Работа 26 Определение хрома и марганца в сталях

Титриметрический метод определения хрома и марганца при совместном присутствии, например, в сталях, основан на окислении их персульфатом в присутствии катализатора (ионов серебра) до высших степеней окисления согласно уравнениям:

и титровании образовавшихся перманганат- и дихромат-ионов раствором соли Мора. Избыток персульфата разрушают кипячением раствора, но при этом возможно разложение марганцовой кислоты с образованием . Разложение марганцовой кислоты можно предотвратить добавлением фосфорной кислоты. Реакции окисления персульфатом мешают хлорид-ионы: значительно уменьшается концентрация ионов серебра вследствие образования осадка хлорида серебра; хлорид-ионы способны также восстанавливать пермаиганат-ионы. Поэтому сталь желательно растворять в смеси кислот , и . Если в смеси этих кислот сталь растворяется очень медленно, то ее растворя­ют в царской водке. В последнем случае необходимо полностью удалить хлорид-ионы упариванием раствора с конц. . Для окисления хрома(III) в присутствии марганца(II) можно использовать в кислой среде

В процессе кипячения избыток разлагается с выделе­нием осадка , который можно отфильтровать или восстановить ионы при нагревании в кислой среде хлорид-ионами:

Используя способность хлорид-ионов восстанавливать не только , но и , можно определить хром в присутствии марганца. После окисления хрома и марганца персульфатом до высших степеней окисления перманганат-ионы необходимо вос­становить хлорид-ионами (дихромат-ионы при этом не восстана­вливаются), затем дихромат-ионы оттитровать солью Мора. Ванадий мешает определению хрома и марганца, если содержание его в стали достаточно велико. Указанными окислителями

( ) ванадий окисляется до V(V) и, следовательно, раствором соли Мора может быть оттитрована лишь сумма элементов. Однако V(V) солью Мора восстанавливается до V(IV), тогда как до и до . Если затем к оттитрованному прямым способом раствору, содержащему все три компонента, прибавить раствор перманганата калия в избытке, то окислится только ванадий (IV). Избыток перманганат-ионов можно восстановить подходящим восстановителем, не реагирующим с V(V), например, щавелевой кислотой, и оттитровать V(V) солью Мора.

Реагенты

Азотная кислота, , концентрированная с пл. 1,4.

Соляная кислота, , концентрированная с пл. 1,17.

Серная кислота, , растворы 1%-ный, 2 М, 1:1 и кон­центрированная с пл. 1,84. Фосфорная кислота, , концентрированная с пл. 1,7.

Персульфат аммония, , кристаллический.

Нитрат серебра, , 1%-ный раствор.

Хлорид натрия, NaCl, 5%-ный раствор.

Соль Мора, , 0,0500 М стандартный раствор.

Дихромат калия, , 0,0500 М (1/6 ) стандартный раствор.

Индикатор дифениламин, 1%-ный раствор в конц. .

Выполнение определения.

1. Растворение стали,

а) Навеску стали (0,5 — 1 г, величина навески определяется содержанием компонентов) переносят в жаростойкий стакан вместимостью 250 — 300 мл, прибавляют 20 мл воды, 2 мл (1:1), 8 мл и 5 мл , накрывают стакан часовым стеклом и нагре­вают на песочной бане до полного растворения стали. После растворения раствор упаривают до небольшого объема, стакан охлаждают струей воды, по стенкам стакана прибавляют воду до объема раствора 40 — 50 мл. Раствор фильтруют через фильтр «синяя лента» в мерную колбу вместимостью 200 мл, тщательно промывают осадок углерода и кремниевой кислоты на фильтре горячим 1%-ным раствором и разбавляют до метки водой.

б) Навеску стали в жаростойком стакане вместимостью 250 — 300 мл растворяют в 20 — 25 мл смеси (3:1) и , стакан накрывают часовым стеклом и нагревают на песочной бане до полного растворения стали. Стакан охлаждают под струей холодной воды и по стенкам осторожно прибавляют 10 мл (1:1), раствор упаривают до начала выделения густых белых паров. Стакан охлаждают, ополаскивают 3 — 5 мл воды и снова упаривают до белых паров серной кислоты. После охлаждения стакана добавляют 50 — 70 мл воды и при продолжи­тельном нагревании растворяют образовавшиеся сульфаты. Раствор фильтруют в мерную колбу вместимостью 200 мл, промывают остаток и фильтр горячим 1%-ным раствором и разбавляют до метки водой.

2. Окисление марганца (II) и хрома(III). Аликвотную часть раствора стали пипеткой переносят в коническую колбу вместимостью 150 — 200 мл, прибавляют 20 мл 2 М , 1,5 мл , 20 мл воды, 1 — 2 мл раствора и I — 2 г персульфата аммония. Колбу закрывают часовым стеклом и нагревают на песочной бане до полного окисления хрома и марганца (следует избегать длительного нагревания, так как возможно разложение марганцовой кислоты и образование осадка ; поскольку хром окисляется быстрее марганца, то образовавшаяся устойчивая окраска перманганат-ионов свидетельствует о полноте окисления). Раствор нагревают еще 5 — 7 мин для разрушения избытка персульфата (прекращение выделения мелких пузырьков кислорода).

3. Определение суммы хрома и марганца. Раствор после окис­ления хрома и марганца охлаждают до комнатной температуры струей воды под краном, добавляют 4 мл конц. , 5 мл , из бюретки 20,00 мл раствора соли Мора. При этом розовый цвет раствора должен исчезнуть и приобрести желтовато-зеленую окраску. Если цвет раствора не изменился, то следует добавить еще 5 мл раствора соли Мора. Затем вводят 2 капли раствора дифениламина и медленно титруют раствором дихромата калия до устойчивой темно-синей окраски.

4. Определение хрома. К горячему раствору после окисления хрома и марганца по каплям, при тщательном перемешивании добавляют раствор NaCl до полного восстановления и изменения окраски раствора из розовой в чисто-желтую, а) Методы прямого титрования. К охлажденному раствору добавляют 4 мл конц. , 5 мл , 2 капли раствора дифениламина и титруют раствором соли Мора до изменения окраски раствора из темно-синей в зеленую. Вблизи конечной точки раствор титранта прибавляют медленно.

б) Метод обратного титрования. К охлажденному раствору прибавляют 4 мл конц. , 5 мл , пипеткой или из бюретки 20,00 мл раствора соли Мора, 2 капли раствора дифениламина. Затем медленно титруют раствором дихромата калия до появления темно-синей окраски.