Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитический контроль металлургического производства. Методические указания к лабораторному практикуму и самостоятельной работе студентов по дисципли
.pdf
31
присутствие в анализируемом образце. Результаты качественного анализа
оформить в виде таблицы с необходимыми пояснениями (методика подготовки
пробы, обоснование выбора аналитических линий для идентификации
компонентов пробы, выводы).
32
ЧАСТЬ II. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА.
МОЛЕКУЛЯРНО-АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
Задача 1. Фотоэлектроколориметрия. Использование метода
градуировочного графика при элементном количественном анализе в
фотометрии
На основании данных, приведенных в табл. 1, определите содержание
заданных элементов в исследуемых объектах, используя метод калибровочного
графика.
Указания к решению задачи 1. Фотометрические определения основаны
на использовании закона Бугера-Ламберта-Бера, который выражается
уравнением
А = ε l с ,
где А – оптическая плотность; с – молярная концентрация; l – толщина
поглощающего слоя, см; ε - молярный коэффициент поглощения.
Градуировочный график обычно строят в координатах оптическая
плотность - объем стандартного раствора, поскольку пересчет объема на
концентрацию неизбежно вызывает необходимость округления данных при
построении графика, а следовательно уменьшает точность определения.
Определив по калибровочному графику значение объема стандартного
раствора, его пересчитывают на концентрацию (1 мкг = 10
-6
г).
При построении калибровочного графика (на миллиметровой бумаге)
необходимо правильно выбрать масштаб, чтобы точность вычислений
соответствовала точности исходных данных и требуемой точности результата
измерений.
Данные для выполнения задачи 1
№
Определяемый
элемент
Метод определения
Оптическая плотность А
Концентрации
Объем растворов, мл
Стандартны
й раствор
Исследуемый раствор, аликвотная
часть
1 мл
2 мл
3 мл
5 мл
7 мл
8 мл
9 мл
10мл
Ах
мкг/мл
10 мл
1
Fe
с
сульфосалициловой
кислотой
0,09
0,178 0,26
8
0,445 0,244
79,3
Fe (%, масс.) в карбиде хрома при
навеске 0,0400 г в 250 мл раствора
2
Cr
с
дифенилкарбазидом
0,10
6
0,19
6
0,28
5
0,464 0,354
10,25
Cr2O3 (%, масс.) в боксите при
навеске 0,1556 г в 100 см3 раствора
3
Mn
по собственной
окраске
0,05
5
0,09
0
0,15
0
0,21
0
0,24
0
0,27
0
0,30
0
0,250
25,62
Mn (%, масс.) в руде при навеске
0,1400 г в 250 мл раствора
4
Mo
роданидный
0,07
0,10
2
0,17
0
0,23
7
0,27
1
0,30
5
0,34
0
0,310
7,2 Mo (%, масс.) в стали при навеске
0,1120 г в 250 мл раствора
5
W
роданидный
0,12
0,180 0,232 0,345 0,459 0,516 0,390
68,0
W (%, масс. ) в руде при навеске
1,5776 г в 100 мл раствора
6
Ni
с
диметилглиоксимом
0,07
0,132 0,190 0,320 0,447
0,365
10,0
Ni в стали при навеске 1,4250 г в 250
мл раствора
7
Cu
в виде синего
аммиачного
комплекса
0,06
0,105 0,150 0,242 0,335 0,380 0,427 0,470 0,175
36 Си (%, масс.) в ферромолибдене при
навеске 3.1580 г в 250 мл раствора
8
Р
в виде фосфорномолибденовой
гетерополикислоты
0,08
0,18
0,26
0,42
0,61
0,23
10,0
Р в ферромолибдене при навеске
0.5087 г в 100 мл раствора
9
Fe
с орто-
фенантролином
0,065 0,135 0,205 0,322 0,460 0,520 0,592 0,640 0,550
10,0
Fe (%, масс.) в титановой руде при
навеске 0,3450 г в 500 мл раствора
10
Sb
экстракционнофотометрический с
бриллиантовым
зеленым
0,084 0,170 0,250 0,422 0,275
5,0
Sb (%, масс.) в феррохроме при
навеске 5.5090 г (для
фотометрирования используется
экстрагирование сурьмы из
раствора)
Таблица 1
33
АТОМНО-ЭМИССИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Вариант
1 2 3 4 5
Элемент
К
Li
Cu
Sb
Ne
Энергия возбуждения, эВ
1,6
1,9
3,8
6,0
16,79
Вариант
6 7 8 9 0
Элемент
H H Li
Li
Ne
Энергия верхнего уровня, эВ
12,1
12,7
3,9
4,5
18,9
Энергия нижнего уровня, эВ
10,2
10,2
1,84
1,84
16,79
Задача 2. Эмиссионные спектры элементов
Задача 2 дана в двух вариантах условия:
2-1 - для студентов, последняя цифра студенческого билета которых
находится в пределах от 1 до 5;
2-2 - для студентов, последняя цифра студенческого билета которых
находится в пределах от 6 до 0.
Задача 2-1. Определить длину волны резонансной линии в атомных
спектрах перечисленных элементов по энергии возбуждения резонансного
уровня:
Задача 2-2. Определить длины волн аналитических линий в атомных
спектрах элементов по энергиям верхнего и нижнего уровней:
Указания к решению задачи 2-1 и 2-2
Скорость света в вакууме 3,00х10
Постоянная Планка 6,62х10
-34
8
м/с .
Дж·с = 4,17х10
-15
эВ·с.
Задача 3. Атомно-эмиссионный спектральный анализ с
фотографической регистрацией спектра. Метод трех эталонов.
Определить массовую долю меди в алюминии, серебра в медных
отливках, сурьмы в свинце, марганца в стальных деталях по значениям
почернений аналитической пары элементов (табл. 2). Данные для эталонных
образцов приведены в табл. 3.
34
35
Результаты фотометрирования
Параметры
Варианты и исходные данные
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
S (Cu)
S (Al)
0,41
0,35
0,44
0.41
0,56
0,42
S (Ag)
S (Cu)
0,51
0,65
0,47
0,65
0,64
0,67
S (Sb)
S (Pb)
1,02
1,64
0,95
1,69
S (Mn)
S (Fe)
0,91
0,73
0,63
0,76
Параметры
Эталоны
Параметры
Эталоны
1 2 3 1 2
3
(Сu)*
0,25
0,80
1,20
(Sb)*
0,12
0,38
0,80
S(Cu)
0,25
0,54
0,61
S(Sb)
0,79
1,20
1,65
S(Al)
0,42
0,44
0,41
S(Pb)
1,58
1,55
1,59
(Ag)*
0,23
0,34
0,55
(Mn)*
0,05
0,21
0,30
S(Ag)
0,45
0,54
0,68
S(Mn)
0,53
0,90
1,03
S(Cu)
0,65
0,64
0,67
S(Fe)
0,72
0,74
0,78
Таблица 2
Таблица 3
Характеристики эталонных образцов
спектральный анализ проводится на основе предварительно найденной
Указания к решению задачи 3. Эмиссионный количественный
36
эмпирической зависимости между относительной интенсивностью линий в
плазме разряда и концентрацией определяемого элемента в образцах с хорошо
известным составом (эталонах). Зависимость эта строится графически и дает
градуировочную или аналитическую кривую, связывающую интенсивность I и
концентрацию с для каждого конкретного случая. Градуировочные графики
могут строиться двумя способами: в координатах I – c и в координатах lgI – lgc.
При использовании в качестве источников возбуждения спектра дуги или
искры наиболее распространенным является логарифмический вариант.
Получение прямолинейной зависимости между lgI и lgc позволяет пользоваться
минимальным числом эталонов (обычно тремя – метод трех эталонов). В
качестве экспрессного метода используется метод постоянного
аналитического графика с использованием контрольных эталонов.
В методе трех эталонов калибровочные графики строятся в координатах:
разность почернений линий гомологической пары ΔS – логарифм концентрации
определяемого элемента lgc. Величина Δ S вычисляется как разность
почернений линий определяемого элемента и элемента сравнения ΔS = S
опр
Sср. Эталоны и анализируемый образец фотографируются на одной пластинке,
поскольку разность почернений зависит от свойств фотопластинки.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Задача № 4. Электрохимические методы анализа
1. Навеску сплава массой 0,6578 г растворили и через полученный
раствор в течение 20 минут пропускали ток силой 0,20 А, в результате чего на
катоде выделилась медь. Определить массовую долю (%, масс.) меди в сплаве,
если выход по току составлял 80 % .
2. Из анализируемого раствора, содержащего ионы металла М+3, в
результате электролиза при силе тока 1 А за 50 мин было выделено на катоде
0,2800 г металла. Определить, какой металл выделился на катоде.
37
3. Навеску сплава массой 2,1574 г растворили и после соответствующей
V (NaCl), мл
16,0
18,0
19,0
19,5
19,9
20,0
20,1
20,5
21
Е, мВ
689
670
652
634
594
518
441
401
383
V(KBrO3), мл
2,0
10,0
18,0
19,8
20,0
20,2
22,0
Е, мВ
1251
1280
1309
1339
1407
1430
1451
обработки довели объем раствора до 100 мл. Определить массовую долю (%,
масс.) серебра в сплаве, если при потенциометрическом титровании 25 мл
приготовленного раствора раствором хлористого натрия с концентрацией
с(NaCl)=0,1250 моль/л получили следующие результаты:
Указания к решению задачи. Кривую потенциометрического титрования
построить в координатах E − V и ΔE/ΔV − V.
4. Из навески сплава массой 2,0400 г таллий перевели в Tl+1 и
оттитровали раствором KBrO
с концентрацией с(1/6 KBrO
3
) =0,1000 моль/л в
3
хлороводородной среде. В процессе титрования в растворе протекает реакция
BrO3- + 3 Tl+ + 6H+ = Br- + 3Tl3+ + 3H2O.
Вычислить массовую долю (%, масс.) таллия в сплаве по следующим
результатам потенциометрического титрования:
Указания к решению задачи. Кривую потенциометрического титрования
построить в координатах E − V и ΔE/ΔV − V.
5. Из навески сплава массой 0,6000 г титан перевели в TiO
2+
и
оттитровали раствором хлористого хрома с концентрацией с(CrCl
моль/л:
результатам потенциометрического титрования:
) = 0,1000
2
TiO2+ + Cr2+ + 2H+ = Ti3+ + Cr3+ +H2O.
Вычислить массовую долю (%, масс.) таллия в сплаве по следующим
38
V (CrCl2), мл
2,0
10,0
18,0
19,8
20,0
20,2
22,0
Е, мВ
159
100
41
- 18
- 155
- 292
- 351
с (Pb)х 10
6
, г/мл
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
h , мм
4,0
8,0
12,0
16,0
20,0
Указания к решению задачи. Кривую потенциометрического титрования
построить в координатах E − V и ΔE/ΔV − V.
6. Для определения содержания примеси свинца в металлическом
алюминии навеску последнего массой 5,1340 г растворили, перенесли в мерную
колбу на 50 мл и раствор довели до метки водой. При снятии полярограммы
высота волны h оказалась равной 9 мм. При полярографировании стандартных
растворов соли свинца получили следующие результаты:
Построить калибровочный график в координатах h − c и определить
массовую долю (%, масс.) свинца в металлическом алюминии.
7. Навеску стали, содержащей медь, массой 0,2000 г растворили в азотной
кислоте и объем полученного раствора довели водой до 50 мл. При
полярографировании 5 мл раствора в 20 мл фона высота волны h = 37 мм. При
полярографировании 25 мл эталонного раствора, содержащего 3х10
-5
г меди,
высота волны h оказалась равной 30 мм. Определить массовую долю меди (%,
масс.) в стали.
8. Для определения содержания свинца в цинковой руде методом добавок
навеску руды массой 1,0000 г растворили и после соответствующей обработки
объем раствора довели до 200 мл. Для снятия полярограммы взяли 20 мл этого
раствора. Высота волны h оказалась равной 25 мл. После прибавления в раствор
0,004 г свинца высота волны увеличилась до 35 мм. Определить массовую долю
свинца (%, масс.) в анализируемой руде.
39
9. Навеску минерала массой 0,5650 г, содержащего титан, растворили и
V (Na2SO4), мл
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Диффузионный ток, мкА
215
163
113
60
40
39
после соответствующей обработки разбавили водой до 200 мл. При
полярографировании 10 мл раствора, содержащего Ti(IV), высота волны h
оказалась равной 55 мм. После прибавления 0,25 мл раствора TiCl
с титром
4
Т(Ti) =0,0000350 г/мл высота волны h увеличилась до 63,5 мм. Определить
массовую долю (%, масс.) ТiО
в минерале.
2
10. Вычислить электродный потенциал медного электрода, опущенного в
раствор его соли с концентрацией меди с(Cu
11. Вычислить концентрацию ионов меди в растворе CuSO
что электродный потенциал меди в нем равен нулю.
2+
) = 0,1 моль/л.
, при условии,
4
12. Определить концентрацию свинца (г/мл), если при
амперометрическом титровании 10,0 мл анализируемого раствора рабочим
раствором сульфата натрия с титром по свинцу, равным T(Na2SO4/Pb) = 0,00640
г/мл, получили следующие данные:
Указания к решению задачи. Титр рабочего раствора по определяемому
веществу показывает количество граммов определяемого вещества (свинца),
эквивалентное в данной реакции 1 мл рабочего раствора (сульфата натрия).
13. На кулонометрическое титрование церия (IV) в 0,1 М растворе Fe (III)
электрогенерируемыми ионами Fe (II) при силе тока 30 мА потребовалось 100
с. Определите массу церия (IV) в анализируемом растворе.
14. Рассчитайте потенциал платинового электрода, опущенного в раствор
FeSO
, который на 99,9% оттитрован раствором KMnO4. Для определения
4
примеси железа в алюминии использовали метод кулонометрического
титрования ионов Fe
3+
электровосстанавливаемыми ионами Sn2+ при
постоянной силе тока 4 мА. Точка эквивалентности фиксировалась
40
потенциометрическим методом. Время электролиза составило 100 с. Навеска
алюминия 1,0005 г. Вычислить массовую долю железа (%, масс.) в алюминии.
15. Концентрацию кадмия в растворе определяли полярографически
методом добавок. Для анализируемого раствора объемом 15 мл высота
полярографической h волны оказалась равной 25 мм. После добавления в
анализируемый раствор 1 мл стандартного раствора хлорида кадмия с
концентрацией 0,105 моль/л высота волны h увеличилась до 30 мм. Вычислить
концентрацию кадмия в растворе в моль/л.
16. Для определения содержания меди в стали навеску стали массой
0,1985 г растворили в азотной кислоте, перенесли полученный раствор в
мерную колбу вместимостью 50 мл и довели до метки водой. При
полярографировании 5 мл полученного раствора в 20 мл фона высота
полярографической волны равна 35 мм. При полярографировании 25 мл
эталонного раствора, содержащего 3·10-5 г меди, высота волны оказалась
равной 29 мм. Определить массовую долю меди (%, масс.) в стали.
18. Какое время необходимо для полного выделения кадмия из 20 мл
раствора с концентрацией с(1/2CdSO
) = 0,05 моль/л, если сила тока равна 0,1
4
А. Выход по току равен 90%?
19. Для определения примеси алюминия в сурьме использовали метод
кулонометрического титрования с биамперометрической фиксацией точки
эквивалентности. Для этого навеску сурьмы массой 0,7050 г перевели в раствор
и выделили из него примесь алюминия в виде оксихинолята. Осадок очистили,
растворили в соляной кислоте и провели кулонометрическое титрование
выделившегося 8-оксихинолина бромом, генерируемом в ходе электролиза из
бромида калия при постоянной силе тока 8,2 мА. Титрование проводилось в
течение 130 с. Навеска сурьмы равна 0,6235 г. Вычислить массовую долю
алюминия (%, масс.) в анализируемом образце сурьмы, если число электронов,
участвующих в электрохимическом превращении в расчете на один атом
алюминия, равно 12.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]