УМП КОЛИЧ.АНАЛИЗПрактическое руководство. Учебное пособие по количественному химическому анализу Учеб пособие. Уфа Издво угнту, 2005. 111 с
 Скачать 1.33 Mb.
|
|
3.3 Варианты домашних заданий.
4. МЕТОД ГРАВИМЕТРИИ В гравиметрическом анализе о содержании определяемого вещества (элемента, иона) в исследуемой пробе судят по массе осадка, полученного после осаждения этого элемента (иона) из вещества в виде какого-либо труднорастворимого соединения. В методе осаждения навеску анализируемого вещества переводят в раствор, определяемый ион переводят в труднорастворимый осадок. Осадок отделяют фильтрованием, промывают, прокаливают, взвешивают. По массе прокаленного осадка и его формуле рассчитывают содержание в нем данного иона. Этот анализ очень точный, так как применяется только один измерительный прибор – аналитические весы. Так как при прокаливании многие осадки претерпевают химические изменения, то взвешивают часто какое-то другое соединение, а не то, которое было получено при осаждении. Например, при определении Fe3+ осаждаемой формой является гидроксид Fe(OH)3, весовой формой является безводный оксид Fe2O3, образующийся из указанного гидроксида при прокаливании 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O. Вследствие этого в гравиметрическом анализе различают осаждаемую форму осадка и весовую форму. Осаждаемая формадолжна: а) иметь малую растворимость (ПР<1·10-8); б) иметь по возможности кристаллическую структуру; в) легко превращаться в весовую форму. Весовая форма должна: а) точно соответствовать своей формуле; б) быть химически устойчивой; в) содержать как можно меньше определяемого иона. Эти требования к осадкам определяют выбор осадителя; кроме того, осадитель должен быть летучим веществом. При расчете результатов анализа пользуются аналитическим множителем (фактором пересчета) F. Это отношение молярной массы определяемого вещества к молярной массе весовой формы с учетом стехиометрических коэффициентов. Тогда массу определяемого вещества (х) находят по формуле х=а·F, где а – масса весовой формы. Величины факторов пересчета для различных определений находятся в справочниках. Например, при определении магния по весовой форме Mg2P2O7 фактор пересчета находится так:  4.1 Лабораторные работы (метод гравиметрии). Лабораторная работа № 1 Определение процентного содержания бария в хлориде бария Ион Ba2+ образует много труднорастворимых солей, однако наименее растворимой и поэтому пригодной в качестве осаждаемой формы является сульфат бария BaSO4 (ПР=1,1·10-10). Так как при прокаливании состав BaSO4 не изменяется, то BaSO4 является и весовой формой. Осадок BaSO4 является мелкокристаллическим и иногда проходит сквозь поры фильтра, что искажает результат анализа. Для получения более крупных кристаллов при осаждении его нужно повысить растворимость вещества, а для этого следует соблюдать следующие условия: а) навеску BaCl2·2H2O растворить в большом объеме воды (сильно разбавить); б) раствор осадителя (2 н. H2SO4) также сильно разбавить водой; в) перед осаждением растворы соли и кислоты нагреть почти до кипения; г) осадитель приливать к раствору соли по каплям, постоянно перемешивая палочкой; д) фильтрование проводить не сразу, а по истечении нескольких часов (в это время происходит "созревание", укрупнение осадка). При осаждении в таких условиях осадок получается более чистым, свободным от соосажденных примесей. Практически полное осаждение иона бария достигается добавлением полуторного избытка осадителя. Приступая к выполнению анализа, нужно внимательно прочитать ход анализа, приготовить и тщательно вымыть всю необходимую посуду: стаканы на 200 мл и 100 мл "с носиком"; стеклянную палочку, стаканчик для взятия навески, воронку, фильтр типа "синяя лента" (мелкопористый, беззольный), штатив с кольцом, фарфоровый тигель, эксикатор, промывалку с дистиллированной водой. План работы
Пустой фарфоровый тигель нужно довести до постоянной массы: взвесить его на аналитических весах; поставить прокаливать в муфельную печь при температуре 900-1000°С на один час; вынуть его тигельными щипцами, слегка охладить на воздухе на фарфоровой подставке, а потом поставить охлаждаться до комнатной температуры в эксикатор (если крышка эксикатора холодная, то и тигель охладился); взвесить снова тигель на тех же весах (тигель брать только щипцами); снова поставить его в печь на 15-30 минут, охладить, взвесить. Все значения масс записать в лабораторный журнал. Например, Масса пустого тигля: 1 взвешивание 12,2300 г 2 взвешивание 12,2233 г 3 взвешивание 12,2231 г Постоянная масса пустого тигля 12,2231 г Массу тигля можно считать постоянной, когда результаты двух последних взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,0002 г. Хранить тигель в эксикаторе
  244,3 г/моль – 98 г/моль – 1000 МЛ 0,5 г x мл  мл.Увеличить объем в 1,5 раза: 2 мл · 1,5=3 мл
Внимание! Палочку из стакана вынимать и класть на стол нельзя, так как к ней прилипли частицы осадка.
а) сложить вчетверо фильтр «синяя лента» и подогнать его к сухой воронке, (воронку подбирают с таким расчетом, чтобы фильтр не доходил до краев её на 5-15 мм), так, чтобы он плотно подходил к стенкам её, затем налить в него дистиллированной воды и подогнать фильтр к стенкам воронки (так, как показано на плакате), осторожно, чтобы не порвать фильтр. Если фильтр хорошо подогнан к воронке, то носик воронки заполнится водой и фильтрование будет проходить быстрее. Воронку с фильтром поместить в кольцо штатива и подставить под неё чистый стакан; б) потереть пальцем под "носиком" стакана с осадком (он не будет смачиваться водой, и капли фильтруемой жидкости по внешней стенке стакана стекать не будут); осадок не взмучивать, осторожно по палочке сливать прозрачный раствор на фильтр, заполняя его не более чем на 2/3. Поднимать стакан тоже по палочке, тогда раствор не будет попадать на внешнюю сторону стакана (смотрите плакат). Палочка должна находиться только над фильтром или в стакане, нельзя дотрагиваться ею до фильтра. Таким образом отфильтровать почти весь раствор с осадка, стараясь меньше взмучивать его. Такой метод фильтрования и промывания осадка называется "декантацией". Проверить, не прошли ли частички осадка через поры фильтра. Для этого фильтрат в стакане раскрутить и посмотреть на темном фоне. Если осадка в фильтрате нет, вылить его.
Оставшиеся в стакане частички осадка собрать кусочком фильтровальной бумаги с помощью палочки и эту бумагу положить в фильтр и струей воды из промывалки смыть осадок в центр фильтра.
Поставить тигель с осадком прокаливаться в муфельную печь на 1,5-2,0 часа. Остудить в эксикаторе, взвесить. Поставить в печь еще раз на 15-20 минут и снова взвесить охлажденный тигель. (Внимание! Брать тигель только щипцами). Повторять прокаливание и взвешивание до постоянной массы. Все результаты взвешивания записывать в журнал.
Пример. Масса тигля с BaSO4: 1 взвешивание - 12,6890 г 2-е взвешивание - 12,6878 г 3-е взвешивание - 12,6876 г Постоянная масса тигля с осадком BaSO4 - 12.6876 г Постоянная масса пустого тигля – 12,2231 г. Постоянная масса осадка BaSO4(m(BaSO4) – 0,4645 г.
в 233,4 г BaSO4 содержится 137,3 г Ва, в m(BaSO4) г содержится x г Ва  Вычислить процентное содержание бария в навеске хлорида бария:  Расчет также можно вести по формуле:  ,где F – фактор пересчета, равный отношению молярных масс определяемого вещества (Ва) к молярной массе весовой формы  . В нашем случае F=137,3/233,4=0,5883
4.2. Задачи и примеры решений. I. Расчет навески Навеской называют небольшое количество (0,1-1,0 г) образца анализируемого вещества, которое точно взвешивают и далее количественно подвергают всем аналитическим операциям. Если определяемую составную часть навески превращают в осаждаемую форму, то навеска должна быть такой величины, чтобы массы полученной осаждаемой формы были равны, в зависимости от формы осадка, (г): аморфный (гидроксиды) – 0,07-0,1; кристаллический легкий (большинство солей) – 0,1-0,15; кристаллический тяжёлый (BaSO4) – 0,2-0,4; кристаллический очень тяжёлый (PbSO4, AgCl) – до 0,5. Величина навески рассчитывается приближенно. Примеры: 1). Какую навеску каменного угля, содержащего около 4% серы, следует взять для анализа на содержание серы, если её определяют в виде BaSO4,? Решение: Масса BaSO4 должна быть около 0,3 г. Тогда масса серы (x) в BaSO4 равна: М(BaSO4)=233 г/моль – М(S)=32 г/моль 0,3 г - х  Масса навески каменного угля равна: 0,04100% = 4%y; y1 г Ответ: 1 г. 2). Какую навеску CuSO45H2O следует взять для анализа на содержание меди, если её определяют в виде CuO после осаждения гидроксида? Решение: М(CuO)=80 г/моль – М(CuSO45H2O)=250 г/моль 0,1 г - х  Ответ: 0,3 г.
II. Расчёт осадителя Расчёт количества осадителя относится к предварительным вычислениям и поэтому проводится приблизительно. Теоретической основой является закон эквивалентов. На основании которого получаем формулу:  , где х – масса осадителя (г); Эос – эквивалент осадителя; Э – эквивалент осаждаемого вещества; m – масса навески осаждаемого вещества.Если осадитель не 100%, а a%, то искомое весовое количество реактива (m) , будет  Чтобы перейти к объёмным единицам, величину m делят на плотность раствора (её можно принять за единицу). Чтобы реакция прошла до конца, раствора осадителя обычно берут в полтора раза больше. Если концентрация реактива (хмл) 1 н., то объём его находят по формуле  Если концентрация реактива не 1н., то найденный объём изменяют обратно пропорционально его концентрации. Пример: Какой объём 0,5 н. раствора ( NH4)2C2O4H2O нужен, чтобы количественно осадить кальций из раствора, приготовленного из 1 г мела, содержащего 25% влаги и нерастворимых примесей. Решение: 1). Найдём массу чистого CaCO3 в навеске  1 г – 100%  х - 75% 2). Найдём эквиваленты CaCO3 и осадителя. Э(CaCO3)=  ; Э((NH4)2C2O4H2O= .3). Найдём объём 1 н. раствора осадителя  50 г - 1000 мл(1 н) y=  0,75 г - y мл(1н) 4). Объём 0,5 н раствора равен  5). С учётом увеличения в полтора раза: 301,5=45 мл. Ответ: 45 мл. 1. Какой объём (с учётом избытка) 1 н. раствора HCl потребуется для осаждения Ag+ из раствора, полученного растворением 1 г серебра? 2. Какой объём 2 н. раствора аммиака следует взять, чтобы осадить Fe3+ из раствора, содержащего 0,2 г железа. 3. Какой объём 2 н. H2SO4 потребуется, чтобы осадить барий из раствора, содержащего 0,6 г BaCl22H2O? 4. Какой объём 1 н. раствора H2SO4 пойдет на осаждение бария из раствора, полученного растворением 0,9 г BaCl22H2O c 40% примесей? 5. Какой объём 4 н. раствора Na2HPO4 пойдёт на осаждение магния из раствора, полученного растворением 0,4 г сплава с 60% Mg? 6. Какой объём 0,2 н раствора H2C2O4 пойдёт на осаждение кальция, если исходить из того, что для приготовления раствора взяли 0,6 г мрамора? 7. Сколько граммов H2C2O42H2O требуется для полного осаждения кальция из 50 мл, полученного растворением 1 г мрамора в 250 мл раствора? 8. Какой объём 0,5 н. раствора хлорида бария потребуется для осаждения бария в виде BaSO4 из раствора, полученного после соответствующей обработки из 1,5 г каменного угля, если он содержит около 2% серы? 9. Какой объём 10%-ного раствора аммиака следует взять для осаждения 0,15 г железа? 10. Какой объём 5%-ного раствора аммиака следует взять для осаждения железа, если на приготовление раствора взяли 0,3 г Fe2O3, содержащего около 10% пустой породы? 11. Какой объём 10%-ного раствора аммиака потребуется для осаждения железа, если на приготовление раствора взяли 0,4 г Fe3O4? 12. Какой объём 7%-ного Na2HPO412H2O потребуется для осаждения магния из раствора 0,4 г MgSO47HO (плотность принять 1)? 13. Сколько мл раствора аммиака (=0,980 г/мл) потребуется для количественного осаждения железа, если на приготовление раствора взяли 0,2 г шпатового железняка, содержащего 30% железа? 14. Сколько мл раствора HCl (=1,028 г/мл) необходимо для осаждения серебра, если на приготовление раствора взяли 1,5 г сплава, содержащего 10% серебра? 15. 2 г сплава содержащего около 70% серебра растворили. Раствор довели до 500 мл. Сколько мл раствора HCl (=1,018 г/мл) необходимо для осаждения серебра из 25 мл приготовленного раствора? III. Определение факторов пересчёта Аналитическим множителем, или фактором пересчёта (F) называют отношение молярной массы определяемой формы к молярной массе весовой формы (расчёты точные). Пример: Вычислить фактор пересчёта фосфора по Mg2P2O7. Решение: F=  Ответ: 0,2783. 1. Вычислить фактор пересчёта для определения FeCO3 по Fe2O3. 2. Вычислить фактор пересчёта для определения P2O5 по Mg2P2O7. 3. Вычислить фактор пересчёта для определения KАl(SO4)212H2O по Al2O3. 4. Вычислить фактор пересчёта для определения FeCl3 по Fe2O3. 5. Вычислить фактор пересчёта для определения Pb3O4 по PbSO4. 6. Вычислить фактор пересчёта для определения Al2(SO4)3 по Al2O3. 7. Вычислить фактор пересчёта для определения фтора по CaF2. 8. Вычислить фактор пересчёта для определения фтора по SiF4. 9. Вычислить фактор пересчёта для определения Cu по Cu2S. 10. Вычислить фактор пересчёта для определения CO2 по CaO. 11. Вычислить фактор пересчёта для определения CuFeS2 по CuO. 12. Вычислить фактор пересчёта для определения Na2SO4 по BaSO4. 13. Вычислить фактор пересчёта для определения магния по Mg2P2O7. 14. Вычислить фактор пересчёта для определения Al по Al2O3. 15. Вычислить фактор пересчёта для определения PbCl2 по PbSO4. IV. Вычисление результатов весовых анализов Вычисление результатов весовых анализов сводится к формуле  где Эо.ф. – эквивалент осаждаемой формы; Эв.ф. – эквивалент весовой формы; mос - масса осадка (г); mнав. - масса навески в (г). Примеры: 1). Определить содержание бария в 0,4765 г BaSO4. Решение:  Ответ: 0,2805 г. 2).Сколько процентов алюминия в сплаве, если из 0,4524 г сплава было получено 0,0984 г осадка Al2O3? Решение:   Ответ: 11,51%. 1. Для анализа хлорида бария взяли навеску 0,6878 г. Из неё получили осадок BaSO4 0,6556 г. Сколько процентов бария в образце? 2. Взяли навеску 1,0150 г каменного угля. После обработки её получили осадок BaSO4 0,2895 г. Сколько процентов серы в образце? 3. Взяли навеску 0,3212 г серной кислоты. После осаждения и прокаливания получили осадок BaSO4 0,2642 г. Определить процентную концентрацию серной кислоты. 4. Из навески пирита 0,2794 г после обработки получилим 0,4524 г осадка BaSO4. Сколько процентов серы в образце? 5. Из навески мрамора 1,8710 г получили осадок 1,9650 г CaSO4. Сколько процентов кальция в образце? 6. Из навески мрамора 1,8710 г получили осадок 0,0827 г Mg2P2O7. Сколько процентов магния в образце? 7. Из навески магнезита 2,4110 г получили 2,1710 г прокаленного осадка Mg2P2O7. Сколько процентов магния в образце? 8. Из навески суперфосфата 1,4010 г получили 0,1932 г прокаленного осадка CaO. Сколько процентов кальция в образце? 9. Сколько процентов Al2(SO4)3 в образце технического сульфата алюминия, если из навески 0,5278 г получили 0,1552 г осадка Al2O3. 10. Из навески криолита 0,5872 г образовалось 0,1060 г осадка Al2O3. Сколько процентов Na3AlF6 в образце? 11. Из FeCO3 после обработки получили 1,0000 г Fe2O3 . Сколько процентов железа содержал образец, если навеска была 1,5200 г? 12. Для анализа магнитного железняка взяли навеску 0,6012 г. Железняк превратили в Fe2O3 массой 0,4520 г. Сколько процентов Fe3O4 в образце? 13. Из 0,3006 г технического сульфата кадмия после обработки получили 0,1986 г осадка Cd2P2O7. Сколько процентов кадмия в образце? 14. При анализе латуни из её навески 0,6500 г получили 0,0030 г осадка PbSO4. Сколько процентов свинца в образце? 15. При анализе латуни из её навески 0,6500 г получили 0,5200 г осадка ZnNH4PO4. Сколько процентов цинка в образце? 5. ПРИЛОЖЕНИЯ Таблица 1 Плотность растворов кислот и щелочей при 200 С, г/см3
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||