Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

Бийский технологический институт (филиал)

Н. В. Степанова, А. Л. Верещагин

Весовой (гравиметрический) метод анализа

Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу

«Аналитическая химия» для студентов специальностей

251200, 251100, 270500, 070100 И 351100 всех форм обучения

Барнаул 2004

УДК 543. 257

Степанова Н. В., Верещагин А. Л. Весовой (гравиметрический) метод анализа: Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу «Аналитическая химия» для студентов специальностей 251200, 251100, 270500, 070100 и 351100 всех форм обучения

Алт. гос. техн. ун-т, БТИ.-Бийск:

Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2004.- с.

Методические рекомендации составлены для студентов специальностей (251100), «Химическая технология органических соединений азота», «Химическая технология полимерных композиций порохов и твёрдых ракетных топлив (251200), «Биотехнология» (070100), «Технология бродильных производств и виноделие» (270500), «Товароведение и экспертиза товаров» (351100) в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (Москва, 2000 г.).

Настоящие методические рекомендации содержат основные сведения о гравиметрическом методе анализа различных веществ.

Приводятся краткие теоретические положения этого распространённого метода анализа и рекомендации к выполнению нескольких лабораторных работ.

Методических рекомендации содержат вопросы и задачи для контроля знаний студентов по рассматриваемой теме.

Методические рекомендации рассмотрены

и утверждены на на заседании кафедры общей

химии и экспертизы товаров.

Протокол № от 2004 г.

Рецензент: доктор химических наук, профессор кафедры общей химии и экспертизы товаров Аксененко В. М.

1 Теоретическая часть

1. 1 Основы гравиметрического метода анализа

Сущность гравиметрического анализа заключается в том, что взвешиванием на аналитических весах измеряют массу определяемого компонента. Для этого его выделяют либо в виде элемента, либо в виде соединения определенного состава.

Гравиметрия является абсолютным методом анализа, так как измеряемый аналитический сигнал сразу же дает количество определяемого компонента при условии полноты превращения и чистоты выделенного вещества.

Гравиметрия является наиболее простым, точным, хотя и продолжительным методом анализа. При анализе простых образцов с содержанием определяемого компонента свыше 1 % точность гравиметрического анализа редко удается превзойти с помощью других методов. Гравиметрические методы широко применяются для количественного определения неорганических и органических веществ.

Гравиметрические методы подразделяют на методы отгонки, выделения и методы осаждения. В методах отгонки определяемый компонент выделяют из пробы в виде летучего соединения с последующим определением массы отогнанного вещества (прямое определение) или массы остатка (косвенное определение). Поскольку методы отгонки базируются на летучести определяемых компонентов, они не универсальны и малочисленны.

В методе выделения определяемый компонент количественно осаждают в виде простого вещества.

Наибольшее значение в гравиметрии имеют методы осаждения. В методе осаждения определяемый компонент количественно осаждают химическими способами в виде малорастворимого химического соединения строго определенного состава (форма осаждения). Выделившийся осадок промывают, высушивают и прокаливают. При этом осадок большей частью превращается в новое вещество точно известного состава, которое взвешивают на аналитических весах (гравиметрическая форма).

Гравиметрическая форма может иметь ту же формулу, что и форма осаждения. Например, при определении сульфат-ионов гравиметрическим методом путем осаждения их ионами бария формула формы осаждения (осадка) и формула гравиметрической формы при соблюдении всех требуемых условий анализа одна и та же. Схема этого определения представляется следующим образом:

SO₄^2- BaSO₄ BaSO₄.

определяемое форма гравиметрическая

вещество осаждения форма

В некоторых гравиметрических методах определения путем осаждения формула гравиметрической формы отличается от формулы осадка. Например, при определении ионов железа, осаждаемых в виде гидроокиси, схема определения следующая:

2 Fe³⁺ Fe(OH)₃  Fe₂O₃

определяемое форма гравиметрическая

вещество осаждения форма

или для определения ионов кальция:

Ca²⁺ CaC₂O_{4 >} CaO.

определяемое форма гравиметрическая

вещество осаждения форма

Твердая фаза выделяется из раствора благодаря различным по характеру, но параллельно протекающим процессам. К этим процессам относятся:

1) образование кристаллических зародышей или первичных кристаллов;

2) выделение твердой фазы на поверхности кристаллических зародышей;

3) объединение маленьких кристаллов в большие агрегаты.

Эти процессы могут идти двумя путями, которые определяют форму осадка, т.е. образование кристаллического или аморфного осадка.

Все перечисленные процессы происходят лишь при условии, если произведение концентраций (точнее активностей) соответствующих ионов.

Осадитель необходимо прибавлять очень медленно, по каплям (особенно в начале осаждения).

При добавлении осадителя раствор необходимо непрерывно перемешивать во избежание пересыщений.

Осаждение необходимо вести из горячих растворов.

Отфильтровывать осадок необходимо только после охлаждения раствора.

При осаждении необходимо прибавлять вещества, повышающие растворимость осадка.

Однако, даже при соблюдении этих условий, помимо крупных кристаллов может получаться и некоторое количество мелких. Чтобы их стало меньше, осадок необходимо оставлять стоять несколько часов (или до следующего занятия) для созревания (старения). При созревании мелкие кристаллы растворяются и за их счет растут крупные.

1. 3 Оптимальные условия осаждения аморфных осадков

Осаждение аморфных осадков необходимо вести из горячих растворов и в присутствии коагулирующего электролита, т.к. они склонны к образованию коллоидных растворов.

Для предупреждения явления адсорбции осаждение аморфных осадков следует вести из концентрированных растворов.

После окончания осаждения к раствору с осадком необходимо прилить большой объем (до 100 см³) воды и смесь перемешать. При этом часть адсорбционных ионов перейдет в раствор.

Аморфный осадок не рекомендуется оставлять в соприкосновении с раствором, поэтому его отфильтровывают сразу после образования.

1. 4 Расчеты в гравиметрии

Расчет массы определяемого компонента в гравиметрии не вызывает затруднений, поскольку он базируется на законе сохранения стехиометрического состава. Прежде всего следует записать схему гравиметрического определения компонента, который может быть атомом, ионом или молекулой, для простоты назовем его А:

аА   bA_kB_m ,

определяемый весовая

компонент форма

где a и b - такие целые числа, которые уравнивают число атомов определяемого компонента в левой и правой частях: схемы гравиметрического анализа (в данном случае а = b-k).

В реальном эксперименте имеют дело с реальными количествами определяемого компонента и весовой формы. Естественно, что эти величины связаны между собой:

n_А/n_в.ф.= а/b, (1)

где n_А - число молей определяемого компонента A,

n_В.ф. - число молей весовой формы.

Очевидно, что:

n= , n_в.ф.= , (2)

где m_A - масса определяемого компонента, г;

M_A - относительная молекулярная (ионная, атомная) масса определяемогокомпонента;

m_В.ф - масса весовой формы;

М_В.Ф. - относительная молекулярная масса весовой формы.

В итоге получаем, что

. (3)

Тогда масса определяемого компонента равна:

m_А= ^.m_{В.Ф .} (4)

Константу, позволяющую пересчитать массу весовой формы в массу определяемого компонента, называют гравиметрическим или аналитическим фактором (множителем) F и вычисляют по формуле:

F= (5)

Вычисленный гравиметрический фактор также должен быть представлен числом с четырьмя значащими цифрами. В итоге расчет массы определяемого компонента по результатам гравиметрического анализа проводят по формуле:

m_{А =} F^. m_В.Ф. (6)