2. Расчет массы или объема пробы для анализа и объема раствора реагента-осадителя

Величина массы пробы для анализа не может быть выбрана произвольно, а определяется требуемой точностью (погрешностью) при минимальных трудозатратах. Расчет навески производится, исходя из предполагаемой массы гравиметрической формы, приблизительного содержания определяемого компонента в анализируемой пробе и требуемой точности определения. Масса гравиметрической формы определяется, с одной стороны, погрешностью весов, с другой стороны, оптимальной массой осаждаемой формы. Погрешность аналитических весов составляет 110^-4 г. Поскольку относительная ошибка гравиметрического определения не должна превышать 0,1 %, то погрешность взвешивания должна составлять не более 0,1 % от минимальной массы гравиметрической формы. Следовательно , то есть m_{min гр. ф.}  0,1 г.

Практически принято, что в зависимости от характера осаждаемой формы минимальная масса гравиметрической формы должна быть равной 0,25–0,5 г для кристаллических осадков (большинство солей) и 0,1–0,15 г для аморфных осадков (все гидрорксиды, некоторые соли, например, AgCl). При использовании больших навесок существенно возрастает длительность операций фильтрования и промывания осадков.

Расчет навески анализируемого вещества проводят следующим образом: задают массу гравиметрической формы с учетом характера осаждаемой формы; рассчитывают массу определяемого компонента в навеске, используя фактор пересчета; рассчитывают навеску анализируемой пробы, зная приблизительное содержание определяемого компонента, например, массовую долю _{опр. в-ва}, %.

,

.

Количество реагента-осадителя берут с избытком по отношению к стехиометрически рассчитанному количеству, поскольку неизвестно точное содержание определяемого компонента, и с целью уменьшения растворимости осадка. Эмпирически установлено, что для количественного осаждения достаточно создать полуторакратный избыток нелетучего осадителя и трех-пятикратный избыток летучего реагента-осадителя. При большом избытке осадителя возможно повышение растворимости осадка за счет увеличения ионной силы раствора и процессов комплексообразования.

Осаждение считается практически полным, если потери осадка не превышают погрешности взвешивания (0,0002 г) или 0,1 % от массы гравиметрической формы. В практике гравиметрического анализа принято считать осаждение полным при остаточной равновесной концентрации ионов определяемого компонента меньше 10^‑6 моль/л.

Пример 2.1. Гравиметрический анализ проводился по следующей схеме:

Железная руда	Fe3O4		Fe3+		Fe(OH)3		Fe2O3
Анализируемый объект	Определяемый компонент  45 % (масс.)		Раствор	Осаждаемая форма		Гравиметрическая форма

Необходимо рассчитать навеску анализируемого вещества и объем реагента-осадителя. В качестве реагента-осадителя используется водный раствор аммиака с массовой долей 25 %.

Решение.

1. Расчет навески анализируемого вещества

Схема анализа с учетом стехиометрических коэффициентов:

2Fe3O4



6Fe3+



6Fe(OH)3



3Fe2O3

Задаем массу гравиметрической формы, исходя из структуры осаждаемой формы (аморфной или кисталлической).

Принимаем массу гравиметрической формы Fe₂O₃ равную 0,1 г, поскольку осаждаемая форма Fe(OH)₃ – аморфный осадок.

Рассчитаваем массу определяемого компонента Fe₃O₄:

.

.

Зная массовую долю Fe₃O₄ в руде ( = 45 %), рассчитываем аналитическую навеску:

.

2. Расчет количества реагента-осадителя.

Уравнение реакции осаждения:

Fe3+	+	3NH3H2O		Fe(OH)3	+	3NH4+
1 моль	:	3 моль	:	1 моль	:	3 моль

Количество ионов железа можно рассчитать, зная количество Fe₂O₃ (или Fe₃O₄): 2Fe³⁺  Fe₂O₃ (или 3Fe³⁺  Fe₃O₄).

Рассчитываем стехиометрическое количество аммиака по реакции осаждения:

Тогда масса аммиака: .

Рассчитываем массу 25 % водного раствора аммиака:

.

Плотность 25 % раствора аммиака  = 0,907 г/см³ (см. справочник).

Рассчитываем объем 25 % раствора аммиака.

.

Поскольку аммиак – летучее вещество, для анализа требуется пятикратный избыток: V(р-ра NH₃)  1,5 мл.

Задачи

В табл. 2.1. предложены задачи, в которых требуется рассчитать навеску анализируемого вещества, объем раствора реагента-осадителя, а также написать уравнения реакций, используемых при проведении анализа. При расчетах принять массы гравиметрических форм 0,5 г – в случае кристаллических осадков и 0,1 г – в случае аморфных осадков. Плотности разбавленных растворов солей (реагентов-осадителей) принять равными 1 г/см³.

Таблица 2.1

Данные для расчета массы аналитической навески и объема реагента-осадителя

Номер задачи	Анализируемый объект и массовая доля определяемого компонента (или примесей), %	Осаждаемая форма	Гравиметри-ческая форма	Реагент-осадитель и его концентрация
1	2	3	4	5
41	Сернистое железо, 30 % серы	BaSO4	BaSO4	BaCl22H2O, 5 %
42	Полевой шпат, 8% Al	Al(OH)3	Al2O3	NH3, 20 %
43	Технический MgSO47H2O, 5 % примесей	MgNH4PO4	Mg2P2O7	Na2HPO4, 1 M
44	Фосфорит, 15 % Р2О5	MgNH4PO4	Mg2P2O7	MgCl2, 0,5 M
45	Сидерит, 75 % FeCO3	Fe(OH)3	Fe2O3	NH3, 10 M
46	Смесь 40 % NaCl 60 % KCl	AgCl аморфн.	AgCl	AgNO3, 0,1 M

Продолжение табл. 2.1

1	2	3	4	5
47	Урановая смоляная руда, 20 % U3O8	(NH4)2U2O7	U3O8	NH3, 10 %
48	Урановая руда, 4 % U	UO2(NH4)PO4	(UO2)2P2O7	(NH4)2HPO4, 10 %
49	Берилл Al2O33BeO6SiO2, 50 % пустой породы	Be(OH)2	BeO	NH3, 25 %
50	Хризоберилл BeOAl2O3, 15 % примесей	BeNH4PO4	Be2P2O7	(NH4)2HPO4, 10 %
51	Гашеная известь Са(ОН)2 15 % примесей	СаС2О4	СаО	(NH4)2C2O4H2O 4 %
52	Рутил, 70 % TiO2	TiO(OH)2	TiO2	NH3, 20 %
53	Монацит, 5 % Th	Th(C2O4)2	ThO2	H2C2O42H2O, 10 %
54	Монацит, 5 % ThO2	Th(OH)4	ThO2	NH3, 25 %
55	Лопарит, 40 % TiO2	Ti(C6H9O2N3)4, Купферонат титана (IV) аморфн.	TiO2	Купферон C6H9O2N3, 6 %
56	Хлорид натрия, 30-40 % примесей	AgCl аморфн.	AgCl	AgNO3, 2 %
57	Сульфид аммония, 10 % примесей	BaSO4	BaSO4	BaCl22H2O, 5 %
58	Криолит Na3AlF6, 20 % примесей	Al(C9H6ON)3Оксихино-линат Al	Al(C9H6ON)3	Оксихинолин C9H7ON, 0,5 %
59	Медный купорос СuSO45Н2О, 5 % примесей	BaSO4	BaSO4	BaCl22H2O, 4 %
60	Урановый концентрат, 15 % U	U(C6H9O2N3)4, Купферонат урана (IV) аморфн.	U3O8	Купферон C6H9O2N3, 6 %
61	Железная руда, 40-50 % Fe3O4	Fe(OH)3	Fe2O3	NH3, 15 %
62	Оловянная руда, 20 % олова	Sn(OH)4	SnO2	NH3, 15 %
63	Циркон, 63 % ZrO2	Zr(HPO4)2	ZrP2O7	(NH4)2HPO4, 15 %
64	Эвдиалит, 4 % Се2О3	Се2(С2О4)3	СеО2	(NH4)2C2O4H2O 10 %

Продолжение табл. 2.1

1	2	3	4	5
65	Микролит, 3 % Bi2O3	Bi2(C2O4)3	Bi2O3	(NH4)2C2O4H2O 10 %

В табл. 2.2. предложены задачи, в которых требуется рассчитать объем проб анализируемых растворов и растворов реагентов-осадителей, а также написать уравнения протекающих реакций.

Таблица 2.2

Данные для расчета объема проб анализируемого раствора и объема реагента-осадителя

Номер задачи	Определяемый компонент и его концентрация в анализируемом растворе	Осаждаемая форма	Гравиметри-ческая форма	Реагент-осадитель и его концентрация
66	CeCl3, 0,01 M	Ce(OH)3	CeO2	NH3, 10 %
67	UO2SO43H2O, 2 %	UO2NH4PO4	(UO2)2P2O7	(NH4)2HPO4, 10 %
68	UO2(NO3)26H2O, 0,05 M	(NH4)2U2O7	U3O8	NH3, 10 %
69	TiOSO4, 1 M	TiO(OH)2	TiO2	NH3, 15 %
70	Sr(NO3)2, 1 M	SrSO4	SrSO4	H2SO4, 0,05 M
71	BeCl2, 0,5 M	Be(OH)2	BeO	NH3, 15 %
72	CaCl2, 1 M	CaC2O4	CaO	(NH4)2C2O4H2O, 10 %
73	BaCl2, 10 г/л	BaSO4	BaSO4	H2SO4, 10 %
74	Fe2(SO4)3, 0,05 M	Fe(OH)3	Fe2O3	NH3, 10 %
75	MgCl2, 0,5 M	MgNH4PO4	Mg2P2O7	Na2HPO4, 1 M
76	Al(NO3)3, 0,1 M	Al(OH)3	Al2O3	NH3, 10 %
77	Pb(NO3)2, 0,05 M	PbMoO4	PbMoO4	Na2MoO4, 0,1 M
78	Th(NO3)4, 0,05 M	Th(C2O4)2	ThO2	H2C2O42H2O, 15 %
79	BeCl2, 0,5 M	BeNH4PO4	Be2P2O7	(NH4)2HPO4, 15 %
80	AgNO3, 0,05 M	Ag2CrO4	Ag2CrO4	K2CrO4, 0,1 M