Расчет результатов анализа

1. Для анализа производственных сточных вод на содержание сульфата отобрали пробу 200,0 мл и осадили BaSO₄. Масса прокаленного осадка BaSO₄ равна 0,08755 г. Вычислить концентрацию SO₄^2– (мг/л) в пробе.

2. Вычислить массовую долю (%) FeO в образце технического железного купороса, если из навески массой 0,8700 г в результате анализа получили 0,1945 г Fe₂O₃. Вычислить массовую долю (%) FeSO₄ · 7 H₂O в исследуемом образце.

3. Из навески технического сульфида натрия массой 0,4500 г после окисления сульфида до сульфата получили 0,9835 г BaSO₄. Вычислить массовую долю (%) серы в исследуемом образце и сравнить ее с теоретически рассчитанной.

4. Из навески криолита массой 0,5452 г получили 0,0908 г Al₂O₃. Вычислить массовую долю (%) Na₃AlF₆ в криолите.

5. Из навески нефелино-апатитовой руды массой 0,1200 г, содержащий в основе кристаллический апатит 3Сa₃(PO₄)₂ · CaF₂, получили 0,9820 г осадка (NH₄)₃PO₄ · 12MoO₃. Вычислить массовую долю (%) 3Сa₃(PO₄)₂ · CaF₂ в руде.

6. Для анализа варочного раствора (при получении бумаги) на содержание кальция отобрали пробу 250 мл и осадили CaC₂O₄. Масса осадка CaC₂O₄ равна 0,1835 г. Вычислить концентрацию Са²⁺ (мг/л) в пробе.

7. При анализе бланфикса на содержание свинца получено 0,08245 г PbS. Вычислить массовую долю (%) PbSO₄, если навеска бланфикса составила 2,8000 г.

8. Из навески нефелино-апатитовой руды массой 0,1200 г, содержащий в основе кристаллический апатит 3Сa₃(PO₄)₂ · CaF₂, получили 0,9820 г осадка (NH₄)₃PO₄ · 12MoO₃. Вычислить массовую долю (%) P₂O₅ в руде.

9. Рассчитайте содержание железа в руде, если из навески руды 0,8030 г получено 0,3326 г Fe₂O₃?

10. При анализе бланфикса на содержание бария получено 1,0820 г BaСrO₄. Вычислить массовую долю в (%) BaSO₄, если навеска бланфикса составила 1,2000 г.

11. Навеску фосфорита массой 0,8247 г перевели в раствор (V=400 мл). Из 50 мл полученного раствора осадили 0,0815г Mg₂P₂O₇. Вычислить массовую долю (%) P₂O₅ в фосфорите.

12. Навеска технического сульфата кадмия массой 0,9710 г растворена в 200 мл воды. Из 25 мл раствора получено 0,0835 г CdS. Вычислить массовую долю (%) сульфата кадмия в исследуемом образце.

13. Рассчитайте содержание Со (%) в сплаве, если из навески образца массой 0,5028 г после осаждения кобальта α-нитрозо-β-нафтолом получили прокаленный осадок Со₃О₄ массой 0,2514 г.

14. Навеску фосфорита массой 0,4720 г перевели в раствор (V=500 мл). Из 100 мл полученного раствора осадили 0,1306 г CaSO₄. Вычислить массовую долю (%) CaO в фосфорите.

15. Вычислить массовую долю (%) Na₂SO₄ и NaCl в техническом сульфате натрия, если из навески образца массой 0,3705 г было получено 0,5083 г BaSO₄ и 0,0133 г AgCl.

16. Вычислить число молекул воды (х) в молекуле CoSO₄ ∙ xH₂O, если из навески 0,4802 г кристаллогидрата получили 0,3986 г BaSO₄.

2.5. План коллоквиума «Гравиметрические методы

анализа»

Сущность и основные операции метода. Классификация гравиметрических методов анализа. Этапы определения по методу осаждения. Осаждаемая и гравиметрическая формы, требования к ним. Неорганические и органические осадители. Выбор осадителя и расчет его количества.

Механизм образования кристаллических и аморфных осадков. Коагуляция и пептизация. Оптимальные условия осаждения кристаллических и аморфных осадков. Влияние различных факторов на полноту осаждения. Типы соосаждения. Способы уменьшения соосаждения и очистки осадков от примесей. Роль соосаждения в химическом анализе. Осаждение с коллектором.

Аналитические возможности, достоинства и недостатки гравиметрических методов анализа.

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Основные положения

Титриметрические методы анализа основаны на точном измерении объема стандартного раствора реагента R (титранта), израсходованного на реакцию с определяемым веществом X:

Основной операцией метода является титрование – процесс постепенного прибавления небольших количеств титранта R к определяемому веществу X до момента, когда все вещество X прореагировало. Момент окончания реакции между X и R фиксируют визуально по аналитическому эффекту (изменение, появление или исчезновение окраски).

В титриметрическом анализе применяют стандартные (известна их точная концентрация) и вспомогательные растворы.

Стандартные растворы готовят с использованием аналитических весов и точной мерной посуды. К точной мерной посуде относятся бюретки, пипетки и мерные колбы.

Концентрацию стандартных растворов записывают с точностью до 4 значащих цифр.

В титриметрии используются следующие способы выражения концентрации растворов.

1. Молярная концентрация – количество моль вещества в 1 л раствора. Например, С (H₂SO₄) = 0,1230 моль/л.

2. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) – количество моль эквивалентов вещества в 1 л раствора. Например, С ( H₂SO₄) = 0,1000 моль/л,

С ( KMnO₄) = 0,05000 моль/л.

3. Титр – количество граммов вещества X в 1 мл раствора:

Для перевода титра в нормальную концентрацию используют формулу

где C ( X) – молярная концентрация эквивалента вещества X, М_r (X) – молярная масса эквивалента вещества X. Например, Т (H₂SO₄) = 0,001234 г/мл.

4. Титр по определяемому веществу – количество граммов определяемого вещества X, которое можно оттитровать 1 мл раствора титранта R:

Для перевода титра по определяемому веществу в нормальную концентрацию используют следующую формулу:

где C ( R) – молярная концентрация эквивалента раствора R, M_r ( X) – молярная масса эквивалента вещества X, – фактор эквивалентности вещества X в данном определении. Например, Т(HСl/CaCO₃) = 0,008000 г/мл, т. е. 0,008000 г CaCO₃ можно оттитровать 1 мл раствора HCl (или 0,008000 г CaCO₃ эквивалентны 1 мл раствора HCl).

Вспомогательные растворы готовят с использованием технических весов и посуды для приближенного измерения объемов (мерные цилиндры, мерные пробирки, мензурки). Концентрацию вспомогательных растворов записывают с точностью менее 4 значащих цифр.

Расчет результатов титриметрического анализа основан на законе эквивалентов:

ν ( X) = ν ( R).

Другие формы записи закона эквивалентов:

При проведении расчетов в титриметрии используют фактор эквивалентности f_экв = и молярную массу эквивалентаM_r( X). Для их определения необходимо учитывать тип протекающей реакции.

1. В кислотно-основном взаимодействии фактор эквивалентности показывает, какая доля частицы соответствует в данной реакции одному иону Н⁺. Например, f_экв (CaCO₃) в реакции

CaCO₃ + 2H⁺ + 2Cl^– = H₂CO₃ + Ca²⁺ + 2Cl^–.

равен , а молярная масса эквивалента М_r ( CaCO₃) = = М_r (CaCO₃) · .

2. В окислительно-восстановительных реакциях фактор эквивалентности показывает, какая доля частицы соответствует в данной реакции одному электрону. Для примера определим факторы эквивалентности ионов S₂O₃^2– и S₄O₆^2– на основании полуреакции

S₄O₆^2– + 2ē D 2S₂O₃^2–.

Из полуреакции видно, что f_экв(S₂O₃^2–) = 1, а f_экв(S₄O₆^2–) = = = . Тогда М_r ( S₂O₃^2–) = М _r (S₂O₃^2–) и

М_r ( S₄O₆^2–) = М _r (S₄O₆^2–) · .

3. В реакциях комплексообразования фактор эквивалентности определяют исходя из стехиометрии реакции. Например, в реакциях комплексообразования с участием ЭДТА (комплексон III, трилон Б) независимо от заряда иона металла фактор эквивалентности и катиона металла, и ЭДТА равен . В реакции образования комплексонатов:

H₂Y^2– + Меⁿ⁺ D Ме Y^2– + 2 Н⁺

выделяется 2Н⁺. Отсюда следует, что f_экв(ЭДТА) = f_экв(Меⁿ⁺) = .

Расчеты результатов анализа зависят от способов титрования. Различают методы прямого титрования, обратного титрования и титрования заместителя.

В методе прямого титрования определяемое вещество непосредственно реагирует с титрантом. По закону эквивалентов

C ( X) · V (X) = C ( R) · V (R)

можно установить молярную концентрацию эквивалента определяемого вещества X, если известны C ( R), V (R) и V (X). Тогда масса определяемого вещества X равна

m(X) = C ( X) · V (X) · M_r ( X).

Метод обратного титрованиязаключается в прибавлении к раствору анализируемого вещества X избытка точно известного объема V(R₁) стандартного раствора R₁ с молярной концентрацией эквивалента C ( R₁)_. Затем непрореагировавший избыток R₁ оттитровывают стандартным раствором титранта R₂.

Схема титрования:

Количество молей эквивалента определяемого вещества равно разности между количеством молей эквивалента веществ R₁ и R₂:

ν ( R₂) = ν_ост ( R₁);

ν ( X) = ν_исх ( R₁) – ν_ост ( R₁).

В методе титрования по заместителю к определяемому веществу X добавляют неточно отмеренный избыток реагента B, вступающего с ним в реакцию. Затем продукт взаимодействия (заместитель) оттитровывают титрантом R.

Схема титрования:

Количество молей эквивалента определяемого вещества при титровании заместителя всегда равно количеству молей эквивалента титранта:

ν ( R) = ν ( P₁) = ν ( X).

3.2. Техника выполнения основных операций

Мерная химическая посуда.

При выполнении титриметрических определений измерение объемов стандартных или анализируемых растворов проводят с помощью точной мерной посуды:

ü мерные колбы;

ü пипетки;

ü бюретки.

При измерении объемов необходимо, чтобы глаз наблюдателя находился на одной горизонтальной линии с нижним мениском жидкости. Нижний мениск жидкости должен быть на одном уровне с меткой (рис.3. 1). Для непрозрачных и интенсивно окрашенных растворов отсчет ведут по верхнему мениску (нижний мениск плохо виден).

Мерные колбы применяют для приготовления стандартных растворов и разбавления анализируемых растворов до заданного объема. Это плоскодонные колбы с длинным узким горлом, на котором нанесена круговая метка и указана вместимость колбы (рис. 3.1). На горле колбы над меткой не должно быть капель жидкости, внутренние стенки колбы должны быть чистыми, и жидкость должна смачивать их ровным слоем.

Рис. 3.1. Правильное определение уровня жидкости в мерной колбе

Доведение уровня жидкости до метки проводят в несколько приемов. Сначала колбу заполняют до ее объема и перемешивают ее содержимое до полного растворения навески внесенного вещества. Затем добавляют дистиллированную воду на 0,5–1,0 см ниже метки, после чего доводят до метки, добавляя воду по каплям из пипетки. После доведения уровня жидкости до метки колбу закрывают и тщательно перемешивают раствор, переворачивая колбу вверх – вниз.

Нагревать мерные колбы нельзя, т. к. произойдет деформация стекла, что приведет к изменению их вместимости.

Пипетки применяют для отмеривания и переноса определенного объема жидкости (рис. 3. 2). Они бывают двух типов:

ü мерные, или пипетки Мора (рис. 3.2, а);

ü градуированные, или измерительные (рис. 3.2, б).

Мерные пипетки (пипетки Мора) представляют собой стеклянные трубки с расширением посередине. Нижний конец пипетки слегка оттянут. В верхней ее части находится круговая метка, до которой набирают жидкость.

Для наполнения нижний конец пипетки опускают в жидкость до дна сосуда. С помощью груши набирают жидкость, следя, чтобы кончик пипетки все время находился в жидкости. Жидкость набирают так, чтобы она поднялась на 2–3 см выше метки, затем быстро закрывают верхнее отверстие указательным пальцем, придерживая пипетку большим и средним пальцами. После этого ослабляют нажим указательного пальца, в результате чего жидкость медленно вытекает из пипетки. Как только нижний мениск жидкости опустится до метки (метка должна находиться на уровне глаз), палец снова прижимают.

а б	В
Рис. 3.2. Мерные пипетки (а, б), перенос отмеренного объема раствора в колбу для титрования (в)

Пипетку с раствором переносят в колбу для титрования, которую держат левой рукой в наклонном положении. Держа пипетку вертикально, отнимают указательный палец и дают жидкости стечь по стенке колбы (рис. 3.2, в). После того, как жидкость стечет, пипетку держат еще несколько секунд прислоненной к стенке колбы, слегка поворачивая ее. Выдувать жидкость из пипетки нельзя, так как пипетка отградуирована с учетом оставшейся в ней капли.

По окончании работы пипетки моют и ополаскивают дистиллированной водой.

Бюретки представляют собой стеклянные градуированные трубки, снабженные притертым краном или стеклянным капилляром, присоединенным к бюретке с помощью резиновой трубки (рис. 3.3, а). Внутри резиновой трубки находится стеклянный шарик, закрывающий выход жидкости из бюретки. Для вытекания жидкости резиновую трубку оттягивают от шарика. Бюретку заполняют жидкостью через воронку, при этом должен быть заполнен и стеклянный капилляр. Если в капилляре остается пузырек воздуха, кончик капилляра загибают кверху и, подставив под него пустую колбу или стакан, выпускают жидкость до тех пор, пока весь воздух не будет удален (рис. 3.3, б). Перед началом титрования уровень жидкости в бюретке должен быть установлен на нулевом делении. Для этого наливают раствор в бюретку на 2–3 см выше нулевого деления, а затем снимают воронку и сливают избыток раствора. Уровень прозрачных растворов устанавливают по нижнему краю мениска, непрозрачных – по верхнему краю.

а	б
Рис. 3.3. Бюретки для титрования (а), удаление воздуха из капилляра (б)

В процессе титрования выливать жидкость из бюретки нужно медленно, по каплям. После окончания титрования отсчет проводят не ранее чем через 30 с, чтобы жидкость, оставшаяся на стенках бюретки, успела стечь. При отсчете по бюретке глаза должны находиться на уровне жидкости.

Для получения достаточно точных результатов необходимо устанавливать нулевой уровень бюретки перед каждым титрованием, т. е. пользоваться всегда одной и той же частью бюретки. Кроме того, объем раствора, пошедшего на титрование, должен составлять от до вместимости бюретки. Обычно при титровании стараются брать такие аликвоты титруемого раствора, чтобы на титрование расходовалось 10–20 мл рабочего раствора.

По окончании работы титрант из бюретки сливают, бюретку моют и ополаскивают дистиллированной водой.