спхфу Метода Гравиметрия Яковлев, Алексеева 2005
.pdf
11
Стеклянные фильтры (фильтры Шотта) представляют собой тигли с пористой мембраной, изготовленные из стекла. Стеклянные мембраны имеют разный размер пор, в зависимости от которого применяются для фильтрования кристаллических и аморфных осадков. Фильтрование через стеклянные фильтры происходит под вакуумом.
При фильтровании вначале пропускают через фильтр прозрачную надосадочную жидкость (маточный раствор). Затем несколько раз промывают оставшийся осадок непосредственно в стакане, в котором проводили осаждение, методом декантации. Для этого к осадку добавляют промывную жидкость, взмучивают его, дают отстояться и сливают промывные воды через фильтр. Промытый таким образом осадок количественно переносят на фильтр, где также промывают несколькими порциями промывной жидкости до полноты удаления мешающих ионов. Состав промывной жидкости (горячая или холодная вода, раствор какого-либо вещества) и условия промывания указываются в аналитической методике. Как правило, при промывании кристаллического осадка в состав промывной жидкости входит небольшое количество осадителя или вещества с одноименным ионом (w = 1-3%) для уменьшения растворимости осадка и связанных с этим потерь. Например, осадок сульфата бария промывают 2% раствором H2SO4 или (NH4)2SO4. Аморфные осадки во избежание пептизации промывают разбавленным раствором нитрата аммония.
При необходимости учитывают потери осадка за счет его растворения в промывной жидкости (mпот, г), для чего требуется знать объём промывной жидкости (Vпж, мл) и растворимость формы осаждения (S, моль/л):
|
= |
S ×Vпж |
× M |
||
mпот |
|
|
(4.1) |
||
1000 |
|||||
|
|
|
|||
где: М – молярная масса осадка, г/моль
Относительная погрешность (e, %), связанная с потерей осадка при промывании, рассчитывается по формуле:
ε = |
mпот |
×100 |
(4.2) |
|
|||
|
mос |
|
|
где: mос – масса осадка, г
Обычно принимают допустимую потерю массы осадка не более 0,0001 г, чтобы она не сказывалась на результате взвешивания.
Пример 6. Рассчитать относительную погрешность определения, вызванную промыванием 225,3 мг осадка BaSO4 250 мл воды (при условии полного насыщения воды солью).
Решение:
BaSO4 « Ba2+ + SO42-
[Ba2+] = [SO42-] = S, тогда KS(BaSO4) = [Ba2+]·[SO42-] = S·S = S2 или
S (BaSO4 ) = 
KS (BaSO4 ) = 
1,1×10−10 =1, 05 ×10−5 моль/л, тогда по уравнению (4.1):
m |
(BaSO |
4 |
) = |
S (BaSO4 ) ×V (H2O) × M (BaSO4 ) |
|
= |
1, 05 ×10−5 × 250 × 233, 40 |
= 6,13×10−4 г |
||||||
|
|
|||||||||||||
пот |
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
и по уравнению (4.2): ε = |
m |
(BaSO |
4 |
) |
×100 |
= |
6,13×10−4 ×100 |
= 0,3% |
|||||
|
пот |
|
|
|
||||||||||
|
mос (BaSO4 ) |
0, 2553 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Пример 7. Какова будет потеря массы осадка PbSO4 при промывании его 200 мл 0,01 М раствора сульфата аммония?
Решение:
PbSO4 « Pb2+ + SO42-
(NH4)2SO4 ® 2NH4+ + SO42-
[Pb2+] = S, a [SO42-] = S + C[(NH4)2SO4] » C[(NH4)2SO4] = 0,01 моль/л (S<<C[(NH4)2SO4]), тогда KS(PbSO4) = [Pb2+]·[SO42-] = S· C[(NH4)2SO4] = S·0,01 или
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
S (PbSO4 ) = |
KS |
(PbSO4 ) |
= |
1, 6 ×10−8 |
= 1, 6 ×10 |
−6 |
моль/л, тогда по уравнению (4.1): |
||||||||||||||
|
|
0, 01 |
|
|
|
0, 01 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
m |
(PbSO |
|
) = |
S (PbSO |
4 |
) ×V [(NH |
4 |
) |
SO ]× M (PbSO |
4 |
) |
= |
1, 6 ×10−6 × 200 ×303,3 |
= 9, 7 |
×10−5 г |
|||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
2 4 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
пот |
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Пример 8. Вычислить концентрацию оксалата аммония, которую нужно создать в промывной жидкости, чтобы в 250 мл ее терялось не более 0,1% осадка СаС2О4, масса которого 0,10 г.
Решение: |
|
СаС2О4 « Са2+ + С2О42- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
(NH4)2C2O4 ® 2NH4+ + C2O42- |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
[Ca2+] = S, a [C2O42-] = S + C[(NH4)2C2O4] » C[(NH4)2C2O4] (S<<C[(NH4)2C2O4]), |
||||||||||||||||||||||||
|
тогда KS(CaC2O4) = [Ca2+]·[C2O42- ] = S· C[(NH4)2C2O4] |
|||||||||||||||||||||||
из уравнения (4.2): m |
|
(Ca |
C |
O |
) = |
ε× mос (Ca2C2O4 ) |
= |
0,1×0,10 |
= 1×10−4 г , |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
пот |
|
|
|
2 |
|
2 |
4 |
|
|
|
100 |
|
|
|
|
100 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
тогда из уравнения (4.1): |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
m (Ca |
2 |
C |
O |
) ×1000 |
|
|
|
= |
|
1×10−4 |
|
= 3,1×10−6 моль/л и |
||||||||||
S (Ca |
2C2O4 ) = |
пот |
|
|
2 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
V [(NH4 )2 C2O4 ]× M (Ca2C2O4 ) 250 |
×10−3 ×128,1 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
C[(NH4 )2C2O4 |
] = |
KS (CaC2O4 ) |
= |
2,3×10−9 |
= 7, 4 ×10 |
−4 |
моль/л |
||||||||||||||||
|
S (CaC2O4 ) |
3,1×10−6 |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
5. Получение весовой (гравиметрической) формы
Весовая (гравиметрическая) форма — это соединение, в виде которого взвешивается определяемый элемент. К весовой форме предъявляются следующие требования:
-состав весовой формы должен точно соответствовать её 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 темпе-
ратур;
-желательно малое содержание определяемого элемента в весовой форме (по возможности минимальное значение гравиметрического фактора пересчета), чтобы погрешности в определении её массы в меньшей мере сказывались на результатах анализа
Весовую форму получают из формы осаждения либо высушиванием, либо прокали- ванием осадка до постоянной массы. Условия перевода в гравиметрическую форму зависят от свойств осадка и его стабильности.
Высушивание в сушильном шкафу при 100-1150С используют для осадков, разлагающихся нестехиометрично при более высоких температурах. Обычно таким способом получают весовую форму при определении металлов с помощью органических реагентовосадителей, 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 высушивают легко разлагающийся
осадок цинкуранилацетата натрия NaZn(UO2)3(CH3COO)9 при гравиметрическом определении натрия. Высушиванию подвергают осадки, полученные фильтрованием через доведенные до постоянной массы стеклянные фильтры. При высушивании состав осадка не меняется, а удаляется только внешняя (гигроскопическая) влага и легко летучие примеси, например, остаток органического растворителя реагента-осадителя.
Осадок (форма осаждения), полученный при фильтровании через бумажный беззольный фильтр, предварительно высушивают вместе с фильтром в сушильном шкафу при температуре около 1000С, 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 га-
13
зовой горелки или на электрической плитке, следя за тем, чтобы фильтр не воспламенялся (во избежание потерь при сгорании фильтра). По окончании озоления тигель с осадком прокаливают в муфельной печи до постоянной массы при температуре, зависящей от природы осадка. Например, сульфат бария прокаливают при 700-9000С; при этом состав осадка не меняется, а удаляются только примеси. Температура прокаливания осадка не должна превышать 11000С, так как дальнейшее увеличение температуры может привести к разложению гравиметрической формы, например:
BaSO4 ® BaO + SO3- (> 13000C)
При прокаливании с осадком могут происходить химические превращения, приводящие к получению стабильной гравиметрической формы. Так, при определении железа гидратированная осаждаемая форма Fe(OH)3·xН2О при прокаливании переходит в весовую форму Fe2O3, а двойная соль MgNH4PO4, осаждаемая в ходе определения магния, в устойчивый пирофосфат магния – Mg 2P2O7.
Техника доведения пустого стеклянного фильтра и тигля для прокаливания, а также фильтра и тигля с осадком до постоянной массы изложена в разделе II настоящих методических указаний при описании выполнения лабораторных работ. По разности измеренных масс тигля (фильтра) с осадком и пустого тигля (фильтра) рассчитывают массу весовой формы, которую используют для расчета результатов гравиметрического анализа.
6. Расчет результатов гравиметрическом анализе
Конечным этапом гравиметрического анализа является расчет результатов определения. При этом следует обратить внимание, что достоверность вычисленного результата должна соответствовать наименьшей достоверности измеренных величин, которая при расчете результатов анализа, как правило, соответствует точности четырех значащих цифр.
Расчет результатов анализа без учета влажности анализируемого образца. Расчет массы определяемого вещества m(B) и его массовой доли в анализируемом образце w(В) проводят по схеме проведения гравиметрического анализа по методу осаждения (1.1), используя для расчета точно измеренную массу весовой формы m(C):
|
|
n(B) |
= |
|
b |
|
n(B) = |
b |
× n(C) |
m(B) |
= |
b |
× |
|
m(C) |
или: |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
n(C) c |
|
|
|
|
c |
M (B) c M (C) |
|
|
||||||||||||||||
|
m(B) = |
b |
× |
m(C) × M (B) |
= m(C) × |
b |
× |
M (B) |
= m(C) × F |
(6.1) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
c |
|
|
M (C) |
|
|
c M (C) |
B/C |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ω(B) = |
m(B) |
×100 = |
m(C) × FB/C |
×100 |
|
(6.2) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mнав |
|
|
|
mнав |
|
|
|||||||||||
где: FB/C – |
гравиметрический фактор пересчета; |
|
|
|||||||||||||||||||||||
mнав – |
масса навески анализируемого вещества, г/мл |
|
|
|||||||||||||||||||||||
При проведении анализа методом аликвотных частей в формулы (6.1) и (6.2) следует ввести множитель, учитывающий объём используемых мерной колбы (Vмк) и пипетки (Vп):
m(B) = m(C) × |
b |
× |
M (B) |
× |
Vмк |
= m(C) × F |
× |
|
Vмк |
|||||
|
|
|
|
|
V |
|||||||||
|
|
c M (C) |
|
V |
B/C |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
п |
|
ω(B) = |
m(B) |
×100 = |
m(C) × FB/C |
×100 × |
Vмк |
|
||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
mнав |
|
mнав |
|
Vп |
|
|
|
||||||
(6.3)
(6.4)
Пример 9. Рассчитать массовую долю железа в препарате, если из его навески массой 0,5000 г получили 0,3989 г прокаленного осадка Fe2O3.
14
Решение: 2Fe ® Fe2O3, то есть n(Fe) = 2n(Fe2O3) и в уравнении (6.1) b = 2, a c = 1,
тогда по уравнению (6.1):
m(Fe) = m(Fe2O3 ) × |
2 |
× |
M (Fe) |
= 0,5000 × |
2 ×55,847 |
= 0,3497г |
|
M (Fe2O3 ) |
|
||||
1 |
|
159, 69 |
|
|||
а по уравнению (6.2): |
|
|
|
|
|
|
ω(Fe) = m(Fe) ×100 = 0,3497 ×100 = 87, 67% mнав 0,3989
Пример 10. Из 25,00 мл раствора меди сульфата получен осадок CuSCN массой 0,2144 г. Вычислить титр и молярную концентрацию анализируемого раствора.
Решение: СuSO4 ® CuSCN, то есть n(Cu2+) = n(CuSCN) и в уравнении (6.1) b = c = 1,
тогда:
m(CuSO |
4 |
) = m(CuSCN) × F |
/CuSCN |
= m(CuSCN) × |
M (CuSO4 ) |
= 0, 2144 × |
159, 60 |
= 0, 2813г , |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
CuSO4 |
|
|
|
|
M (CuSCN) |
121, 62 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
следовательно: T (CuSO4 ) = |
m(CuSO4 ) |
= |
0, 2813 |
= 0, 01125г/мл |
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
V (CuSO4 ) 25, 00 |
|
|
|
|
||||||
|
|
C(CuSO4 ) = |
T (CuSO4 ) ×1000 |
= |
0, 01125 ×1000 |
= 0, 07049моль/л |
||||||||||
|
|
M (CuSO4 ) |
159, 60 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Пример 11. Навеску препарата массой 2,6340 г растворили в мерной колбе объёмом 250,0 мл. В 50,00 мл этого раствора осадили магний в виде MgNH4PO4 и прокалили осадок до Mg2P2O7, масса которого оказалась равной 0,3062 г. Рассчитать массовую долю магния в анализируемом препарате.
Решение: 2Mg ® 2 MgNH4PO4 ® Mg2P2O7, то есть n(Mg) = 2n(Mg2P2O7), следова-
тельно с учетом аликвотной части по уравнению (6.3) имеем:
m(Mg) = m(Mg P O |
) × |
2 |
× |
|
M (Mg) |
× |
Vмк |
= 0,3062 × |
|
2 × 24,312 × 250, 0 |
= 0, 2623г и |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
2 |
7 |
1 |
|
M (Mg2 P2O7 ) |
|
Vп |
283,82 ×50, 00 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
ω(Mg) = |
m(Mg) |
×100 = |
0, 2623×100 |
= 9, 96% |
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
mнав |
|
|
|
2, 6340 |
|
|
|
|
Пример 12. Для анализа смеси химически чистых СаСО3 и SrCО3 была взята навеска 0,7860 г и обработана избытком серной кислоты. Масса прокаленного осадка (CaSO4 + SrSO4) составила 1,0210 г. Вычислить массовые доли карбонатов кальция и стронция в исходной смеси.
Решение: СаСО3 ® СаSO4, и SrCO3 ® SrSO4, то есть n(СаСО3) = n(CaSO4) и n(SrCO3) = n(SrSO4). Если m(CaCO3) = x, то m(SrCO3) = 0,7860 – х, следовательно:
m(CaSO4 ) = x × M (CaSO4 ) и m(SrSO4 ) = (0, 7860 - x) × M (SrSO4 ) |
|
M (CaCO3 ) |
M (SrCO3 ) |
Тогда: m(CaSO4 ) + m(SrSO4 ) = |
x × M (CaSO4 ) |
+ |
(0, 7860 - x) × M (SrSO4 ) |
= 1, 0210 или: |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
M (CaCO3 ) |
|
M (SrCO3 ) |
|||||||
|
x ×136,14 |
+ |
(0, 7860 - x) ×183, 68 |
= 1, 0210 |
|
|
|||||||
100, 09 |
|
|
|
|
|
||||||||
147, 63 |
|
|
|
|
|
||||||||
Решая полученное уравнение получим: х = m(CaCO3) = 0,3716 г и |
|||||||||||||
ω(CaCO3 ) = |
m(CaCO3 ) |
×100 = |
0,3716 ×100 |
= 47, |
28% |
|
|||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
mнав |
0, 7860 |
|
|
|
||||||
Тогда: w(SrCO3) = 100 - w(CaCO3) = 100 – 47,28 = |
52,72% |
|
|||||||||||
Расчет результатов анализа с учетом влажности анализируемого образца. Во влажном или воздушно-сухом состоянии в веществе присутствует внешняя (гигроскопиче-
ская) влага. Удаляя эту влагу высушиванием при 100-120° С получают сухое (абсолютно
15
сухое) вещество. Внешняя влага обуславливает влажность образца w(Н2О) (в %), которая рассчитывается по формуле:
|
ω(H2O) = |
m(H2O) |
×100 |
(6.5) |
|
mвл.нав |
|||
|
|
|
|
|
где: m(Н2О) – |
масса внешней влаги в образце, г |
|
||
mвл.нав – |
масса навески влажного образца,г |
|
||
Различают также кристаллизационную (кристаллогидратную) воду, которая входит в состав химических соединений и удаляется при более высоких температурах, например, H2С2O4·2H2О, MgSO4·7H2O. Вещество, содержащее кристаллизационную воду и не имеющее внешней влаги, является сухим веществом.
Методика определения влажности образца и кристаллизационной воды в нем изложена в разделе II (раб.5).
Содержание (массовая доля) определяемого компонента во влажном образце wвл(В)
рассчитывается по известной формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
ωвл |
(В) = |
m(B) |
×100 |
|
|
|
|
|
(6.6) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mвл.нав |
|
|
|
|
|
|
|||||
Для вычисления содержания компонента в сухом веществе wсух(В) его массу относят |
||||||||||||||||||||
к массе навески сухой пробы. Тогда с учетом (6.5) и (6.6): |
|
|
|
|
||||||||||||||||
ωсух |
(В) = |
m(B) |
×100 = |
|
m(B) |
|
×100 = |
|
|
m(B) |
×100 = |
|||||||||
|
|
m |
|
- m(H |
|
|
|
ω(H2O) × mвл.нав |
||||||||||||
|
|
m |
|
|
O) |
|
mвл.нав - |
|
||||||||||||
|
|
сух.нав |
|
вл.нав |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ωвл (В) ×100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
= |
|
|
×100 = |
|
ωвл (В) |
|
|
×100 |
(6.7) |
|||||||||
|
|
m |
×(100 - ω(H |
O)) |
100 - ω(H |
O) |
||||||||||||||
|
|
|
вл.нав |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
Пример 13. Для анализа взяли 0,1534 г технического сульфата натрия и после обработки хлоридом бария получили 0,2233 г сульфата бария. Рассчитать массовую долю Na2SO4 во влажной и сухой навеске соли, если влажность образца составляет 4,25%.
Решение: Na2SO4 ® BaSO4, то есть n(Na2SO4) = n(BaSO4). Тогда по формуле (6.1):
m(Na |
SO |
4 |
) = m(BaSO |
4 |
) × F |
|
|
= m(BaSO |
4 |
) × |
M (Na2SO4 ) |
= |
0, 2233×142, 04 |
= 0,1359г |
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
Na2SO4 /BaSO4 |
|
|
|
|
|
M (BaSO4 ) |
233, 40 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Используя (6.6) и (6.7) получим: |
|
|
|
|
|
|
|
0,1359 ×100 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
ωвл |
(Na2SO4 ) = |
m(Na2SO4 ) |
×100 = |
= 88, 56% |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
mвл.нав |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1534 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
ωсух |
(Na2SO4 ) = |
ωвл (Na2SO4 ) |
×100 = |
88, 56 ×100 |
= 92, 49% |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
100 - ω(H2O) |
|
100 - 4, 25 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Пример 14. В образце хинина сульфата влажностью 1,88% найдено 0,097% суль- |
|||||||||||||||||||||||||||||
фатной золы. Пересчитать массовую долю золы на препарат с влажностью 6,37%. |
|||||||||||||||||||||||||||||
Решение: Так как массовая доля золы в пересчете на сухое вещество в образцах с |
|||||||||||||||||||||||||||||
разной влажностью одинакова (wсух.1 = wсух.2), то учитывая уравнение (6.7) имеем: |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ωвл.1 |
(золы) |
×100 |
= |
|
|
ωвл.2 (золы) |
×100 |
или: |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
100 - ω1 (H2O) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 - ω2 (H2O) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
ωвл.2 (золы) = |
ωвл.1 (золы) ×(100 - ω2 (H2O)) |
= |
0, 097 ×(100 - 6,37) |
= 0, 093% |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
(100 - ω1 (H2O)) |
|
|
|
|
|
(100 -1,88) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
16
II. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Прежде чем приступить к практическому выполнению весового анализа необходимо изучить теоретические основы метода, ход анализа и правила техники безопасности по соответствующей литературе, подготовить требуемые реактивы и посуду, а также ознакомиться с правилами взвешивания на аналитических весах и получить навыки работы на них.
1. Подготовка посуды для анализа
При выполнении весового анализа требуется следующая химическая посуда: стеклянный бюкс (весовой стаканчик, пробирка) для взвешивания твердых и жидких веществ; фарфоровые тигли для озоления фильтров и прокаливания осадков; термостойкие химические стаканы для осаждения и растворения веществ; часовые стекла; стеклянные палочки с резиновыми наконечниками и без них для отделения осадков, перемешивания, собирания частичек осадка со стенок стакана; промывалка для промывной жидкости; воронки для фильтрования; колбы для сбора фильтрата; эксикатор для охлаждения и хранения осадков.
Стеклянная посуда должна быть тщательно вымыта, так как от чистоты ее в значительной степени зависят результаты анализа. Посуду промывают водопроводной водой и загрязненные места оттирают ершами, затем тщательно моют горячим раствором соды или моющего средства, снова промывают водопроводной водой и ополаскивают дистиллированной. Посуда может считаться чистой, если на внутренних стенках не будет наблюдаться капель и вода будет стекать ровным слоем.
Фарфоровые тигли перед озолением в них фильтров с осадками протирают фильтровальной бумагой для удаления механических загрязнений и прокаливают в муфельной печи до постоянной массы, определяемой взвешиванием на аналитических весах. Для этого после первого прокаливания (0,5-1 час) тигель помещают для охлаждения до комнатной температуры в эксикатор (толстостенный стеклянный сосуд с притертой крышкой и осушителем – силикагель, прокаленный хлорид кальция, твердый гидроксид калия и др.), а затем взвешивают на аналитических весах. Эту операцию повторяют до тех пор, пока расхождение двух последних взвешиваний не будет превышать ± 0,0002 г. Иногда аналитическая методика предусматривает менее жесткие требования к разности между двумя последними взвешиваниями – до ±0,0005 г.
Пустые стеклянные фильтры тщательно промывают горячей водой и высушивают в сушильном шкафу при 110-1150С до постоянной массы аналогично описанному выше.
2. Аналитические весы и правила взвешивания на них
Приступая к взвешиванию, нужно помнить, что аналитические весы представляют собой чувствительный физический прибор, обращение с которым требует весьма большой аккуратности и осторожности. Чтобы весы не портились и взвешивание давало точный результат, строго соблюдайте следующие правила:
-перед каждым взвешиванием проверьте состояние весов;
-какие бы неисправности не были замечены при осмотре весов, чтобы ни случилось
сними во время работы, ни в коем случае не пытайтесь исправлять весы самостоятельно, а обязательно обращайтесь к преподавателю;
-не сдвигайте весы с занимаемого места;
-не ставьте на чашки весов влажных и грязных предметов;
-не взвешивайте горячих (или слишком холодных) предметов, что может вызывать изменение длины коромысла весов и привести к неправильным показаниям;
-для уменьшения влияния погрешностей взвешивания на результаты анализа все взвешивания желательно проводить на одних и тех же весах, пользуясь одним и тем же набором разновесов (гирь).
-не опирайтесь на полку, на которой установлены весы во избежание нарушения условий их работы.
17
3. Выполнение лабораторных работ Работа 1. Определение содержания бария в растворе хлорида бария
Сущность работы. Метод основан на осаждении ионов Ва2+, имеющихся в анализируемом растворе, сульфатными ионами; при этом в качестве реагента-осадителя используют раствор серной кислоты. Реакция протекает по уравнению:
Ва2+ + SO42- ↔ BaSO4↓ (белый) KS(ВаSО4) = 1,1·10-10
Осадок BaSO4 является формой осаждения и формой взвешивания.
Определению мешает присутствие ионов, дающих малорастворимые соединения с SO42-, например, Sr2+, Ca2+, Рb2+ и т.д. Наличие этих ионов в анализируемом растворе требует предварительного их отделения от бария и удаления.
Посуда и реактивы:
-стакан химический емкостью 150-200 мл – 1 шт.
-палочка стеклянная – 1 шт.
-колба для сбора фильтрата – 1 шт.
-воронка для фильтрования – 1 шт.
-промывалка – 1 шт.
-фарфоровый тигель для прокаливания – 1 шт.
-2 М раствор НС1 и 2 н. раствор H2SO4.
Выполнение работы:
Полученный для анализа раствор хлорида бария (в стакане емкостью 150-200 мл) разбавляют дистиллированной водой приблизительно до 50 мл, добавляют 5 мл 2 М раствора НС1 и нагревают почти до кипения (доводить до кипения нельзя из-за возможного разбрызгивания раствора). Одновременно в колбе нагревают смесь 10 мл 2 н. раствора H2SO4 и 40 мл дистиллированной воды. Далее медленно, по каплям и при перемешивании стеклянной палочкой приливают горячий раствор серной кислоты к горячему анализируемому раствору. Образовавшемуся осадку дают отстояться и, когда раствор над осадком станет прозрачным, делают пробу на полноту осаждения бария, осторожно добавляя по стенке стакана 1-2 капли раствора H2SO4. Для получения более крупных кристаллов, раствор с осадком оставляют до следующего занятия. После этого приступают к фильтрованию через хорошо подогнанный к воронке беззольный фильтр (синяя лента), сливая по палочке на фильтр прозрачную жидкость, не взмучивая осадка. Осадок промывают 3-4 раза методом декантации, используя для промывки разбавленный раствор H2SO4 (5 мл 2 н. H2SO4 на 100 мл дистиллированной воды).
После этого его количественно переносят на фильтр и промывают дистиллированной водой до полного удаления ионов хлора (проба с AgNO3). При фильтровании и промывке жидкость наливают в воронку не выше 2/3 высоты фильтра, иначе осадок может подняться за край фильтра.
Приливать следующую порцию жидкости на фильтр следует лишь тогда, когда предыдущая порция полностью стекла, В перерывах между приливанием отдельных порций жидкости палочку следует ставить обратно в стакан так, чтобы она не касалась носика стакана. Все время необходимо следить за тем, чтобы осадок не проходил. через фильтр; фильтрат должен быть прозрачным. Если будет замечено, что осадок начал проходить через фильтр, надо поставить под воронку другую колбу, а мутный раствор снова пропустить через фильтр. Прозрачный фильтрат периодически выливается в раковину.
Частицы осадка, приставшие к палочке и стенкам стакана, собирают протирая поверхность палочки и стакана кусочком беззольного фильтра, который затем помещают в фильтр с осадком.
После окончания промывки воронку закрывают чистой бумагой (столбик воды из трубки воронки нужно удалить) и помещают в сушильный шкаф (110-115° С). Подсушенный фильтр (он должен быть слегка влажным, но легко отставать от стенок воронки) аккуратно складывают так, чтобы осадок оказался внутри и помещают в фарфоровый тигель, предварительно прокаленный до постоянной массы. Затем тигель ставят на электро-
18
плитку (обязательно в вытяжном шкафу!!!), где фильтр медленно обугливается. После этого тигель с обугленным фильтром помещают в муфельную печь на 30-40 минут, затем охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают на аналитических весах. Прокаливание тигля с осадком повторяют несколько раз до получения его постоянной массы. Как правило, одновременно проводят не менее двух параллельных определений.
Результаты взвешиваний заносят в таблицу:
№ |
Объект |
|
Масса после прокаливания, г |
|
||
тигля |
взвешивания |
I |
|
II |
III |
IV |
|
Тигель с осадком |
|
|
|
|
|
|
Пустой тигель |
|
|
|
|
|
|
Осадок |
|
|
|
|
|
|
Тигель с осадком |
|
|
|
|
|
|
Пустой тигель |
|
|
|
|
|
|
Осадок |
|
|
|
|
|
По результатам параллельных определений (относительная погрешность не более 0,3%) по формуле (6.1) рассчитывают массу бария (хлорида бария) в анализируемом растворе.
Работа 2. Определение содержания хлора в растворимых хлоридах
Сущность работы: Метод основан на осаждении хлоридных ионов избытком раствора нитрата серебра. Реакция протекает по уравнению:
Cl- + Ag+ → AgCl↓ (белый) KS(АgС1) = 1,8·10-10.
Осадок AgCl является формой осаждения и весовой формой.
Определению мешают присутствие ионов, дающих малорастворимые соединения с ионом Ag+, например, Br, J, CNS и т.д. Наличие этих ионов в анализируемом растворе требует предварительного их отделения от хлорида и удаления.
Посуда и реактивы:
-стакан химический емкостью 200-300 мл – 1 шт.
-палочка стеклянная с резиновым наконечником – 1 шт.
-стеклянный фильтрующий тигель № 4 (плотный) – 1 шт.
-колба для фильтрования под вакуумом – 1 шт.
-промывалка – 1 шт.
-0,1 М раствор AgNO3.
-2 М раствор HNO3 и раствор HNO3 (1:1).
Выполнение работы: Навеску пробы для анализа растворяют в 100-150 мл дистиллированной воды, добавляют к раствору 1 мл HNO3 (1:1) и нагревают почти до кипения
(но не кипятят во избежании разбрызгивания!!!). К нагретому раствору медленно при-
бавляют при энергичном перемешивании 0,1 М раствор AgNO3 (примерный полуторократный объём раствора реагента-осадителя вычисляют заранее, см. разд.II.3).
Кислая среда, нагревание, избыток осадителя и перемешивание способствуют коагуляции частиц осадка, которые собираются при этом в крупные творожистые хлопья, быстро оседающие на дно стакана. Затем, прекратив перемешивание испытывают полноту осаждения, добавив к отстоявшейся жидкости по стенке стакана 2-3 капли раствора AgNO3. Добившись полного осаждения, для предохранения от пыли накрывают стакан с палочкой в нем часовым стеклом (или фильтровальной бумагой) и оставляют до следующего занятия в темноте во избежании разложения AgCl на свету.
Отделение осадка AgCl осуществляют с помощью вакуум-насоса через плотный стеклянный фильтрующий тигель № 4, предварительно тщательно промытый горячей разбавленной HNO3 (5 мл 2 М раствора НNO3 на 100 мл дистиллированной воды), горячей водой и высушенный до постоянной массы при 110° С. При фильтровании декантируют маточную жидкость по стеклянной палочке в фильтрующий тигель, наполняя его не более, чем на 3/4 объема. Затем 3-4 раза промывают осадок в стакане методом декантации
19
холодной водой, подкисленной 4-5 каплями 2 М раствора HNO3, и количественно переносят его, пользуясь стеклянной палочкой с резиновым наконечником, в фильтрующий тигель и тщательно промывают сначала разбавленным раствором HNO3, а затем водой.
Стеклянный фильтр с промытым осадком помещают в сушильный шкаф на 40-50 минут при 110-115 С, затем охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают на аналитических весах. Высушивание повторяют до получения постоянной массы фильтра с осадком. Как правило, проводят не менее двух параллельных определений.
Полученные результаты заносят в таблицу, аналогичную описанной в работе 1, а расчет массовой доли хлора в анализируемом образце проводят по формулам (6.1) и (6.2).
Работа 3. Определение содержания железа в растворе соли Мора
Сущность работы: Железо в водном растворе соли Мора – (NH 4)2Fe(SO4)2- 6Н2О определяют в виде Fe2O3, предварительно окислив ионы железа(II) раствором азотной кислоты, а затем осадив полученные ионы Fe3+ раствором аммиака:
2Fe2+ + NO3- + 3Н+ → 2Fe3+ + HNO2 + H2O
Fe3+ + 3NH4OH → Fe (OH) 3 ↓+ 3NH4+
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
Формой осаждения является аморфный осадок Fe(OH)3 – KS(Fе(ОН)3) = 3,2·10-38, а весовой формой прокаленный безводный оксид железа(III) – Fe 2O3. Определению мешают ионы Mg2+, А13+, Сг3+ и другие, образующие гидрооксиды.
Посуда и реактивы:
-стакан химический емкостью 300-400 мл – 1 шт.
-палочка стеклянная – 1 шт.
-воронка для фильтрования – 1 шт.
-колба для сбора фильтрата – 1 шт.
-промывалка – 1 шт.
-фарфоровый тигель для прокаливания – 1 шт.
-хлористый аммоний, химически чистый (х.ч.)
-концентрированная азотная кислота HN03
-концентрированный раствор NH4OH
Выполнение работы: К раствору соли Мора, полученному для анализа в стакане на 300 мл прибавляют 10 мл дистиллированной воды, 3 г NH4C1 (х.ч.) и нагревают почти до кипения (но не кипятят!). Затем добавляют по каплям при перемешивании 1-2 мл концентрированной HNO3 и продолжают нагревание еще 3-5 минут. Полученный желтый раствор разбавляют до 150 мл горячей, дистиллированной водой и осаждают бурый осадок гидроокиси железа концентрированным раствором NH4OH, осторожно по каплям добавляя его к реакционной смеси при перемешивании. Раствор с осадком оставляют на 5 мин., проверяют полноту осаждения и приступают к фильтрованию через фильтр малой плотности (красная лента). Промывание осадка осуществляется горячей водой методом декантации (5-6 раз), а затем на фильтре до отрицательной пробы на хлорид-ион.
Осаждение, фильтрование и промывание осадка заканчивают обязательно в один прием; оставлять до следующего занятия не промытый до конца осадок нельзя!
Фильтр с промытым осадком подсушивают в сушильном шкафу при 110-115° С и еще слегка влажным переносят в прокаленный до постоянной массы фарфоровый тигель. Далее фильтр обугливают на электрической плитке и прокаливают в муфельной печи при
800-900° С.
Техника выполнения операций фильтрования, промывания, обугливания и прокаливания, а также оформление результатов анализа аналогичны приведенным в работе 1 при определении бария.
Определив массу весовой формы (Fe2O3), рассчитывают массу содержащегося в анализируемом растворе железа, пользуясь соответствующим фактором пересчета (6.1).
20
Работа 4. Определение содержания никеля в водном растворе
Сущность работы: Определение никеля в растворе основано на количественном осаждении ионов Ni2+ спиртовым раствором диметилглиоксима (реактив Чугаева, C4H8O2N2) в виде внутрикомплексной соли. Реакция протекает в аммиачной среде по уравнению:
[Ni(NH3)6]2+ + 2C4H8O2N2→ [Ni(C4H7O2N2)2]↓(красный) + 2NH4+ + 4NH3 Форма осаждения – [Ni(C4H7O2N2)2]. KS[Ni(C4H7O2N2)2] = 4,3·10-24.
Весовая форма – [Ni(C4H7O2N2)2].
Определению мешает присутствие ионов Fе2+, Pd2+, образующих с диметилглиоксимом окрашенные осадки, а также ионов, дающих с NH4OH гидроксиды (например, Fe3+, Mn2+, Mg2+ и др.).
Посуда и реактивы:
-стакан химический на 300-400 мл – 1 шт.
-палочка стеклянная с резиновым наконечником – 1 шт.
-стеклянный фильтрующий тигель № 3 или № 4 – 1 шт.
-промывалка – 1 шт.
-колба для фильтрования под вакуумом – 1 шт.
-концентрированная соляная кислота
-1% "спиртовый раствор диметилглиоксима (C4H8O2N2)
-10% раствор аммиака.
Методика определения: К полученному для анализа раствору соли никеля (в стакане емкостью 300-400 мл) добавляют 5 капель концентрированной соляной кислоты, разбавляют дистиллированной водой до 200 мл и нагревают до 80-90° С (но не до кипения!). Затем в стакан прибавляют 2-3 мл 10% раствора аммиака (до слабого запаха) и 20 мл 1% спиртового раствора диметилглиоксима. Дают раствору с осадком постоять 1 час и проверяют на полноту осаждения, добавляя по стенке стакана 2-3 капли раствора диметилглиоксима. Затем осадок отделяют с помощью вакуум-насоса через плотный стеклянный фильтрующий тигель № 3 или № 4, который предварительным высушиванием при 110° С доводят до постоянной массы. Осадок промывают 3-5 раз 1% раствором аммиака, 3-5 раз дистиллированной водой и сушат да постоянной массы в сушильном шкафу при 110° С.
Техника выполнения операций фильтрования, промывания, и высушивания, а также оформление результатов анализа аналогичны приведенным в работе 2 при определении хлора.
Определив массу весовой формы (диметилглиоксимата никеля – [Ni(C 4H7O2N2)2]), рассчитывают массу содержащегося в анализируемом растворе никеля, пользуясь соответствующим фактором пересчета по формуле (6.1).
Работа 5. Определение внешней влаги и кристаллизационной воды в хлориде бария
Сущность работы: Определение массовой доли внешней влаги (влажность образца) и кристаллизационной воды в кристаллогидрате ВаС12·2Н2О осуществляется методом отгонки. При этом удаление внешней влаги происходит при высушивании анализируемого образца при 1100С, а определение кристаллизационной воды основано на разложении кристаллогидрата хлорида бария при 125° С с выделением воды:
ВаС12·2Н2О → ВаС12+2Н2О− По убыли массы пробы взятой для анализа определяют влажность образца и массо-
вую долю кристаллизационной воды в образце.
Посуда и реактивы:
-бюкс стеклянный для взвешивании – 1 шт.
-свежеперекристаллизированный химически чистый ВаС12• 2 Н20
Выполнение работы: В тщательно вымытый, высушенный и взвешенный вместе с крышкой на аналитических весах бюкс помещают около 1.5 г свежеперекристаллизиро-