Титриметрические методы анализа
Цель работы
Целью данной работы является выполнение определение состава предложенного образца и нахождение процентного содержания двух составляющих элементов методами гравиметрии и титриметрии.
Описание объекта
Стружки сплава серебристо-белого цвета с металлических блеском.
Качественный анализ
Предварительное испытание сплава проводилось по методике, описанной в [1], результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Реагент | Наблюдения | Выводы |
| 30%-ный раствор NaOH | Выделение газа не происходило | Сплав не содержит алюминий |
| 3%-ный раствор Fe2(SO4)3 | Выделение газа не происходило, бурый осадок не выпадал | Сплав не содержит магний |
| HCl(конц.) и 10%-ный раствор NH4SCN | Красное окрашивание исчезающее в течение 30 секунд | Сплав содержит железо в качестве примеси |
| HNO3(конц.) к раствору добавить 2М H2SO4 | Выпал белый осадок, синей окраски раствора не было Выпал белый осадок | Основой сплава являются олово и свинец |
В ходе анализа определенно, что данный сплав является сплавом свинца и олова. Элементы, которые возможно содержаться в этом сплаве: Sb, Zn, Fe, Cu, Cd.
После дробного обнаружения Fe(III) и Cu(II) можно разделить катионы на аналитические группы по кислотно-щелочной схеме и определить оставшиеся элементы (таблица 2).
Таблица 2
| Сплав олова и свинца Растворение в 6М HNO3; по окончанию выделения газа прибавление воды и NH4NO3 | |||
| Раствор 1: Pb2+, Fe3+, Zn2+, Cu2+, Cd2+ Добавление 4М H2SO4 | Осадок 1: Оловянная и сурьмяная кислоты Растворение в HClк; реакция на Sb дает отрицательный результат | ||
| Раствор 2: Fe3+, Zn2+, Cu2+, Cd2+ | Осадок 2: PbSO4 Растворение в NH4CH3COO; реакция с KI дает положительный результат | ||
| Определение | Сигнал | Вывод | |
| Fe(III) Реакция с NH4SCN Cu(II) Реакция с NH3(к) Zn(II) Реакция с (NH4)2Hg(SCN)4 Cd(II) Реакция с Na2S | красная окраска нет синей окраски нет белого осадка нет желтого осадка | есть Fe нет Cu нет Zn нет Cd |
Вывод: в сплаве присутствуют Pb, Sn, Fe.
Количественный анализ
Гравиметрические методы анализа
Наиболее распространенные варианты использования гравиметрических методов анализа при определении олова – осаждение β-оловянной кислоты, гидроокиси или некоторых органических соединений олова с последующим прокаливанием осадка и превращением его в SnO2 [2].
Осаждение олова в виде β-оловянной кислоты возможно при растворении его сплава в азотной кислоте. Обычно осадок β-оловянной кислоты захватывает из раствора значительное количество примесей, таких как Fe, Sb, Cu. В этом случае прокаливают и взвешивают SnO2 с примесями, затем удаляют SnO2 в виде летучего галоидного соединения (нагревают с NH4I) и повторно взвешивают. По разности масс находят реальную массу оксида олова(IV).
Прямое осаждение гидроокиси аммиаком для последующего гравиметрического определения в виде SnO2 применяется редко – только в тех случаях, когда олово определяют в чистом растворе его соли или после предварительного отделения олова от всех компонентов, которые выпадают в осадок вместе с оловом при осаждении аммиаком.
Одним из органических реагентов используемых для осаждения олова является купферон. Методика данной работы является весьма трудоемкой, так, например весь процесс нужно проводить на холоду при 2-7 кратном избытке осадителя; купферон частично разлагается с выделением смолистых продуктов, что затрудняет фильтрование; прокаливание нужно проводить в течение 4-5 часов. Кроме того купферон отсутствует в практикуме.
Наряду с купфероном используется 8-оксихинолин, но в этом случае количественное осаждение олова возможно только из 0,2N раствора HCl.
Гравиметрические методы определения свинца применяются реже, чем титриметрические. Наиболее распространенные гравиметрические формы – сульфат и хромат свинца [3].
Методика осаждения свинца в виде сульфата довольно проста, она включает в себя несколько последовательных выпариваний раствора и растворений осадка в H2SO4, фильтрование, прокаливание и взвешивание. Кроме того, осадок PbSO4 является крупнокристаллическим, что очень удобно для фильтрования.
Осаждать свинец в виде хромата можно уксуснокислым раствором K2Cr2O7, правда, в этом случае осадок недостаточно чистый. Поэтому предпочтение отдается другой методике: пробу, содержащую Pb(NO3)2, сначала нейтрализуют, затем добавляют ацетатной буферной смеси и растворы нитрата хрома и бромата калия, фильтруют и прокаливают.
После рассмотрения некоторых наиболее распространенных гравиметрических методик по определению свинца и олова можно выделить по одной наиболее удобной методике для каждого элемента: для олова – это осаждение в виде β-оловянной кислоты, для свинца – осаждение сульфата.
Титриметрические методы анализа
При титриметрическом определении олова с индикаторным фиксированием точки эквивалентности обычно используют изменение валентности олова или образование малодиссоциированных соединений.
Йодометрическое определение олова проводят в кислой среде согласно реакции:
Sn2+ + I2 + 4Cl- = SnCl4 + 2I-
Перед титрованием олово восстанавливают металлическим свинцом или никелем. Методика данного способа достаточно неудобна, так, например, титрование необходимо проводить в атмосфере СО2 во избежание окисления олова(II) кислородом воздуха.
Суть йодатометрического определения состоит в титровании йодатом калия раствора олова(II) в слабокислой среде.
3Sn2+ + IO3- + 6H+ = 3Sn4+ + I- + 3H2O
В качестве индикатора используют крахмал, поскольку после точки эквивалентности избыточный йодат калия реагирует с ионами йода, образуя I2.
Прямое титрование раствором ЭДТА раствора олова(II) ведут при рН 5,5-6 в присутствии метилтимолового синего, а раствора олова(IV) при рН 1,8 в присутствии ксиленового оранжевого.
Йодометрический метод определения свинца заключается в том, что свинец из раствора осаждают сначала в виде сульфата, потом хромата, после чего растворением в солянной кислоте получают хромовую кислоту и прибавляют йодид калия, выделившийся иод оттитровывают раствором тиосульфата натрия.
2PbCrO4 + 4HCl = 2PbCl2 + H2Cr2O7 + H2O
H2Cr2O7 + 6KI +12HCl = 2CrCl3 + 6KCl + 3I2 + 7H2O
2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI
В сравнении с предыдущей методикой титрование раствора свинца раствором ЭДТА сводится к меньшему числу стадий, что существенно облегчает работу. Как правило, такое титрование проводят в слабокислой среде используя в качестве индикатора 4- (2-пиридилазо) – резорцин или кселеноловый оранжевый, или в щелочной среде с эриохромом черным Т.