БТПп2 / химия 3 семестр . Аналитика / Краткий курс лекций

121

С.Б. Денисова, О.И. Михайленко, Л.Е. Салова

Лекция 41. Получение весовой (гравиметрической) формы

Ключевые слова: весовая (гравиметрическая) форма, высушивание, прокаливание, озоление.

Весовая (гравиметрическая) форма - это соединение, в виде которого взвешивается определяемый компонент. К весовой форме предъявляются следующие требования:

-состав весовой формы должен точно соответствовать еѐ химической формуле;

-весовая форма должна обладать химической устойчивостью к

компонентам воздуха (пары воды, кислород, СО2 и т.д.) и продуктам сгорания фильтра;

-весовая форма должна быть термически устойчивой в широком интервале температур;

-желательно малое содержание определяемого компонента в весовой форме (по возможности минимальное значение гравиметрического фактора

пересчета), чтобы погрешности в определении еѐ массы в меньшей мере сказывались на результатах анализа.

Весовую форму получают из осаждаемой формы либо высушиванием, либо прокаливанием осадка до постоянной массы. Условия перевода в гравиметрическую форму зависят от свойств осадка и его стабильности.

Высушивание в сушильном шкафу при 100-115°С используют для осадков, разлагающихся нестехиометрично при более высоких температурах. Обычно таким способом получают весовую форму при определении металлов с помощью органических реагентов-осадителей, например при определении никеля с диметилглиоксимом (реактив Чугаева) или кобальта с α-нитрозо-β- нафтолом. Иногда применяют высушивание без нагревания путем последовательной промывки осадка водой, спиртом и эфиром и удаления следов эфира продувкой сухим воздухом. Таким способом, например, высушивают легко разлагающийся осадок цинкуранилацетата натрия NaZn(UO2)3(CH3COO)9 при гравиметрическом определении натрия. При высушивании состав осадка не меняется, а удаляется только внешняя (гигроскопическая) влага и легколетучие примеси, например остаток органического растворителя реагента-осадителя.

Если осаждаемую форму переводят в весовую прокаливанием, то осадок, полученный при фильтровании через бумажный обеззоленный фильтр, предварительно высушивают вместе с фильтром в сушильном шкафу при температуре 70-100°С, а затем прокаливают. Для этого сухой фильтр с осадком помещают в предварительно прокаленный до постоянной массы и взвешенный тигель (фарфоровый, кварцевый, платиновый) и осторожно озоляют (обугливают) в пламени газовой горелки или на электрической плитке, следя за тем, чтобы фильтр не воспламенялся (во избежание потерь при сгорании

123

С.Б. Денисова, О.И. Михайленко

Лекция 42. Расчет результатов гравиметрического анализа. Фактор пересчета

Ключевые слова: расчет результатов гравиметрического анализа, фактор пересчета.

В гравиметрическом анализе обычно находят не абсолютное количество определяемого компонента, а его содержание (масс. доля, %) в анализируемом веществе. Гравиметрический анализ включает два экспериментальных измерения: взвешивание навески и взвешивание продукта известного состава, полученного из этой навески. На основании этих данных обычно рассчитывают содержание определяемого компонента. Если А – определяемый компонент, можно записать

ωА = mА 100%,

mнав

где ωА - массовая доля (%) определяемого компонента; mнав – масса навески образца анализируемого вещества;

mА – масса определяемого компонента в анализируемом образце. Например, содержание влаги (влажность) определяют, взвешивая навеску

влажного образца до и после высушивания. Массу удаленной при высушивании воды рассчитывают по разности:

m(H2O) = m(влаж нав) - m(сух нав);

m(влаж нав) – масса влажной навески анализируемого вещества; m(сух нав)– масса этой же навески после высушивания.

Содержание воды (влаги, влажность) рассчитывают по соотношению

Чаще всего масса определяемого компонента непосредственно не измеряется. В методах осаждения выделяют и взвешивают вещество, либо содержащее, либо химически связанное с определяемым компонентом.

Расчеты результатов гравиметрического анализа базируются на основных стехиометрических законах химии и могут быть проведены по уравнениям реакций. Рассмотрим некоторые расчеты на примерах.

Пример 1. Определение процентного содержания бария в образце, содержащем дигидрат хлорида бария BaCl2·2H2O.

Осаждение иона бария проводят по реакции

BaCl2·H2O + H2SO4 → BaSO4 + 2HCl + 2H2O.

В соответствии с законами стехиометрии, поскольку из одного моля BaCl2·2H2O образуется один моль BaSO4, справедливо следующее соотношение:

124

m(BaSO4 ) 137,7

х m(Ba), г. 233,4

Процентное содержание бария в навеске дигидрата хлорида бария рассчитывают по формуле

m(B a) 100

(Ba)% m(BaCl2 2H2O) .

При проведении большого числа однотипных, серийных анализов для вычислений в гравиметрии используют фактор пересчета F, называемый также гравиметрическим (аналитическим) фактором (аналитическим множителем):

где а и b - числа, необходимые для уравнивания числа молей определяемого компонента в числителе и знаменателе.

Зная фактор пересчета, легко рассчитать массу определяемого компонента (mA) в весовой форме (mос):

mA = F·mос

Процентное содержание определяемого компонента в анализируемом веществе можно рассчитать по формуле

Например, расчет процентного содержания бария в дигидрате хлорида бария BaCl2·2H2O также можно провести через фактор пересчета:

(Ba)% m(B aSO4 ) F 100 , m(B aCl2 2H2O)

где F – фактор пересчета, равный отношению молярных масс определяемого вещества (Ва) к молярной массе весовой формы BaSO4. В

данном случае F=137,3/233,4=0,5883.

Пример 2. Определение массы Fe2O3, которую можно получить из m г

Fe3O4.

Превращение Fe3O4 в Fe2O3 осуществляется по схеме

2 Fe3O4 + [O] → 3 Fe2O3.

Отсюда следует, что из каждого моля Fe3O4 получается 3/2 моля Fe2O3. Число молей Fe2O3 = 3/2 моля Fe3O4

125

Пример 3. Расчет фактора пересчета при определении магния по весовой форме Mg2P2O7.

Поскольку из 1 моля Mg получается ½ моля Mg2P2O7, фактор пересчета рассчитывается следующим образом:

Для всех рассмотренных примеров химическая эквивалентность соединений в числителе и знаменателе при расчете фактора пересчета F устанавливалась простым уравниванием числа атомов элемента, общего для обоих соединений. Иногда такой прием не приводит к удовлетворительным результатам. Рассмотрим подобный пример.

Пример 4. Определение железа в сульфате железа (III) методом осаждения и взвешивания сульфата бария.

В данном случае в числителе и знаменателе формулы для фактора пересчета нет общего элемента и необходимо найти другой способ выражения химической эквивалентности между этими величинами. Заметим, что

2 моля Fe эквивалентны 1 молю Fe2(SO4)3;

1 моль Fe2(SO4)3 эквивалентен 3 молям SO42-; 3 моля SO42- эквивалентны 3 молям ВаSO4.

Следовательно, 2 моля Fe эквивалентны 3 молям ВаSO4 и фактор пересчета определяется следующим образом:

Таким образом, хотя соединения, стоящие в формуле для расчета фактора пересчета, не связаны непосредственно через общий элемент, можно установить их эквивалентность, зная стехиометрические соотношения между ними.

Численные значения факторов пересчета для большинства практически важных определений рассчитаны с высокой точностью и приведены в справочниках по аналитической химии.

Контрольные вопросы

1.Что такое фактор пересчета?

2.Как рассчитывают фактор пересчета, если весовая форма содержит определяемый элемент?

3.Как рассчитывают фактор пересчета, если весовая форма не содержит

определяемый элемент?

4. Как проводят расчет результата гравиметрического определения?

Список рекомендуемой литературы

1.Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - С. 281 - 295.

2.Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов.

В2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. – С. 49, 59, 64.

126

Контрольные вопросы

для подготовки к зачету по дисциплине «Аналитическая химия и ФХМА»

для студентов БТБ, БТК, БТП, БТС

Вопросы к модулю 1 «Введение. Основные понятия»

1.Классификация методов количественного анализа. Требования, предъявляемые к реакциям в количественном анализе.

2.Классификация ошибок в количественном анализе (грубые, систематические, случайные). Источники ошибок. Оценка правильности результатов количественного анализа.

3.Титриметрический анализ. Основные понятия (аликвота, титрант, точка эквивалентности, индикатор, кривая титрования, степень оттитрованности). Требования, предъявляемые к реакциям и реактивам в титриметрии.

4.Способы выражения концентраций в титриметрическом анализе (молярная, молярная концентрация эквивалента, титр, титр по определяемому веществу, поправочный коэффициент, массовая доля).

5.Закон эквивалентов. Расчет массы и массовой доли определяемого вещества по результатам титрования.

6.Виды титрования: прямое, обратное, заместительное. Расчет результатов анализа.

Вопросы к модулю 2 «Кислотно-основное титрование (метод нейтрализации)»

7.Область применения кислотно-основного титрования. Типы кислотноосновного титрования: алкалиметрия, ацидиметрия. Рабочие растворы в методе нейтрализации. Приготовление рабочих растворов. Стандартизация рабочих растворов методом отдельных навесок, методом пипетирования.

8.рН индикаторы в методе кислотно-основного титрования. Ионная, хромофорная, ионно-хромофорная теория индикаторов. Интервал перехода окраски индикатора. Классификация и примеры типичных индикаторов.

9.Протолитические равновесия, расчеты рН.

10.Построение кривых титрования в методе нейтрализации. Титрование сильной кислоты сильным основанием, выбор индикатора.

11.Титрование слабой кислоты сильным основанием, выбор индикатора и способа титрования.

12.Титрование слабого основания сильной кислотой, выбор индикатора и способа титрования.

13.Титрование слабого основания слабой кислотой. Титрование растворов солей. Выбор индикатора и способа титрования.

14.Ошибки кислотно-основного титрования: водородная, гидроксильная, кислотная, щелочная.

15.Титрование смеси кислот; смеси оснований. Буферные растворы.

16.Титрование двух- и многоосновных кислот и оснований.

127

17.Определение содержания раствора щелочи (NaOH) в контрольном объеме раствора.

18.Определение содержания аммиака (NH3) в солях аммония методом обратного титрования.

19.Определение растворов NaOH и Na2CO3 при совместном присутствии.

20.Определение содержания HCl и H3PO4 при совместном присутствии.

Вопросы к модулю 3 «Окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия)»

21.Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Требования, предъявляемые к реакциям.

22.Окислительно-восстановительные индикаторы, интервал изменения окраски индикатора.

23.Кривые окислительно-восстановительного титрования. Построение, анализ, выбор индикатора.

24.Перманганатометрическое титрование. Сущность метода. Условия проведения. Применение перманганатометрии; прямое, обратное и заместительное титрование.

25.Рабочий раствор в методе перманганатометрии: свойства, приготовление и стандартизация. Фиксирование точки эквивалентности.

26.Иодометрическое титрование: определение окислителей заместительным титрованием, определение восстановителей. Сущность метода.

27.Рабочие растворы метода иодометрии, свойства, приготовление и стандартизация. Хранение. Фиксирование точки эквивалентности.

28.Определение нормальности раствора KMnO4 по раствору оксалата натрия.

29.Определение содержания железа (II) в контрольном объеме раствора FeSO4.

30.Определение содержания Cr(VI) в бихромате калия методом перманганатометрии.

31.Определение нормальности раствора Na2S2O3 по раствору бихромата калия.

32.Определение содержания Cu(II) методом иодометрии.

Вопросы к модулю 4 «Комплексонометрическое титрование»

33.Комплексонометрическое титрование. Понятие о комплексонах. Рабочие растворы: приготовление и стандартизация. Факторы, влияющие на устойчивость комплексонатов металлов.

34.Кривые титрования в методе комплексонометрии. Влияние различных факторов на скачок на кривой титрования (устойчивость комплексонатов, концентрация ионов металла и комплексона, рН раствора).

35.Индикаторы в комплексонометрии (металлохромные индикаторы), принцип их действия, интервал изменения окраски индикаторов, примеры металлохромных индикаторов.

36.Область применения комплексонометрии. Прямое, обратное, заместительное титрование в комплексонометрии.

37.Определение жесткости воды.

128

38.Определение содержания ионов кальция и магния при совместном присутствии.

39.Определение содержания ионов никеля.

Вопросы к модулю 5 «Весовой анализ (гравиметрия)»

40.Основные понятия гравиметрического анализа. Классификация методов (осаждения, отгонки, выделения).

41.Метод осаждения. Основные этапы гравиметрического определения.

42.Осаждаемая и гравиметрическая (весовая) формы; требования, предъявляемые к этим формам. Факторы, влияющие на растворимость осадков.

43.Условия образования кристаллических и аморфных осадков. Полнота осаждения. Промывание осадков. Требования, предъявляемые к осадителю, промывной жидкости.

44.Расчеты в гравиметрическом анализе.

45.Определение содержания бария методом гравиметрии.

Контрольные вопросы

для подготовки к зачету по дисциплине «Физико-химические методы анализа (часть 1)» для студентов специальности БМА, БОС

Вопросы к модулю 1 «Введение. Основные понятия»

1.Классификация методов количественного анализа. Требования, предъявляемые к реакциям в количественном анализе.

2.Классификация ошибок в количественном анализе (грубые, систематические, случайные). Источники ошибок. Оценка правильности результатов количественного анализа.

3.Титриметрический анализ. Основные понятия (аликвота, титрант, точка эквивалентности, индикатор, кривая титрования, степень оттитрованности). Требования, предъявляемые к реакциям и реактивам в титриметрии.

4.Способы выражения концентраций в титриметрическом анализе (молярная, молярная концентрация эквивалента, титр, титр по определяемому веществу, поправочный коэффициент, массовая доля).

5.Закон эквивалентов. Расчет массы и массовой доли определяемого вещества по результатам титрования.

6.Виды титрования: прямое, обратное, заместительное. Расчет результатов анализа.

Вопросы к модулю 2 «Кислотно-основное титрование (метод нейтрализации)»

7.Область применения кислотно-основного титрования. Типы кислотноосновного титрования: алкалиметрия, ацидиметрия. Рабочие растворы в

129

методе нейтрализации. Приготовление рабочих растворов. Стандартизация рабочих растворов методом отдельных навесок, методом пипетирования.

8.рН индикаторы в методе кислотно-основного титрования. Ионная, хромофорная, ионно-хромофорная теория индикаторов. Интервал перехода окраски индикатора. Классификация и примеры типичных индикаторов.

9.Протолитические равновесия, расчеты рН.

10.Построение кривых титрования в методе нейтрализации. Титрование сильной кислоты сильным основанием, выбор индикатора.

11.Титрование слабой кислоты сильным основанием, выбор индикатора и способа титрования.

12.Титрование слабого основания сильной кислотой, выбор индикатора и способа титрования.

13.Определение содержания раствора щелочи (NaOH) в контрольном объеме раствора.

Вопросы к модулю 3 «Окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия)»

14.Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Требования, предъявляемые к реакциям.

15.Перманганатометрическое титрование. Сущность метода. Условия проведения. Применение перманганатометрии; прямое, обратное и заместительное титрование.

16.Рабочий раствор в методе перманганатометрии: свойства, приготовление и стандартизация. Фиксирование точки эквивалентности.

17.Определение нормальности раствора KMnO4 по раствору оксалата натрия.

18.Определение содержания железа (II) в контрольном объеме раствора FeSO4.

Вопросы к модулю 4 «Комплексонометрическое титрование»

19.Комплексонометрическое титрование. Понятие о комплексонах. Рабочие растворы: приготовление и стандартизация. Факторы, влияющие на устойчивость комплексонатов металлов.

20.Область применения комплексонометрии. Прямое, обратное, заместительное титрование в комплексонометрии.

21.Определение жесткости воды.

130

Список рекомендуемой литературы

Основная

1.Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1: Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - 366 с.

2.Васильев В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум.- М.: Дрофа,

2004.- 416 с.

3.Васильев В.П. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач.- М.: Дрофа, 2004. - 318 с.

4.Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов. В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. - 559 с.

Дополнительная

5.Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и др. Основы аналитической химии: учебник для вузов. В 2 кн./под ред. Ю.А. Золотова. - М.: Высшая школа, 2004.- 361 с.

6.Основы аналитической химии. Задачи и вопросы /под ред. акад. Ю.А. Золотова Ю.А. - М.: Высшая школа, 2002.- 412 с.

7.Основы аналитической химии. Практическое руководство /под ред. акад. Ю.А. Золотова - М.: Высшая школа, 2001.- 463 с.

8.Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2 т. /под ред. Р.Кельнера, Ж.- М. Мерме, М.Отто, Г.М.Видмер; пер. с англ. – М.: Мир: Изд-во «АСТ», 2004. - Т. 1 – 608 с.

9.Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. В 2 кн. /под ред. Ю.А. Золотова. - М.: Мир, 1979. - 480 с.

10.Отто М. Современные методы аналитической химии. В 2 т. /пер. с нем. - М.: Изд-во «Техносфера», 2003. - Т.1 – 412 с.

11.Фритц Дж., Шенк Г. Количественный анализ /пер. с англ. - М.: Мир, 1978. -

557 с.

12.Алексеев В.Н. Количественный анализ. - М.: Химия, 1972. - 507 с.

13.Крешков А.П. Основы аналитической химии. - М.: Химия, 1965. Т. 2 - 376 с.

14.Васильев В.П. Аналитическая химия: учебник для хим. - технол. спец. вузов. В 2 ч. Ч. 1. Гравиметрический и титриметрический методы анализа. - М.:

Высшая школа, 1989. - 320 с.

15.Аналитическая химия. Химические методы анализа /под ред. О.М. Петрухина. - М.: Химия, 1992. – 400 с.

16.Хаханина Т.И. Аналитическая химия: учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. /Т.И.Хаханина, Н.Г.Никитина. - М.: Изд-во «Юрайт»; Высшее образование, 2010. – 278 с.

17.Мусакин А.П., Храпковский А.И., Шайкинд С.П., Эфрос С.М. Задачник по количественному анализу – 3-е изд., доп./под общ. ред. А.П. Мусакина. - Л.:

Химия, 1972. – 376 с.

18.Сборник вопросов и задач по аналитической химии /под ред. В.П. Васильева. - М.: Высшая школа, 1976. – 215 с.