Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология. Учебно-методическое пособие
.pdf
прокипятили, перевели в мерную колбу емкостью 250 мл и выпавший
осадок отфильтровали. На титрование 200 мл фильтра затрачено
1,15 мл 0,1010 н. HCl. Вычислить общую карбонатную и устраненную
жесткость (в мг-экв./л).
28. При определении общей жесткости воды на титрование
100 мл воды израсходовано 18,20 мл 0,02 н. раствора трилона Б
(Т
= 1,1840). Для определения постоянной жесткости 200 сл воды
тр.Б
прокипятили, перевели в мерную колбу емкостью 250 мл и выпавший
осадок отфильтровали. На титрование 100 мл полученного фильтрата
израсходовано 13,10 мл раствора трилона Б. Вычислить общую, постоянную и устранимую жесткость воды (в мг-экв./л).
29. На титрование 50,00 мл воды израсходовано 19,40 мл трилона Б (Т
тр.Б/Са
= 0,0004008 г/мл). Для определения постоянной жесткости 100 мл воды прокипятили, перевели в мерную колбу емкостью
200 мл и осадок отфильтровали. На титрование 100 мл фильтрата израсходовано 17,30 мл трилона Б. Вычислить временную и постоянную жесткость воды (в мг-экв./л).
30. Для определения ионов SO
2–
пробу воды обработали кати-
4
онитом в Н-форме. На титрование 100 мл анализируемой воды было
израсходовано 12,20 мл 0,1 н. Pb(NO3)2 (
содержание ионов SO
2–
(мг/л) в воде.
4
31. Для определения ионов SO
К = 0,8875). Вычислить
2-
4
)( NOPb
23
пробу воды обработали
Н-катионитом и на титрование 200 мл воды после обработки было израсходовано 15,40 мл 0,05 н. Pb(NO3)2 (
содержание ионов SO
2-
(мг/л) в воде.
4
К = 1,246). Вычислить
)( NOPb
23
32. При определении свободной двуокиси углерода на титрование 200 мл воды было израсходовано 1,80 мл 0,01 н. КОН
(К
= 0,9930) в присутствии фенолфталеина. Вычислить содержа-
КОН
ние СО2 в анализируемой пробе (в мг/л).
33. На титрование 200 мл воды в присутствии фенолфталеина
израсходовано 2,20 мл раствора NaOH (Т
= 0,0003628 г/мл).
NaOH
Сколько миллиграммов свободной двуокиси углерода содержалось
в 1 л анализируемой воды?
34. Для определения ионов SO
2-
в воде нужно приготовить 3 л
4
0,02 н. Pb(NO3)2. Сколько граммов соли нужно взять для приготовления раствора?
35. Сколько граммов К2SO4 нужно растворить в мерной колбе
емкостью 250 мл, чтобы определить точную концентрацию 0,02 н.
Pb(NO3)2?
61
36. Какой объем 60%-го раствора уксусной кислоты нужно
взять для приготовления 5 л 0,02 н. СН3СООН?
37. Какой объем раствора NaOH (пл. 1,43 г/см3) нужно взять
для приготовления 3 л 0,05 н. NaOH?
38. Какой объем 30%-го раствора едкого натра нужно взять для
приготовления 500 мл 0,05 н. NaOH?
39. Какой объем 2 н. NaOH нужно взять для приготовления 3 л
0,01 н. раствора?
40. Для определения двуокиси углерода в воде приготовлен
примерно 0,01 н. раствор NaOH. Навеску 0,3152 г щавелевой кислоты
растворили в мерной колбе емкостью 500 мл. На титрование 25,00 мл
полученного раствора расходуется 19,80 мл раствора NaOH. Вычислить: а) нормальность NaOH; б) К
NaOH
; в) T
NaOH/CO
. Какой индикатор
2
можно применить при титровании?
41. Для колориметрического определения железа в воде нужно
приготовить стандартный раствор, содержащий 0,1 мг железа
в 1,00 мл. Сколько граммов железоаммонийных квасцов нужно взять
для приготовления 500 мл такого раствора?
42. При анализе воды для приготовления стандартного раствора
соли железа растворили 0,9497 г железоаммонийных квасцов
NH4Fe(SO4)212H2O в мерной колбе емкостью 1 л. Вычислить титр
полученного раствора в миллиграммах железа.
43. Для определения общего содержания железа в воде нужно
приготовить 2 л 3%-го раствора Н2О2. Какой объем 30%-го раствора
перекиси водорода (пл. 1 г/см3) и воды следует для этого взять?
44. Для определения карбонатной жесткости воды используют
0,1 н. HCl. Какую навеску Na2B4O710Н2О нужно взять для установки
титра 0,1 н. HCl способом отдельных навесок, чтобы на титрование
расходовалось не более 25 мл раствора HCl?
45. При определении карбонатной жесткости воды для установки титра раствора HCl навеска 0,5235 г Na2B4O710Н2О растворена
в произвольном объеме воды и на титрование ее израсходовано
24,55 мл раствора HCl. Определить: а) нормальность HCl; б) К
в) Т
HCl
; г) Т
HCl/CaO
.
HCl
46. При определении карбонатной жесткости воды для установки титра раствора HCl навеску 0,2650 г безводного Na2CO3 растворили в мерной колбе емкостью 500 мл. На титрование 20,00 мл
полученного раствора в присутствии метилового оранжевого расхо-
62
;
дуется 22,80 мл раствора HCl. Определить: а) нормальность HCl;
2322
1000
б) К
HCl
; в) T
HCl/CaCO
.
3
47. При определении карбонатной жесткости воды для установки титра раствора HCl навеска 1,5580 г Na2CO3 растворена и переведена в мерную колбу емкостью 250 мл. На титрование 20,00 мл полученного раствора расходуется 20,65 мл раствора кислоты. Определить: а) нормальность HCl; б) Т
HCl/CaO
в) T
HCl/CaCO
.
3
48. При определении карбонатной жесткости воды для установки титра раствора HCl взяты 50,00 мл раствора NaOH
(T
NaOH/CO
= 0,02205) и переведены в мерную колбу емкостью 500 мл.
2
На титрование 20,00 мл полученного раствора расходуется 19,20 мл
раствора HCl. Определить: а) нормальность HCl; б) Т
HCl
; в) T
HCl/Ca(OH)
.
2
Тема 3. Анализ руд, сплавов, металлов
Объемные и весовые методы анализа. Большое значение в ме-
таллургическом производстве имеет химический анализ, позволяющий
контролировать изменение и конечный состав чугунов, сталей, ферросплавов, руд, шлаков, огнеупорных и флюоресцирующих материалов,
металлов и их сплавов. Анализ указанных материалов представляет
собой ряд сложных аналитических операций и требует от исполнителя
высокой степени теоретической и практической подготовки. При анализе руд, металлов и сплавов применяют различные химические и физико-химические методы исследования. Расчеты результатов определений и измерений зависят от выбранного метода анализа.
Пример 1. Содержание серы в сплаве около 0,8 %. Для ее опре-
деления используют бюретку емкостью 20 мл и 0,005 н. I2. Рассчитать
навеску сплава для определения серы йодометрическим методом так,
чтобы на титрование затрачивалось около 10 мл раствора I2.
Решение. 1. Рассчитывают грамм-эквивалент серы:
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2;
SO2 + I2 + 2H2O = H2SO4 + 2HI;
SO2 – 2е+ 2H2O = SO
2-
+ 4H+;
4
I2 + 2е+ 2H+ = 2HI;
ЭS = .16
атомг
г
2. Вычисляют титр 0,005 н. I2 по сере:
16005,0
T
/
SI
2
63
.
3. Рассчитывают количество граммов серы, эквивалентное 10 мл
1000
23
23
100
0,005 н. I2:
4. Вычисляют навеску, в которой содержится рассчитанное ко-
личество серы по формуле
1016005,0
.
г
100
VVЭN
g
1000
1
2
aV
1001016005,0
8,01000
.1,0
г
Пример 2. Для определения фосфора объемным методом взята
навеска 1,2520 г жаростойкого чугуна, содержащего около 0,3 % фосфора. Рассчитать количество 0,1 н. NaOH, чтобы на титрование избытка его после растворения осадка желтой соли расходовалось около
10 мл 0,1 н. раствора кислоты.
Решение. 1. Определяют грамм-эквивалент фосфора из основных уравнений реакций.
H3PO4 + 12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 =
= (NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 21NH4NO3 + 10H2O;
(NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 49NaOH =
= 2(NH4)2HPO4 + 23Na3MoO4 + 26H2O + (NH4)2MoO4;
ЭР =
атомг
97,30
.343,1
г
2. Вычисляют количество граммов фосфора в навеске: в 100 г
чугуна содержится 0,3 г Р, в 1,252 г – х г:
3,0252,1
.
Р
гх
3. Вычисляют количество грамм-эквивалентов фосфора
в навеске (столько же г-экв. едкого натра потребуется для растворения (NH4)3H4[P(Mo2O7)6]):
3,0252,1
.
эквг
343,1100
4. Рассчитывают объем 0,1 н. NaOH, в котором будет содержаться
3,0252,1
343,1100
0,1 г-экв. NaOH, в х мл 0,1 н. NaOH содержится
NaOHэквг .-
: в 1000 мл 0,1 н. NaOH содержится
64
10003,0252,1
1,0343,1100
3,0252,1
343,1100
.28
млх
эквг
.-
NaOH:
5. Рассчитывают объем 0,1 н. NaOH, необходимый для проведе-
3523
1000
1000
1000
ния анализа: V = 28 + 10 = 38 мл.
Пример 3. Рассчитать навеску стандартного образца, содержа-
щего 2,78 % хрома, для определения титра 0,05 н. KMnO4 по хрому,
чтобы на титрование расходовалось около 25 мл KMnO4.
Решение. 1. Рассчитывают грамм-эквивалент хрома по уравнению реакции:
5Cr2(SO4)3 + 6KMnO4 + 11H2O = 5H2Cr2O4 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 6 H2SO4;
2Cr3+ – 6е + 7H2O = Cr2O
MnO
-
+ 5е + 8H+ = Mn2+ + 4H2O;
4
Э
Cr
атомг
7
2-
+ 14H+;
. 3,17
г
2. Вычисляют количество граммов хрома, эквивалентное 25 мл
0,05 н. KMnO4 (столько же граммов хрома должно содержаться
в навеске):
253,1705,0
.
гCr
3. Рассчитывают навеску стандартного образца, содержащую
количество граммов хрома: в 100 г образца содержится 2,78 г Cr, в g –
253,175,0
г
Cr:
100253,175,0
.77,0
78,21000
гg
Пример 4. Навеска стали 2,6142 г после растворения переведена
в мерную колбу емкостью 250 мл. На 20,00 мл полученного раствора было затрачено при титровании 16,20 мл 0,0302 М раствора трилона Б. Вычислить процентное содержание никеля в исследуемом образце стали.
Решение. 1. Определяют грамм-эквивалент никеля по уравнению реакции:
Na2[H2(CH2COO)4N2(CH2)2] + NiCl2 = Na2[Ni(CH2COO)4N2(CH2)2] + 2HCl;
ЭNi = 58,71 г-атом.
2. Вычисляют количество никеля, содержащегося в 20 мл иссле-
дуемого раствора:
20,160302,071,58
.
г
3. Рассчитывают количество граммов никеля, содержащееся
в 250 мл исследуемого раствора (столько граммов никеля содержится
в навеске стали):
65
20
1000
25020,160302,071,58
96500
96500
I
.
г
4. Вычисляют процентное содержание никеля в стали:
10020,160302,071,58
х
Ni
6142,2201000
%.47,27
Электрохимические и фотометрические методы анализа.
В электрохимических определениях вычисления основаны на законе
Фарадея, согласно которому количество вещества, выделяющееся
при электролизе, пропорционально силе тока, времени и химическому
эквиваленту этого вещества:
itЭ
m или ,
Э
itЭm
Э
где i – сила тока А;
t – время электролиза, с;
ЭЭ – электрохимический грамм-эквивалент;
– выход по току (КПД), т.е. отношение количества выделяющегося вещества при электролизе к количеству вещества, которое должно теоретически выделиться по закону Фарадея;
ЭЭ =
Э
– электрохимический эквивалент, показывающий ко-
личество вещества, выделяемое 1 К электричества (1 К = 1А 1с).
При полярографических методах анализа вычисление результатов определений проводят по полярограммам, полученным в одинаковых условиях для исследуемого и стандартных растворов. Если высоту волны исследуемого раствора обозначить через hx, а стандартного – через hст, то концентрацию исследуемого компонента в растворе
вычисляют по формуле:
cх/cст = hx/hст; сх=(сстhx)/hст,
где cх – концентрация определяемого вещества, г;
cст – концентрация этого же вещества в стандартном растворе, г.
При массовых анализах вычисления проводят по калибровочному графику, построенному по стандартным растворам, в условиях,
аналогичных испытанию исследуемых образцов.
В фотометрических определениях вычисления основаны на законе Бугера – Ламберта – Бера:
I
0
,lg
cl
где – коэффициент молярного поглощения;
с – концентрация вещества в растворе, г;
66
l – толщина слоя раствора, см;
I
А
96500
2
96500
2
96500
2
100
96500
2
I0 – начальная интенсивность светового потока;
I – интенсивность светового потока после прохождения через
раствор.
I
Величина A
0
lg – называется оптической плотностью. Для
стандартного раствора А = сl, а для исследуемого раствора Ах = схl.
При одинаковых значениях и l:
сА
х
с
х
.
Для серийных анализов содержание определяемого компонента
в исследуемом растворе определяют по калибровочному графику, построенному по стандартным растворам в аналогичных условиях.
Пример 1. Сколько граммов кадмия выделится на электроде
из раствора при токе 0,1 А и продолжительности электролиза 1 ч, если выход по току составляет 93 %?
Решение. 1. Определяют электрохимический эквивалент кадмия
по реакции электролиза:
4,112
Cd2+ + 2е = Cd
Э .
Э
2. Вычисляют количество граммов кадмия, которое выделится
на катоде при 100%-м выходе по току:
60601,04,112
.
Cd
гm
3. Рассчитывают количество граммов кадмия на катоде при вы-
60601,04,112
ходе по току 93 %: 100 % составляют
г
Cd, 93 % –
х г Cd:
9360601,04,112
.195,0
гх
Пример 2. Навеску сплава 0,4450 г перевели в раствор и испы-
тывали на содержание меди методом электролиза при токе 0,35 А
в течение 40 мин, при этом масса катода увеличилась на 0,1892 г.
Определить, достаточно ли времени для полного выделения меди
при электролизе, если выход по току составляет 90 %, и вычислить
процентное содержание меди в сплаве.
Решение. 1. Определяют электрохимический эквивалент меди:
Cu2+ + 2е = Cu;
67
ЭЭ = .
96500
2
1000
2. Рассчитывают время, необходимое для полного выделения
меди из раствора, содержащего 0,2 г Cu при токе 0,35 А:
55,63
m = itЭ
m
t
iЭ
Э
;
Э
1009650022,0
.32
мин
9055,6335,0
Следовательно, выделение меди из раствора электролита полное.
3. Вычисляют процентное содержание меди в сплаве:
1001892,0
х
Cu
4450,0
%.52,42
Пример 3. Навеска сплава 0,8142 г после растворения перевели
в мерную колбу емкостью 100 мл. Затем 5,00 мл полученного раствора поместили в мерную колбу емкостью 25 мл и определили титан
с хромотроповой кислотой. Раствор фотометрировали в кювете
с толщиной слоя l = 1 см, при этом оптическая плотность раствора составляла 0,265. Параллельно 2 мл стандартного раствора, содержащего 0,3 мг/мл титана, поместили в мерную колбу емкостью 25 мл. Оптическая плотность стандартного раствора составляла 0,240. Вычислить процентное содержание титана в сплаве.
Решение. 1. Определяют концентрацию титана в 25 мл стандартного раствора, приготовленного для фотометрирования:
23,0
.
2. Вычисляют содержание титана в 25 мл раствора, приготовленного для фотометрирования исследуемого сплава (сколько граммов титана содержится в 5 мл раствора исследуемого образца):
265,023,0
.
сст/А
= сх/Ах, с
ст
= (сст Ах )/ А
х
ст
;
х
гс
240,01000
3. Рассчитывают количество граммов титана, содержащееся
в 100 мл раствора исследуемого сплава (сколько граммов титана содержится в навеске сплава):
100265,023,0
.
г
5240,01000
4. Вычисляют процентное содержание титана в сплаве:
100100265,023,0
х
Ti
8142,05240,01000
%.63,1
68
Задачи и упражнения
1. Содержание углерода в ковком чугуне около 2 %. Рассчитать
навеску чугуна для определения углерода газообъемным методом,
чтобы объем выделившегося СО2 при сгорании навески составлял
около 10 см3 при н.у.
2. Для определения углерода необходимо приготовить 500 мл
40%-го поглотительного раствора КОН. Рассчитать количество граммов КОН, содержащей 10 % примесей, для приготовления указанного
раствора.
3. Для поглощения СО2 при определении углерода требуется
40%-й раствор КОН. Имеется 700 см3 25%-го раствора КОН. Сколько
граммов КОН нужно добавить, чтобы получить 40%-й раствор?
4. Навеску 0,9322 г стали испытывали на содержание углерода.
Получены результаты: объем газа (смесь СО2 и О2) 250 см3 над рас-
твором Н2SO4, давление 778,9 мм рт.ст., температура 22 С. После поглощения СО2 получено 246 см3 газа при тех же условиях. Вычислить
процентное содержание углерода в стали.
5. Для анализа взято 1,0254 г сплава. При определении углерода газообъемным методом получено 200 см3 газовой смеси (СО2 и О2)
при 18 С и 775 мм рт.ст. над 10%-м раствором Н2SO4. После поглощения СО2 объем газа составил 183 см3 при тех же условиях. Рассчитать процентное содержание углерода в анализируемом сплаве.
6. Для определения углерода в сплаве взята навеска 1,1248 г.
После сжигания навески было получено 250 см3 газовой смеси при
20 С и 778,9 мм рт.ст. над 10%-м раствором Н2SO4. Объем газовой смеси после поглощения СО2 составил 235 см3 при 23,84 С и 760 мм рт.ст.
Вычислить процентное содержание углерода в сплаве.
7. Навеску сплава 0,9140 г испытывали на содержание углерода
газообъемным методом. Объем газовой смеси до поглощения СО2 составлял 250 см3 над 10%-м раствором Н2SO4 при 22 С и 778,9 мм рт.ст.,
после поглощения СО2 – 235 см3 при 23,84 С и 760 мм рт.ст. Вычислить процентное содержание углерода сплаве.
8. При анализе сплава на содержание углерода газообъемным
методом взята навеска 0,8520 г. После сжигания навески объем газо-
вой смеси (СО2 и О2) составил 200 см3 при 18 С и 750 мм рт.ст.
над 10%-м раствором Н2SO4. После поглощения СО2 раствором КОН
объем газа составил 190 см3 при 20 С и 776,8 мм рт.ст. Вычислить
процентное содержание углерода в исследуемом образце.
69
9. При определении углерода в стали газообъемным методом
сожгли 1,000 г стали и по шкале эвдиометра, калиброванной
при 20 С и 760 мм рт.ст., получили 0,28 % при 25 С и 750 мм рт.ст.
Рассчитать процентное содержание углерода в образце.
10. Навеску стали 0,7500 г испытывали на содержание углерода баритовым методом. Для поглощения СО2 взято 20,00 см3 0,0106 н.
Ва(ОН)2. На титрование избытка затрачено 4,80 см3 0,0112 н. янтарной кислоты. Вычислить процентное содержание углерода в стали.
11. Для определения углерода в стали взята навеска 0,8240 г.
Поглощение СО2, выделяющейся при сжигании навески проводили
20,00 см3 0,01 н. Ва(ОН)2 (К = 1,1220). На титрование избытка
Ва(ОН)2 израсходовано 6,20 см3 0,01 н. янтарной кислоты
(К = 1,1302). Вычислить процентное содержание углерода в стали.
12. Навеску сплава 1,0284 г испытывали на содержание углерода баритовым методом. Для поглощения СО2, выделяющейся
при сжигании навески, взято 25 Ва(ОН)2 (К = 1,0042). На титрование
избытка Ва(ОН)2 израсходовано 13,20 см3 0,01 н. янтарной кислоты
(К = 1,1180). Вычислить процентное содержание углерода в сплаве.
13. Сколько граммов KI и KIO3 необходимо взять для приготовления 2 л 0,05 н. раствора иодид-иодата?
14. Содержание серы в ферромолибдене около 0,2 %. Какую
навеску ферромолибдена следует взять для определения серы методом отгонки, если в реакцию должно вступить около 15 см3 0,02 н.
раствора иодид-иодата?
15. Какую навеску чугуна, содержащего около 0,1 % серы,
надо взять для ее определения так, чтобы на титрование было израсходовано 15 см3 0,01 н. раствора иодид-иодата? Рассчитать количество граммов иодида калия и иодата калия, необходимое для определения 700 см3 0,01 н. раствора.
16. Какую навеску ферромарганца, содержащего около 0,2 %
серы, надо взять для определения серы методом сжигания, чтобы на
титрование полученного раствора расходовалось около 10 см3 0,05 н.
I2? Удобно ли в данном случае пользоваться раствором I2 указанной
концентрации?
17. Сплав содержит около 0,15 % серы, определение которой
проводят методом сжигания с последующим йодометрическим титрованием. Какую навеску данного сплава следует взять для определения
серы, чтобы на титрование было израсходовано около 10 см3 0,01 н. I2?
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]