2 Экспериментальная часть

2. 1 Гравиметрическое определение содержания сульфат-ионов в растворе серной кислоты

Цель работы: ознакомление с гравиметрическим анализом, овладение навыками осаждения кристаллических осадков, фильтрования через бумажные фильтры, получения весовой форм прокаливанием, взвешивания на аналитических весах.

2. 1. 1 Краткая характеристика метода

Традиционный метод определения сульфата - его осаждение хлоридом бария в виде малорастворимого сульфата бария. Первоначально образующиеся частицы сульфата бария слишком малы, чтобы их можно было фильтровать и промывать. Поэтому важным этапом является созревание осадка, в процессе которого формируются более крупные кристаллы:

Ba²⁺(р-р)+ SO₄^2-(р-р)  BaSO₄(тв.) ВaSO₄(тв.).

(ВaCl₂) мелкие частицы (кристаллы)

Сульфат бария осаждают из кислого раствора, что повышает избирательность осаждения. Однако, если кислотность раствора слишком велика, часть осадка сульфата бария растворяется. Для того чтобы осаждение считалось количественным, потеря массы сульфата бария за счет растворимости не должна превышать величину абсолютной погрешности взвешивания используемых аналитических весов (в нашем случае (2 ^.10^-4 г). Для уменьшения растворимости осадка вводят небольшой избыток осадителя (хлорида бария).

При осаждении сульфата бария роль соосаждения особенно велика. Вместе с ионами бария соосаждаются анионы, что приводит к завышению результатов определения. Из однозарядных анионов больше всех соосаждаются нитрат-ионы. Соосаждение катионов приводит к занижению результатов, так как у большинства соосажденных сульфатов металлов молекулярная масса меньше, чем у сульфата бария. При определении массы сульфат-ионов соосаждение играет настолько серьезную роль, что правильные результаты можно получить только при условии, что положительная ошибка определения, вызванная соосаждением анионов, полностью компенсируется отрицательной ошибкой, вызванной соосаждением катионов.

Для получения более крупнозернистого и чистого осадка осаждать сульфат бария следует медленно из горячего, разбавленного, хорошо подкисленного раствора при постоянном перемешивании. Для лучшего формирования кристаллов и их очистки следует оставить осадок созревать.

Тонкий кристаллический осадок сульфата бария обычно фильтруют через плотный беззольный бумажный фильтр и промывают несколько раз декантацией. Этот осадок не пептизируется, поэтому его можно промывать чистой водой. Чтобы потери в массе сульфата бария за счет растворимости при промывании были незначимы, следует избегать слишком долгого промывания осадка и прибавления больших объемов промывной жидкости. Для окончательного удаления следов примесей с поверхности осадка, находящегося на фильтре, сульфат бария несколько раз промывают на фильтре до отрицательной реакции на присутствие хлорид-ионов в промывных водах.

Сульфат бария для удаления воды прокаливают при температуре не ниже 800⁰С и взвешивают в виде ВаSО₄. При температуре выше 900 ⁰С может произойти частичная термическая диссоциация сульфата бария:

ВaSO₄  ВaO + SO₃.

В процессе сжигания фильтра необходимо принимать меры для достаточного доступа воздуха во избежание частичного восстановления сульфата бария:

ВаSO₄ + 2C BaS + 2CO₂.

Описанный метод используют для определения сульфидов, тиосульфатов и серы низких степеней окисления, предварительно окисляя эти ионы в сульфат.

2. 1. 2 Порядок проведения работы

Рассчитывают, какой объем 4%-ного раствора хлорида бария нужно взять для осаждения, предполагая, что анализируемый раствор содержит до 0,3 г сульфат-иона. Вычисленный объем раствора хлорида бария увеличивают в 1,3 раза, так как для достижения полноты осаждения достаточно 30%- ного избытка осадителя.

2. 1. 3. Подготовка фарфоровых тиглей

Для выполнения анализа выбирают два фарфоровых тигля. Чистые сухие маркированные тигли с помощью тигельных щипцов помещают в муфельную печь и прокаливают 40 мин при температуре 800 ⁰С. Тигли охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, затем взвешивают. Для вторичного прокаливания тигли помещают в муфельную печь на 20 мин, после чего охлаждают и взвешивают. Если вторая масса отличается от первой не более чем на 0,0002 г, то можно считать, что постоянство массы тигля достигнуто, и он готов для выполнения анализа. В противном случае прокаливание с последующим взвешиванием проводят еще раз. Результаты взвешивания каждый раз записывают в лабораторный журнал. В процессе доведения до постоянной массы тигли должны находиться либо в муфельной печи, либо в эксикаторе, либо на чашке весов. Хранить тигли на воздухе, а также держать открытым эксикатор недопустимо.

2. 1. 4 Осаждение сульфата бария

В два чистых и подписанных стакана объемом 250...300 см³ наливают для двух параллельных определений раствор серной кислоты. Помещают в каждый стакан стеклянную палочку. Во избежание потерь вещества стеклянную палочку не вынимают из стакана до конца анализа. Анализируемые растворы разбавляют дистиллированной водой примерно до 100 см³ (во избежание разбрызгивания содержимого стаканов воду лить по палочке!), нагревают на водяной бане почти до кипения.

В два стакана объемом 100...200 см³ отмеряют с помощью цилиндра вычисленный объем 4%-ного раствора хлорида бария. Раствор осадителя разбавляют равным объемом дистиллированной воды и нагревают почти до кипения (не кипятить!).

Горячий раствор хлорида бария очень медленно, по каплям приливают к горячему раствору серной кислоты, постоянно перемешивая содержимое стакана стеклянной палочкой (следует избегать касания палочкой стенок и дна стакана!). Раствор осадителя должен литься по палочке, а не падать каплями в середину стакана во избежание разбрызгивания. Не вынимая палочку, стаканы с осажденным сульфатом бария накрывают листом фильтровальной бумаги и оставляют на горячей водяной бане. Как только сульфат бария осядет, проверяют полноту осаждения сульфат-ионов. Для этого осторожно по стенке стакана приливают несколько капель хлорида бария и наблюдают, не появится ли муть в местах падения капель осадителя. Появление мути означает, что полнота осаждения не достигнута и следует добавить еще 2...3 мл раствора осадителя. При достижении полноты осаждения накрытые стаканы с сульфатом бария оставляют до следующего заняти

2. 1. 5 Фильтрование и промывание сульфата бария

Плотный беззольный фильтр (синяя лента) складывают соответствующим образом и подгоняют к воронке. Край фильтра должен быть на 1 см ниже верхнего края воронки. Затем помещают воронку с фильтром в кольцо штатива и подставляют под воронку чистый стакан. Стакан с осадком подносят к воронке осторожно, чтобы ни одна капля раствора не попала мимо фильтра, достают палочку из стакана, ставят ее почти вертикально над воронкой. Опускают конец палочки в воронку на глубину около 2 см в той части фильтра, где он имеет три слоя. Прислонив носик стакана к палочке и наклоняя его, аккуратно деканти-руют маточный раствор на фильтр, стараясь не взмучивать осадок. Уровень жидкости на фильтре всегда должен быть примерно на 5 мм ниже его края. Осадок в стакане промывают 2-3 раза декантацией. Для этого добавляют из промывалки 15...20 см³ холодной дистиллированной воды, палочкой перемешивают осадок и после его оседания как можно полнее декантируют промывную жидкость на фильтр. Фильтрат из стакана, стоящего под воронкой, выливают.

Взмучивая осадок с помощью небольших порций воды и не давая ему отстаиваться, переносят осадок по палочке на фильтр. Маленьким влажным кусочком беззольного фильтра обтирают палочку и помещают этот кусочек в фильтр с осадком. Для перенесения частиц осадка, оставшихся на стенках стакана, с помощью палочки протирают стакан внутри другим влажным кусочком беззольного фильтра и помещают его в фильтр с осадком. После перенесения осадка на фильтр следует внимательно осмотреть стенки стакана, чтобы убедиться, что осадок перенесен количественно, т. е. в стакане не осталость частиц осадка.

Осадок на фильтре промывают 3 - 4 раза водой, направляя струю из промывалки на верхнюю часть фильтра. Каждую последующую порцию воды быстро прибавляют после полного стекания предыдущей, так как целью промывания является удаление примесей с промывной жидкостью, а не их разбавление. Последние промывные воды проверяют на полноту промывания осадка, т. е. на отсутствие хлорид - ионов в фильтрате. Для этого в пробирку помещают 2...3 капли раствора нитрата серебра, 1...2 капли раствора азотной кислоты (1: 1) и

2...3 капли фильтрата. Полнота промывания достигнута, если в пробирке нет осадка хлорида серебра.

2. 1. 6 Получение весовой формы сульфата бария

Если осадок отмыт, то дают полностью стечь промывной жидкости, после чего фильтр с осадком слегка подсушивают. Для этого воронку с осадком накрывают листом фильтровальной бумаги и на несколько минут помещают вертикально в сушильный шкаф с температурой 100...120 ⁰С (фильтр после просушивания должен оставаться слегка влажным). Фильтр с осадком помещают в тигель, доведенный до постоянной массы.

Для озоления фильтра тигель с осадком берут с помощью тигельных щипцов и вносят в открытую муфельную печь (сильного и быстрого нагревания следует избегать, так как может произойти выброс осадка). Некоторое время тигель не ставят на дно печи, а держат с помощью щипцов в руках. Когда вся влага будет удалена, фильтр постепенно начнет обугливаться. Во избежание восстановления сульфата бария углем следует обеспечить хороший доступ воздуха, для этого тигель держат неглубоко и чуть-чуть наклоненным наружу. Он не должен загораться во избежание выброса частиц осадка. Если загорание произойдет, то сразу же достают тигель из муфельной печи в специальную подставку и плотно закрывают его крышкой. Когда горение прекратится, крышку убирают и опять помещают тигель в муфельную печь. Когда фильтр полностью обуглится и перестанет выделяться дым, помещают тигель с осадком в муфельную печь с температурой 800 ⁰С и доводят до постоянной массы так же, как это описано ранее для пустых тиглей. Результаты взвешивания каждый раз записывают в лабораторный журнал.

2. 1. 7 Представление результатов анализа

Исходя из массы сульфата бария, рассчитывают массу сульфат-ионов, содержащихся в анализируемом растворе. Результаты двух параллельных определений вместе с кратким отчетом сдают преподавателю для проверки.

2. 1. 8 Обработка результатов анализа

Результаты измерения массы пустого тигля (доведенного до постоянной массы) и тигля с осадком (так же доведенного до постоянной массы) заносят в журнал. Рассчитывают массу осадка (m ) и гравиметрический фактор (F= ). Содержание сульфат-ионов рассчитывают по формуле:

m = m ^. F.

2. 1. 9 Содержание отчета о работе

Отчет должен содержать следующие разделы:

1) цель работы;

2) основные теоретические положения, используемые в данной работе;

3) расчетные формулы, уравнения и расчеты по ним;

4) выводы о проделанной работе;

5) решение задач.

2. 1. 10 Приборы, посуда и реактивы

1) Муфельная печь, обеспечивающая температуру нагрева от 800...900 ⁰;

2) весы лабораторные рычажные 1 и 2-го классов точности;

3) фарфоровые стаканы для прокаливания (тигли);

4) эксикатор;

5) кальций хлористый, прокаленный при температуре 700...800 ⁰С, для заполнения эксикатора или силикагель;

7) хлорид бария с массовой долей 4 %;

8) нитрат серебра с массовой долей 1 %;

9) азотная кислота, раствор (1: 1);

10) вода дистиллированная;

11) стаканы химические объемом 250 см³;

12) палочки стеклянные;

13) цилиндры мерные объемом 10 и 100 см³;

14) бумага фильтровальная (синяя лента).