§ 115. Визначення заліза у вигляді оксиду

Залізо дуже поширене в природі і широко застосовується в техніці. Тому при аналізі гірських порід, корисних копалин та різних матеріалів ду­же часто доводиться визначати залізо. Великі кількості заліза найчастіше визначають титриметричним методом, але в ряді випадків доводиться засто­совувати і гравіметричний метод. Значно частіше доводиться відокремлювати залізо у вигляді гідроксиду разом з важкорозчинними гідроксидами інших катіонів від іонів кальцію, магнію тощо.

Суть гравіметричного методу визначення заліза полягає в тому, що його осаджують у вигляді гідроксиду за допомогою гідроксиду амонію, а потім Fe (ОН)₃ висушують і прожарюють до оксиду. При цьому відбуваються такі реакції:

Fe³+ + 3NH₄OH ?» Fe (OHy + 3NH^; 2Fe (ОН)₃ = Fe₂O_a + 3H₂0. Концентрацію гідроксильних іонів, яка потрібна для повного осадження гідроксиду заліза, можна обчислити, виходячи з величини добутку розчин­ності:

flP_Fe (он), = lFe³+] [ОН-¹]" = і • ю-^зе,

ГПН-І 1 f ^ДРРе(ОН)₃ //" 1 ■ 10~³⁸ ,_п

^[0И] = У _[Рез_+] = У -15=5- = ' • ¹⁰-'° (—/л). Виходячи з іонного добутку води,

^{[Н 1 =} lolFr ⁼ ~TT7F^ ^{= 1}-^{10 (моль/л}>-

361

Отже, у слабкокислому розчині (при рН — 4) залізо практично повністю осаджується у вигляді гідроксиду, а в нейтральному і лужному середовищах осадження відбувається ще повніше. Тому гідроксид амонію доливають до появи слабкого запаху.

Визначення заліза в залізоамонійному галуні. Величину наважки галуну NHgFe (S0₄)₂ • 12Н₂0 обчислюють, виходячи із загальних положень осад­ження аморфних осадів:

^NH₄Fe(S0₄)_a.12H₈Q , . ^й 3-200 ^К ''

Обчислену кількість галуну зважують на годинниковому склі на ана­літичних терезах і розчиняють у стакані в 10 мл води, до якої добавлено 1 мл азотної кислоти. Кислота виключає можливість гідролізу солей заліза при розчиненні і особливо при нагріванні розчину з утворенням основних солей за рівнянням

Fe₂ (S0₄)₃ + 2НОН ?± 2FeOHS0₄ + H₂S0₄.

Розчин нагрівають до кипіння і добавляють до нього концентрований розчин гідроксиду амонію до появи запаху. Перед тим як перевіряти надлишок гід­роксиду амонію за запахом, треба змити внутрішні стінки стакана і паличку гарячою водою, тому що на них може залишитись аміак навіть тоді, коли в розчині ще немає надлишку гідроксильних іонів. Коли впевнились, що в розчині є надлишок осаджувача, у стакан з осадом доливають 80—100 мг гарячої води і добре перемішують. Через кілька хвилин, коли осад збереться на дні стакана, декантують прозорий розчин крізь фільтр з червоною смуж­кою. До осаду доливають 10—15 мл гарячої води, перемішують і знову де­кантують розчин крізь той самий фільтр. Таке промивання осаду в стакані, з декантацією розчину повторюють 3—4 рази. Потім потужним струменем гарячої води з промивалки змивають осад на фільтр і промивають осад на фільтрі ще 5—6 раз. Часточки осаду, які щільно пристали до стінок стакана, переносять на фільтр за допомогою кусочків беззольного фільтра. По­тім перевіряють повноту промивання, добавляючи до 1—2 мл фільтрату у пробірці 0,5 мл розчину хлориду барію. Промивання вважають закінченим, коли фільтрат після добавляння розчину хлориду барію залишається прозорим, тобто коли в ньому не утворюється осаду або каламуті сульфату барію.

Лійку з промитим осадом закривають фільтрувальним папером і вису­шують у сушильній шафі протягом 1 год. Сухий осад з фільтром переносять у зважений фарфоровий тигель і загинають верхню частину фільтра.

Тигель з осадом прожарюють у муфелі або на пальнику до сталої маси. Муфель час від часу відкривають, щоб дати доступ повітрю для згоряння фільтра. При користуванні пальником тигель вставляють у трикутник в похилому положенні, щоб забезпечити достатній доступ кисню повітря, і злегка нагрівають краєм полум'я, поки фільтр повністю згорить. Потім тигель встановлюють у вертикальному положенні, накривають кришкою і

362

прожарюють на повному полум'ї пальника протягом 30—40 хв. Тигель з осадом охолоджують в ексикаторі і зважують. Прожарювання осаду повто­рюють протягом 10—15 хв і після охолодження знову зважують. Прожарю­вання можна вважати закінченим, якщо маса двох послідовних зважувань після прожарювання осаду відрізняється не більше ніж на 0,1—0,2 мг. При прожарюванні оксид заліза може частково відновитись за рахунок газів, що утворюються при згорянні фільтра, а також за рахунок продуктів неповного згоряння газу чи бензину, якщо прожарювання ведуть на паль­нику:

3Fe₂0₃ + CO = 2Fe₃0₄ -f C0₂.

Крім того, при температурі понад 1200° С може відбуватись термічна дисо­ціація оксиду заліза:

3Fe₂0₃ *» 2Fe₃0₄ -f VA-

Щоб запобігти помилці, пов'язаній з відновленням оксиду заліза, роб­лять так. Після першого зважування холодний осад оксиду заліза змо­чують двома-трьома краплинами концентрованої азотної кислоти. При цьому металічне залізо і залізо (II) окислюються до заліза (III):

Fe + 6HN0₃ = Fe (N0₃)₃ + 3N0₂ + 3H₂0; FeO + 4HN0₃ = Fe (N0₃)₃ + N0₂ + 2H₂0.

Потім тигель з осадом дуже обережно нагрівають, доторкуючись до його дна кінцем полум'я пальника, поки азотна кислота повністю звітриться і нітрат заліза розкладеться за рівнянням

4Fe (N0₃)₃ = 2Fe₂0₃ + 12N0₂ + 30₂.

Після повного виділення оксидів азоту нагрівання підсилюють і прожа­рюють тигель протягом 15—20 хв. Маса тигля з осадом після обробки азот­ною кислотою повинна залишитись сталою або стати трохи більшою.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ 1 ЗАВДАННЯ

1. Чи можна кількісно осадити іони заліза у вигляді гідроксиду заліза при рН = З? Висновок обгрунтуйте відповідним обчисленням.

2. Яку наважку треба взяти для гравіметричного визначення заліза в пробі оксиду заліза (III) Fe₂0₃?

3. При послідовному прожарюванні та зважуванні оксиду заліза добуто такі резуль­тати: а) 0,1825; б) 0,1900; в) 0,1897; г) 0,1904. Які з цих результатів треба взяти для виве­дення середнього значення? Чим пояснити збільшення маси осаду після другого прожарю­вання? Напишіть рівняння відповідної реакції.