Занятие №16

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ДОЛИ ЖЕЛЕЗА

В РАСТВОРИМЫХ СОЛЯХ ЖЕЛЕЗА(II) ИЛИ ЖЕЛЕЗА(III)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться применять метод осаждения для определения массовой доли компонента в образце путем получения в качестве осаждаемой формы аморфного осадка и прокаливания последнего до постоянной массы.

ЦЕЛЕВЫЕ ЗАДАЧИ:

1. Доведение тигля до постоянной массы.

2. Расчет оптимальной массы навески образца. Расчет оптимального объема осадителя – раствора аммиака.

3. Взятие навески образца точно известной массы.

4. Растворение навески. Окисление железа(II) до железа(III) азотной кислотой.

5. Получение осаждаемой формы в виде аморфного осадка железа(III) гидроксида.

6. Отделение осадка железа(III) гидроксида от маточного раствора фильтрованием.

7. Промывание осадка железа(III) гидроксида.

8. Получение гравиметрической формы железа(III) оксида путем прокаливания осадка железа(III) гидроксида до постоянной массы.

9. Расчет массовой доли железа в образце.

    10. Статистическая обработка результатов параллельных определений массовой доли железа в образце.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Посуда (в расчете на 1 студента):

1. Бюкс 1 шт.

2. Колба плоскодонная термостойкая вместимостью 500 мл 5 шт.

3. Тигель фарфоровый с крышкой 1 шт.

4. Стакан химический термостойкий вместимостью 400 мл 1 шт.

5. Стакан химический термостойкий вместимостью 100 мл 1 шт.

6. Воронка для фильтрования 1 шт.

7. Палочка стеклянная с резиновым наконечником 1 шт.

8. Палочка стеклянная с острым концом 1 шт.

10. Пипетка с резиновым колпачком 1 шт.

11. Полумикропробирка 1 шт.

12. Цилиндр мерный вместимостью 100 или 200 мл 3 шт.*

13. Эксикатор большой 1 шт.*

14. Эксикатор малый 3 шт.*

  * – в расчете на 15 человек

Реактивы (квалификации «ч.д.а.» или «х.ч.»):

1. Растворимые соли железа(II) или железа(III): железоаммонийные квасцы, соль Мора и др.;

2. Кислота азотная, концентрированная;

3. Аммиак, 10%-ный раствор;

4. Аммония нитрат, 1%-ный раствор;

5. Бария хлорид, 0,2 моль/л раствор.

Приборы (в расчете на 15 человек):

1. Весы аптечные (или технохимические) с разновесом   2 шт.

2. Весы аналитические с разновесом    5 шт.

3. Горелка газовая 15 шт.

4. Печь муфельная   1 шт.

5. Шкаф сушильный   1 шт.

Другое необходимое оборудование:

1. Фильтр беззольный «красная лента» 15 шт.

2. Штатив с набором лапок и колец 15 шт.

3. Щипцы тигельные   5 шт.

4. Щипцы муфельные  1 шт.

5. Сетка асбестовая 15 шт.

6. Треугольник фарфоровый 15 шт.

7. Средства моющие,

8. Ерши для мытья посуды,

9. Спички,

10. Полотенце, мыло.

Методика определения массовой доли железа

в растворимых солях железа(II) или железа(III)

1. Сущность методики

Определение железа в растворимых солях железа(II) или железа(III) основано на предварительном окислении железа(II) до железа(III), осаждении железа(III) гидроксида (осаждаемая форма), прокаливании и взвешивании железа(III) оксида (гравиметрическая форма).

Ион железа(III) осаждают в виде практически нерастворимого (K_S = 6,3 • 10^–38) аморфного осадка железа(III) гидроксида действием аммиака:

Fe³⁺ +3NH₃ • H₂O = Fe(OH)_3(T) + 3NH₄⁺

Вместо аммиака для осаждения не следует применять едкие щелочи, так как осадок железа(III) гидроксида адсорбирует заметные количества щелочей, которые плохо удаляются при промывании осадка.

При осаждении раствором аммиака необходимо, чтобы железо в растворе было в окисленной форме. Ион железа(II) количественно не осаждается аммиаком, поскольку наряду с образованием труднорастворимого гидроксида образуются также растворимые аминокомплексы железа(II). В связи с этим после растворения навески анализируемого образца в воде железо(II) окисляют до железа(III) действием концентрированного раствора азотной кислоты (или раствора пероксида водорода) при нагревании:

3Fe²⁺ + NO^–₃ + 4H⁺ = 3Fe³⁺ + NO_(Г) + 2H₂O

Обработке азотной кислотой подлежат как соли железа(II), так и соли железа(III). Так как в последних, в результате попадания органической пыли из воздуха, может происходить частичное восстановление железа(III) до железа(II).

Следует отметить, что азотная кислота служит не только для окисления железа(II), но и для предотвращения гидролиза солей железа, который протекает с образованием труднорастворимых основных солей этого элемента:

Fe³⁺ + H₂O + Cl ^– = Fe(OH)₂Cl_(Т) + 2H⁺

Если железо(II) не полностью окислилось до железа(III), то при действии аммиака вместо красно-коричневого осадка железа(III) гидроксида образуется черный осадок железа(II) и железа(III) гидроксида неопределенного состава, очень устойчивый при прокаливании. Поэтому, если получается черный осадок, то его растворяют в разбавленном растворе азотной кислоты при нагревании и повторяют осаждение аммиаком.

Осаждаемая форма – железа(III) гидроксид, в силу своей природы образует объемистые аморфные осадки, для которых характерна ярко выраженная адсорбционная способность. Количество адсорбированных примесей зависит от размера поверхности осадка. Поэтому осаждение железа(III) гидроксида проводят в условиях, обеспечивающих получение хорошо скоагулированного компактного осадка с наименьшей поверхностью. По методу Тананаева осаждение проводят при большом пересыщении раствора относительно осаждаемой формы в следующих условиях:

а) осаждение ведут из концентрированного раствора концентрированным                раствором осадителя;

б) раствор осадителя добавляют быстро;

в) для предотвращения образования коллоидных частиц осаждение ведут из горячего раствора, желательно, в присутствии электролита-коагулянта.

После осаждения раствор с аморфным осадком немедленно разбавляют горячей водой (для уменьшения загрязнения осадка адсорбированными примесями) и сразу же фильтруют.

При фильтровании аморфного осадка используют неплотный беззольный фильтр «красная лента». Осадок можно промывать горячей водой (при этом потери вещества, вследствие очень малой растворимости осадка, ничтожны, а использование горячей воды предупреждает пептизацию осадка). Однако, для более эффективного предупреждения пептизации рекомендуется промывание осадка проводить горячим разбавленным раствором электролита-коагулянта.

В качестве последнего следует использовать аммония нитрат, но не аммония хлорид, так как использование аммония хлорида может привести к потерям вещества в результате улетучивания железа(III) хлорида при последующем прокаливании осадка.

Гравиметрическая форма – железа(III) оксид, получается путем прокаливания осаждаемой формы при температуре 800-900°С:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O_(Г)

Прокаливание при более высокой температуре проводить не следует во избежание частичного термического разложения железа(III) оксида:

6Fe₂O₃ = 4Fe₃O₄ + O_2(Г)

Газы, образующиеся при озолении фильтра, а также продукты неполного сгорания светильного газа в горелке, могут восстанавливать железо(III) оксид до железа(II) и железа(III) оксида, до железа(II) оксида и даже до металлического железа. Чтобы избежать этого, необходимо при прокаливании обеспечить к осадку достаточный доступ воздуха.

Массовую долю (в процентах) железа в образце рассчитывают по массам гравиметрической формы и взятой навески образца.

Основные источники погрешностей при определении железа обусловлены содержанием в растворе аммиака кремневой кислоты, которая соосаждается с железа(III) гидроксидом. Поэтому нельзя пользоваться раствором аммиака, который долго хранился в стеклянной посуде. Если железо(III) гидроксид осаждается из раствора, содержащего хлориды, то недостаточно промытый осадок может содержать значительное количество соосажденного железа(III) хлорида, которое улетучивается при прокаливании осадка. Примесь кремниевой кислоты дает завышенные результаты, а примесь железа(III) хлорида и превращение оксида железа(III) в железа(II) и железа(III) оксид дает заниженное содержание железа.