массе оксида железа (III) Fe₂O₃ рассчитывают содержание железа. В ходе подобного определения можно выделить две формы вещества: осаждаемую и гравиметрическую. В данном случае осаждаемой формой будет Fe(OH)₃, поскольку все железо в растворе переведено в осадок в виде Fe(OH)₃. Гравиметрической формой будет оксид железа Fe₂O₃, поскольку по массе этого оксида рассчитывают содержание железа во взятой навеске. При определении кальция осаждаемой формой является оксалат каль­ция СаС₂О₄, а гравиметрической формой — оксид кальция СаО. Осаждаемая и гравиметрическая формы могут совпадать. На­пример, барий осаждают в виде BaSO₄ и взвешивают также в виде BaSO₄, так как при прокаливании его химический состав не изменяется.

В основе гравиметрических определений лежат различные химические реакции: реакции разложения, замещения, обмена, комплексообразования.

Гравиметрический анализ — один из первых методов количественного анализа. Разновидностью гравиметрического анализа является электрогравиметрический анализ, созданный трудами В. В. Петрова, Г. Деви и М. Фарадея. В этом методе определяемые элементы выделяются из раствора с помощью электролиза, а потом взвешиваются. Сравнительно недавно получила развитие термогравиметрия, осуществляемая с помощью термовесов. Термовесы позволяют наблюдать, как изменяется масса твердых тел в широком интервале температур (около 1000° С).

Изменение массы при повышении температуры автоматически регистрируется в виде ступенчатой кривой. Термогравиметрически показано, что кристаллогидрат оксалата кальция СаС₂О₄^.Н₂О устойчив до температуры 100° С. При повышении температуры до 226° С он переходит в безводную соль СаС₂О₄, при 420° С оксалат переходит в карбонат кальция СаСО₃, при 660° С карбонат распадается на оксид кальция СаО и диоксид углерода СО₂. Процесс заканчивается при 840° С.

Гравиметрическим методом был установлен химический состав, большого числа веществ. Он являлся основным методом определения атомных масс. Его используют для определения гигроскопической влаги у широкого круга веществ, кристаллизационной воды, сульфат-иона, диоксида кремния, щелочных, щелочноземельных и многих других металлов. Метод этот хорошо изучен, но в практике современного анализа применяется сравнительно редко. Его основной недостаток – длительность выполнения эксперимента. Гравиметрические определения требуют больших затрат времени. Однако метод обеспечивает высокую точность, не требует сложной аппаратуры и доступен для любой химической лаборатории.

Задачи

55. В чем сущность гравиметрического анализа?

56. Каковы достоинства и недостатки гравиметрического метода?

57. Что такое осаждаемая форма и гравиметрическая форма? Почему в одних случаях эти формы совпадают, а в других различаются?

58. Какие разновидности гравиметрического метода используют в практике анализа?

59. Навеска анализируемого вещества до высушивания составляла 0,524 г. После высушивания масса образца составила 0,4861г. С какой точностью можно определить содержание влаги в образце? Ответ объясните.

60. Масса навески анализируемого вещества составляла 0,4500 г. В лабораторном журнале лаборант сделал запись, что масса образца равна 0,45 г. Какую ошибку допустил лаборант? Объясните.

61. Почему в качестве гравиметрической формы не используют гидроксид железа (III)?

62. Почему операции высушивания и прокаливания веществ проводят при определенной температуре и отклонения от заданных значений температуры не допускаются? Ответ мотивируйте.