Лабораторна робота 2.3 Вагове визначення барію

Мета роботи – закріпити знання і навички щодо вагового методу аналізу на прикладі визначення барію.

Основні теоретичні відомості

Після осадження, фільтрування і промивки осад необхідно перевести в так звану вагову форму. Для цього слід виділити воду, спочатку ту, що змочує осад, потім кристалізаційну і воду гідроксогруп, а також складові промивної рідини – амонійні солі, леткі кислоти тощо.

Одержують вагову форму (в залежності від природи осаду) декількома способами:

1. Висушування осадів без нагрівання застосовують у випадку утворення стехіометричних, але нетермостійких осадів, наприклад, при визначенні натрію у вигляді NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉·6H₂O. Для цього осад спочатку промивають спиртом, потім ефіром і, нарешті, пропускають через фільтр сухе повітря для видалення ефіру.

2. Висушування осадів при слабкому нагріванні застосовують, коли треба видалити хімічно незв’язану воду. Цей спосіб часто застосовують для осадів, одержаних дією органічних осаджувачів, наприклад, при визначенні нікелю у вигляді диметилгліоксимату або алюмінію у вигляді оксихінолінату. Ці осади висушують при температурі 110-120°С.

У перших двох випадках застосовувати паперові фільтри неможливо. Тому фільтрування, промивку, наступні висушування і зважування здійснюють у скляних, фарфорових або пластмасових фільтрах, а також в тиглях з фільтруючим дном.

3. Найбільш загальний спосіб одержання вагової форми полягає у прожарюванні осадів при температурах 500-1100°С. Температуру, а також час прожарювання вибирають, зважаючи на склад осаду. Якщо хімічний склад осаду не змінюється при його переході у вагову форму (BaSO₄, PbSO₄, AgCl), то прожарювання його проводять при відносно невеликих температурах (500-600°С). Такого нагрівання достатньо для того, щоб спалити паперовий беззольний фільтр і видалити воду з поверхні і тріщин кристалів. У тих випадках, коли перетворення осаду у вагову форму пов’язано зі зміною його хімічного складу, потрібна більш висока температура. Наприклад, при визначенні фосфору у вигляді дифосфату магнію реакція відбувається при t = 900^оС:

2MgNH₄PO₄·6H₂O = Mg₂P₂O₇ + 2NH₃↑ + 7H₂O↑.

Під час прожарювання осадів можуть відбуватися небажані побічні процеси, які впливають на точність результатів. Це, по-перше, звітрення осаду, якщо не витримувати потрібний температурний режим, наприклад:

BaSO₄ → BaO + SO₃↑.

По-друге, відновлення речовини осаду при неповному згоранні паперових фільтрів, наприклад:

Fe₂O₃ + С → 2FeO + CO ,

BaSO₄ + 2С → BaS + 2CO₂ .

Отже, процес прожарювання слід проводити в окиснювальній атмосфері.

Порядок і рекомендації щодо виконання роботи

1. Осадження сульфату барію

Розчин солі барію розведіть дистильованою водою у хімічному стакані приблизно до 100 см³. Підкисліть розчин 3–5 см³ 2 М HCl і нагрійте його до кипіння; одночасно в інший стакан налийте 5–7 см³ 1 М розчину сірчаної кислоти, розведіть розчин водою до 30–40 см³ і також дайте закипіти. Потім до гарячого розчину солі барію повільно, краплинами, при постійному перемішуванні прилийте розчин осаджувача з другої склянки. Коли весь розчин сірчаної кислоти буде доданий, осаду, що утворився, дають можливість відстоятись. Після цього до освітленого розчину, з метою перевірки повноти осадження, додайте 2–3 краплі розчину сірчаної кислоти. Якщо розчин залишиться прозорим, то осадження можна вважати повним. Якщо буде спостерігатись помутніння розчину, то до нього знову необхідно прилити 2–3 см³ 1 М сірчаної кислоти. Для “старіння” розчин з осадом залишіть до наступного заняття.

2. Фільтрування і промивка осаду

Перед фільтруванням слід ще раз перевірити повноту осадження барію. Потім осад BaSO₄ відфільтруйте через цупкий фільтр «синя стрічка» методом декантації, а осад, що залишився в склянці, 3–4 рази обробіть промивною рідиною (250 см³ води і 3–4 см³ 1 М розчину сірчаної кислоти). Після промивки осад кількісно перенесіть на фільтр за допомогою промивної рідини, скляної палички і шматочка фільтрувального паперу та промийте його невеликими порціями холодної дистильованої води до повного видалення хлорид-іонів.

3. Одержання вагової форми

Промитий осад разом з лійкою помістіть у повітряний термостат і висушіть при температурі 110–150С протягом 30 хв. Потім фільтр з осадом перенесіть у заздалегідь зважений порцеляновий тигель. Фільтр необхідно спочатку озолити , а потім осад прожарити у муфельній печі при температурі 700–750С. Охолоджений в ексикаторі над CaCl₂ тигель з осадом зважте на аналітичних терезах. Операції «прожарення-охолодження-зважування» повторіть до збігу результатів двох послідовних зважувань (різниця не повинна перевищувати 0,0002 г).

4. Виміри і розрахунки

Маса порожнього тиглю (m₁), г —

Маса тигля з осадом (m₂), г —

І зважування —

ІІ зважування —

Маса сульфату барію (m = m₂ – m₁), г —

Маса барію у пробі (m _Ba), г —

,

де: 137,33 – молярна маса Ва, г/моль;

233,42 – молярна маса ВаSO₄, г/моль.

Контрольні питання, запитання та завдання

1. Охарактеризуйте основні методи фазового розділення елементів, які застосовуються в кількісному аналізі.

2. Опишіть призначення та можливості технічних, хіміко-аналітичних терезів і електронних ваг.

3. Яку наважку NH₄Fe(SO₄)₂12H₂O необхідно взяти для визначення вмісту заліза у даній сполуці? Наведіть розрахунок необхідного для осадження заліза об’єму 10%-ого розчину аміаку.

4. Перед визначенням сульфат-аніонів осадженням хлоридом барію розчин не підкислили. Чи позначиться це на результаті аналізу?

5. Що може відбуватися, якщо спалювання фільтру з осадом PbSO₄ проводити в щільно закритому муфелі?

6. Фосфат магнію-амонію MgNH₄PO₄ (ДP = 2,510^-13) осаджують з розчину, в якому концентрація іонів амонію дорівнює 0,05 моль/дм³. Якою повинна бути концентрація іонів , щоб вона була достатньою для кількісного осадження магнію?

7. Чим визначається температура і час нагрівання осадів у гравіметрії? Наведіть приклади.

8. В яких випадках у ваговому аналізі можна обходитись без нагрівання осадів?

9. У чому недоліки паперових фільтрів при проведенні вагових визначень без прожарювання осадів? Які фільтри доцільно використовувати в цих випадках?

10. Які речовини застосовуються у гравіметрії для зменшення гігроскопічності осадів?

Модуль № 3 «Об’ємні методи аналізу, метод нейтралізації»

Лабораторна робота 3.1

Приготування робочого титрованого розчину соляної кислоти

Мета роботи – ознайомитись з обладнанням і методикою виконання титриметричних аналізів, зокрема методу кислотно-основного титрування. Навчитись готувати робочі титровані розчини, освоїти методику титрування та виконувати відповідні розрахунки.

Основні теоретичні відомості

Титриметричні методи аналізу передбачають вимірювання кількості реактиву R, який витрачається на реакцію з компонентом, що визначається:

X + R  P.

Реактив зручніше застосовувати у вигляді розчину точної концентрації, який називають робочим титрованим розчином. Концентрацію розчинів в об’ємному аналізі зазвичай виражають кількістю молярних мас еквівалентів в 1 літрі розчину (так звана нормальність N). Це пов’язане з тим, що між нормальностями робочих і аналізуємих розчинів (N_R і N_X відповідно) та їх об’ємами (V_R і V_X) існує залежність:

N_X·V_X = N_R·V_R , звідки

.

V_R визначають експериментально, шляхом титрування аліквотної частини V_X аналізуємого розчину.

Вищенаведене співвідношення дійсне лише при досягненні точки еквівалентності. Остання визначається графічно як точка перегину на кривій титрування, а експериментально – за допомогою кольорових індикаторів і фізико-хімічних методів.

Методи об’ємного аналізу класифікуються за двома ознаками. За типом аналітичної реакції розрізняють:

• методи кислотно-основного титрування (нейтралізації);

• методи окиснення-відновлення (редокс-метрії);

• методи комплексоутворення;

• об’ємні методи осадження.

За способом титрування розрізняють методи прямого титрування, зворотнього титрування і метод витіснення (титрування замісника).

Однією з важливих операцій об’ємного методу аналізу є приготування і визначення нормальності робочих титрованих розчинів. Простіш за все приготувати робочий розчин шляхом взяття точної наважки чистого препарату і розчинення її у певному об’ємі (мірній колбі). Проте така можливість випадає досить рідко (K₂Cr₂O₇, KBrO₃, NaCl), оскільки обмежене число сполук мають властивості стандартних речовин.

Другий спосіб полягає у приготуванні спочатку розчину приблизної концентрації і наступного її уточнення (стандартизації) за допомогою вихідної або стандартної речовини. Саме так готується робочий розчин соляної кислоти. Стандартною речовиною у цьому випадку є тетраборат натрію (бура).

Третій спосіб полягає у приготуванні робочих розчинів із стандарт-титрів (фіксаналів).

Обчислення в об’ємних методах аналізу ведуть наступним чином. Спочатку визначають нормальність аналізуємого розчину Nx за допомогою вищенаведеної формули.

Потім визначають масу речовини m_X у всьому розчині V_заг :

m_X = 0,001·N_X·E_X·V_заг ,

де: E_X – молярна маса еквіваленту, г/моль,

і масову частку цієї речовини ω_х у взятій на аналіз наважці g:

,

або за допомогою зведеної формули:

.

При титруванні за методом залишків наведені формули дещо ускладнюються і будуть наведені у відповідній лабораторній роботі.