Вариант 2
Задача №1.2.
Содержание фосфора в сплаве около 0,8 %. Рассчитайте массу навески сплава, которую необходимо взять, чтобы гравиметрическим методом определить содержание фосфора в сплаве, если масса весовой формы Mg2P2O7 составляет 0,2 грамм.
1) Необходимо взять массу сплава, содержащую количество фосфора, эквивалентное 0,2 г Mg2P2O7
n(Mg2P2O7)=m(Mg2P2O7)/M(Mg2P2O7)=0,2г/222,551г/моль=8,9867·10-4 моль
n(Р)=2n(Mg2P2O7)=0,001797 моль
m(Р)=n(Р)·M(Р)=0,001797моль·30,974 г/моль=0,0557 г
mнавески =m(Р)/ω(Р)=0,0557 г/0,8%*100%=6,9589 г≈7 г
Задача №2.5.
Рассчитайте концентрацию марганца в растворе и полученную при этом ошибку, если оптическая плотность равна 0,62 , толщина кюветы 2 см, молярный коэффициент поглощения 2100 .
2) A=ε·C·l
C=A/(ε·l)=0.62/(2100·2)=1,476·10-4 M
погрешность определить по таким данным не представляется возможным.
Задача № 3.11.
Электролизу на инертных электродах подвергался раствор Pb(NO3)2 в течение времени 120 мин. при силе тока 0,7А. Рассчитайте массу продуктов электролиза и ошибку расчетов, если класс точности амперметра 0,5, а максимально измеряемый ток прибором 1А.
3) Pb2+ + 2e- → Pb↓
2H2O - 4e- → 4H+ + O2↑
2Pb(NO3)2 + 2H2O → 2Pb↓ + O2↓ + 4HNO3
погрешность амперметра ΔI=0,5% Imax=0,005 A
I=0,7±0,005 A
Принимаем погрешность остальных данных значительно меньшей (табличные значения берём с большей точностью)
количество электронов
n(e-)=I·t/F=(0,7±0,005A)·7200с/96485Кл/моль=0,05224±0,00037 моль
m(Pb)=M(Pb)·n(Pb)=M(Pb)·n(e-)/2=207,2∙(0,05224±0,00037)/2=5,412±0,038 г
m(O2)=M(O2)·n(O2)=M(O2)·n(e-)/4=31,998∙(0,05224±0,00037)/4=0,418±0,003 г
m(HNO3)=M(HNO3)·n(HNO3)=M(HNO3)·n(e-)= 63,005∙ (0,05224±0,00037) =3,291±0,023 г
Задача № 4.2.
Для приготовления раствора HCl объемом 150 мл было взято 3 мл исходного раствора плотностью 1,095 г/см3. Рассчитайте нормальность полученного раствора и погрешность её определения.
Соляная кислота с плотностью 1,095 имеет процентную концентрацию 19,41% (онлайн-калькулятор)
Тогда масса безводной кислоты
mв-ва =mр-ра ∙w/100= Vр-ра∙ρ∙ w/100=3∙1,095∙19,41/100=0,638 г
Нормальность раствора разбавления
СN = mв-ва / (Mэ ∙V) =0,638/(36,461/1∙0,150)=0,117 г-экв/л
Задача №5.2.
Вычислите потенциал цинкового электрода, погруженного в раствор, содержащий ионы Zn2+ в концентрации 0.01.
E=E0+RT/(Z)·ln[Zn2+]=E0+(0,059/Z)lg[Zn2+]=-0,76+(0,059/2)lg(0,01)=-0,819 В
Вопрос №2
Поясните, что называют стандартным образцом? Какие виды образцов Вам известны? Можно ли в условиях лаборатории комбината изготовить стандартные образцы? Ответ поясните.
Для ряда областей измерений и в первую очередь для физико-химических измерений чрезвычайно перспективным средством повышения эффективности поверочных работ является применение стандартных образцов. Правила работы со стандартными образцами устанавливает ГОСТ 8.315-97 «ГСИ. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения». Согласно этому документу стандартный образец состава и свойств веществ и материалов – это средство измерений в виде вещества (материала), состав или свойства которого установлены аттестацией. Можно дать и другое определение: стандартный образец – это образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала).
Стандартные образцы предназначены для обеспечения единства и требуемой точности измерений посредством:
· градуировки, метрологической аттестации и поверки СИ;
· метрологической аттестации методик выполнения измерений;
· контроля показателей точности измерений, выполняемых по утвержденным методикам;
· измерения ФВ, характеризующих состав или свойства веществ и материалов, методами сравнения.
Стандартные образцы по своему назначению исполняют роль мер, однако, в отличие от «классических» мер, они имеют ряд особенностей. Например, образцы состава воспроизводят значения ФВ, характеризующих состав или свойства именно того материала (вещества), из которого они изготовлены. Стандартные образцы, как правило, не представляют собой изделия, они реализованы обычно в виде части или порции однородного вещества (материала), причем эта часть является полноценным носителем воспроизводимой единицы ФВ, а не ее части. Эта особенность образцов отражена в требованиях к их однородности по составу и свойствам. Однородность материала, из которого сделан образец, имеет принципиальное значение, в то время как для меры такая характеристика часто является второстепенной.
Стандартные образцы состава и свойств в отличие от мер характеризуются значительным влиянием неинформативных параметров (примесей, структуры материала и др.). при использовании стандартных образцов очень часто необходимо учитывать функции влияния таких параметров.
В связи с многообразием задач, решаемых с помощью стандартных образцов, их можно разделить на группы по ряду классификационных признаков. В зависимости от вида аттестуемой характеристики они подразделяются на следующие виды:
· стандартные образцы состава – образцы, воспроизводящие значения величин, характеризующих содержание определенных компонентов (химические элементы, их изотопы и др.);
· стандартные образцы свойств – образцы, воспроизводящие значения величин, характеризующих физические, химические, технические или другие свойства вещества, за исключением величин, характеризующих состав.
В зависимости от сферы действия и области применения определяется уровень утверждения стандартных образцов. По этому признаку они делятся на государственные, отраслевые и стандартные образцы предприятий. Стандартным образцам, включенные в поверочные схемы, присваиваются разряды.
Стандартные образцы объединяются в типы. Тип – это классификационная группировка образцов, определяющими признаками которой является одно и то же вещество, из которого они изготовлены, и единая документация, по которой они изготовлены. Типы стандартных образцов допускаются к применению при условии их утверждения и регистрации в соответствующем реестре. Для каждого типа стандартных образцов при их аттестации устанавливается срок действия, который не должен превышать 10 лет, а также определяются метрологические характеристики, которые нормируются в документации на их разработку и выпуск. К ним относятся:
· аттестованное значение стандартного образца – значение аттестованной характеристики образца, им воспроизводимое, установленное при его аттестации и приводимое в свидетельстве с указанием его погрешности;
· погрешность аттестованного значения стандартного образца – разность между аттестованным и истинным значениями величины, воспроизводимой той частью образца, которая используется при измерении;
· характеристика однородности стандартного образца – характеристика свойства образца, выражающегося в постоянстве значения величины, воспроизводимой его различными частями, используемыми при измерениях;
· характеристика стабильности стандартного образца – характеристика свойства образца, выражающегося в сохранении значений метрологических характеристик в установленных пределах в течение указанного в свидетельстве срока годности при соблюдении заданных условий хранения и применения;
· функции влияния стандартного образца – зависимость метрологических характеристик образца от изменения внешних влияющих величин в заданных условия применения.
Возможно использование и других метрологических характеристик. Значения всех метрологических характеристик стандартного образца устанавливаются в процессе аттестации и приводятся в свидетельстве на него.
Применение стандартных образцов должно осуществляться в соответствии с требованиями нормативно-технических документов на методы измерений, испытаний, контроля, поверки и градуировки СИ; аттестованных методик выполнения измерений и государственных, ведомственных и локальных поверочных схем.
Начавшаяся в 2002 г. реформа технического регулирования, вступление в силу Федерального закона «Об обеспечении единства измерений» (102-ФЗ), реализация Соглашения о взаимном признании национальных эталонов и сертификатов калибровки и измерений, выдаваемых национальными метрологическими институтами (CIMP MRA) – основные факторы, наряду с потребностями и запросами пользователей стандартных образцов (СО) определяющие развитие системы СО в Российской Федерации. В с о о т в е т с т в и и с ГОСТ 8.315–97 стандартные образцы, в зависимости от их уровня признания (утверждения) и области применения, подразделяются на межгосударственные стандартные образцы (МСО), государственные (нацио- нальные) стандартные образцы (ГСО), отраслевые стандартные образцы и стандартные образцы предприятия (СОП). Стандартный образец предприятия (СОП) определен в ГОСТ 8.315–97 как стандартный образец, утвержденный руководителем предприятия (организации) и применяемый в соответствии с требованиями нормативных документов предприятия (организации), утвердившего СО.
Вопрос 5
История атомного спектрального анализа началась с опытов Исаака Ньютона (1666 г) по разложению света в спектр. Первые атомные спектры наблюдали в начале XIX века в ходе астрономических исследований. Но возникновение спектрального анализа как метода определения химического состава вещества относят к 1859 г., когда немецкие ученые Г. Кирхгоф и Р. Бунзен, исследуя поведение паров солей в пламени, наблюдали появление линий в спектрах, характеристичных для определенного элемента. Дальнейшее развитие методов атомной спектроскопии определялось запросами практики и возможностями приборостроения.
Их можно разделить на две группы. К первой группе относятся методы оптической атомной спектроскопии (АЭС, ААС, АФС). Они основаны на изменении энергии валентных электронов свободных атомов. Эти процессы протекают при высокой температуре (в пламени, плазме и т.д.). Методы другой группы основаны на возбуждении электронов внутренних оболочек под воздействием излучения более высокой энергии, которое находится в рентгеновской области спектра.
Некоторые из методов, (атомно-эмиссионный и неорганический рентгенофлуоресцентный) дают возможность одновременно идентифицировать несколько десятков элементов. Такие групповые «обзорные» методы часто используют как вариант обзорного качественного (скрининг) анализа.
 В настоящее время основными методами в практической аналитической химии остаются методы атомной спектроскопии в оптическом диапазоне спектра. Они основаны на:
а) эмиссии (испускание);
б) абсорбции (поглощение);
в) флуоресценции (быстрое излучательное гашение возбужденных частиц) оптического излучения свободными атомами определяемых элементов.
В связи с этим различают методы
атомно-эмиссионной (АЭС), атомно-абсорбционной (ААС) и атомно-флуоресцентной (АФС) спектроскопии. Каждый из видов спектрального анализа имеет свою специфику и особенности.
Спектр, обусловленный переходами частиц из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, называют спектром испускания. Спектры, испускаемые термически возбужденными частицами, называют эмиссионными.
Эмиссионный спектр – это распределение интенсивностей испускания термически возбужденных частиц по длинам волн.
Спектры индивидуальных атомов можно наблюдать только в газовой фазе при относительно небольших давлениях. Устройства, в которых вещество переводится в атомарное состояние в газовой фазе, называют атомизаторами.
В плазме источника света наиболее вероятны неупругие соударения атомов с быстрыми частицами (электронами, атомами, ионами), имеющими достаточную кинетическую энергию, называемые ударами первого рода. При этом часть этой кинетической энергии, равная по величине энергии возбуждения, передается атому, который переходит в возбужденное состояние.
Атомы А, находящиеся в основном состоянии, могут также перейти в возбужденное состояние при соударении с уже возбужденными атомами М*, называемыми ударами второго рода. При этом происходит безызлучательный переход частицы М* из возбужденного состояния в основное:
М* + А → М + А*.
Близость энергий возбуждения частиц увеличивает вероятность их взаимодействия.
В этих двух случаях переход возбужденного атома в состояние с более низкой энергией сопровождается излучением спектральных линий. Отличительной особенностью атомных спектров является их линейчатая структура. Спектры атомов состоят из большого числа дискретных спектральных линий, объединенных в отдельные спектральные серии. Положение линий в пределах каждой серии подчиняется определенным закономерностям.
Но наряду с излучением линейчатого спектра в плазме любого источника света происходит возбуждение и излучение полосатого и непрерывного спектров.
Полосатые спектры типичны для молекул, находящихся при высокой температуре –СN, N2+, CH, C2, SrOH. Возбуждение электронных состояний молекул происходит аналогично возбуждению атомов и связано с изменением их электронной, колебательной и вращательной энергии.
Непрерывные спектры испускания не являются характеристичными для отдельных элементов и зависят от условий термического возбуждения. Например, электрон, попав в зону электрического поля положительного иона, может изменить траекторию, скорость движения, а значит и кинетическую энергию. Этот процесс сопровождается эмиссией фотона, называемой тормозным излучением. Фотон может быть эмитирован и в случае рекомбинации двух заряженных частиц (электрона и положительного иона). Поскольку величина кинетической энергии электрона может иметь произвольное значение, то в обоих случаях частота излучения может принимать различные не квантованные значения.
Для атомно-эмиссионного спектрального анализа непрерывный спектр является фоном, на котором расположены излучаемые атомами спектральные линии определяемых элементов. Их положение в спектре содержит информацию о присутствии, а интенсивность – о концентрации элементов в пробе.
Вопрос 11
Металлургическое сырье является одним из наиболее сложных объектов анализа. В ходе его аналитического контроля приходится определять до 80 элементов при содержании от 10-6 до 100%. Анализируемые природные объекты, как правило, характеризуются сложностью химического состава, разнообразием минеральных форм и значительной неоднородностью. Многообразие и сложность задач обусловили то, что для анализа сырья и полупродуктов в металлургии используется в настоящее время более 500 методик и число их продолжает возрастать.
Как правило, руды цветных металлов бедные и содержат всего несколько процентов, а часто и доли процента основного металла. Эти руды имеют сложный минералогический состав. Наряду с рудами какого-либо одного из металлов (медными, свинцовыми, цинковыми, никелевыми и т.п.) , так называемыми монометаллическими, широко распространены и полиметаллические комплексные руды, содержащие минералы различных металлов. При содержании меди в концентратах в количестве от 10 до 40% ее определяют электрогравиметрическим методом. Другие, наиболее важные компоненты, входящие в состав медных концентратов, определяются следующими методами: Pb, Zn, Fe – титриметрическим комплексонометрическим; Mo, Co, Ni, B – фотометрическим. Особенно эффективен при аналитическом контроле процесса обогащения руд рентгеновский спектральный анализ. Рентгеновские многоканальные спектрометры могут использоваться в качестве аналитических датчиков в автоматизированных системах контроля состава пульповидных материалов. Весьма высокая производительность метода и широкий круг определяемых элементов(Cu, Ni, Zn, Pb, Fe, Mo и др.) способствовали быстрому проникновению его в практику аналитического контроля различных технологических процессов в цветной металлургии. Применение таких систем дает возможность улучшить технологию на предприятиях - повысить извлечение ценных компонентов и качество концентрата, уменьшить расход флотореагентов, увеличить производительность оборудования.
Дальнейшую переработку медных концентратов с целью получения металлической меди осуществляют пиро- или гидрометаллургическими способами. Анализируемыми объектами на данной стадии технологического процесса являются шихта, поступающая на обжиг, огарок и обжиговая пыль. В шихте, после сплавления ее с пероксидом натрия, определяют диоксид кремния (фотометрическим методом в виде молибдокремниевой кислоты), серу (гравиметрическим методом в виде сульфата бария), кальция (перманганатометрическим методом – после осаждения кальция в виде оксалата и растворения осадка в серной кислоте). В огарке медь и железо определяют титриметрическим методом, серу и кремниевую кислоту - гравиметрическим, алюминий – потенциометрическим методом, кальций и магний – титриметрическим методом. В обжиговой пыли определяют: Pb и Zn- комплексометрическим мето- дом; Cu, Se, Te – иодометрическим методом; Ge, Tl – экстракционно-фотометрическим методом. Приведенные методики химического анализа (титриметрия и гравиметрия), сочетающие точность с простотой аппаратуры, имеют низкую производительность, активно вытесняются в настоящее время более экспрессными и менее трудоемкими методиками, например, атомно-абсорционнго и рентгено-флуорисцентного анализа. При помощи атомно-абсорционного метода определяют щелочноземельные металлы, медь, никель, серебро, металлы платиновой группы, теллур, мышьяк и др. Большое значение в цветной металлургии приобрел рентгенорадио- метрический метод анализа. Этим методом проводят экспрессный анализ медных концентратов, оловянных, медно-цинковых, свинцово-бариевых и медно-молибденовых руд и продуктов их переработки. Рентгенорадиометрические методы анализа широко применяют для оперативного контроля процессов обогащения. Значительный прогресс наблюдается в использовании активационного анализа, например, при контроле загрязненности атмосферы твердыми аэрозолями, для определения рассеянных и благородных металлов. Важнейшую роль в аналитическом контроле процессов, осуществляемых в цветной металлургии, продолжает играть атомно-эмиссионный анализ. Метод используют для выполнения рядовых определений 65 элементов с нижней границей определяемых содержаний 10-5-10-1%. Определение содержания элементов с учетом их минералогического состояния называют фазовым анализом. Для фазового анализа медных руд используют как физические (микроскопические, термографические, рентгено-графические) и другие исследования, так и химические методы. Универсальным методом фазового анализа является метод, основанный на взаимодействии рентгеновского излучения с кристаллическими решетками компонентов исследуемых объектов (руды, концентраты, шламы, шлаки и т.д.), называемый рентгеновским фазовым анализом. Метод относится к экспрессивным, является недеструктивным. Ограниченное его использование обусловлено главным образом относительно малой чувствительностью - нижняя граница определяемых содержаний составляет от 10-1 до нескольких процентов. |
Скачать 34.1 Kb.