Лабораторная работа 15-16

Тема: Вычисления в весовом анализе

Цель:

Обучающая– формирование умений проведения вычислений в весовом анализе

Развивающая – глубокое изучение различных явлений и законов по данной теме ;

Воспитательная – приобщать обучающихся к активности, самостоятельности на лабораторных занятиях

Форма урока:практическая работа

Ход урока:

1. Объяснение типовой задачи - 20 минут

2.Решение задачи у доски - 25 минут

3.Самостоятельное решение - 50 минут

Расчет массы навески (m_нав) анализируемого образца (пробы) проводят по схеме проведения гравиметрического анализа по методу осаждения (1.1) исходя из заданной массы весовой формы с учетом возможной массовой доли определяемого компонента в пробе w(В) и характера получаемого осадка.

В результате многочисленных исследований оптимальной массой весовой формы принято считать для аморфных осадков 0,1-0,2 г, для кристаллических – 0,1-0,5 г. Такая масса весовой формы обеспечивает относительную погрешность её взвешивания на аналитических весах менее 0,1%, что соответствует точности гравиметрического анализа.

Таким образом, в соответствии со стехиометрическими коэффициентами в (1.1):

или:

(2.1)

с учетом получим: (2.2)

Формула (2.2) пригодна для расчета массы навески анализируемого образца (пробы) в методе отдельных навесок, когда вся навеска вещества целиком используется для анализа. Если масса навески очень мала и относительная погрешность её взвешивания на аналитических весах превышает 0,1%, то в этом случае следует применять метод аликвотных частей (пипетирования) и тогда расчет навески проводится по формуле (2.3):

(2.3)

где: V_мк– объём мерной колбы, мл; V_п- объём пипетки (аликвоты), мл.

Следует отметить, что расчет массы навески носит ориентировочный характер и не требует высокой точности вычислений (достаточно двух значащих цифр), однако, брать для анализа нужно точную навеску, взвешивая её на аналитических весах до четвертого знака после запятой (±0,0001 г).

Растворение анализируемого образца при применении метода отдельных навесок проводят в высоком химическом стакане из термостойкого стекла, накрытого часовым стеклом для избежания разбрызгивания раствора и потери вещества, при перемешивании стеклянной палочкой. В этом же стакане проводят осаждение определяемого компонента. При применении метода пипетирования навеску пробы растворяют в мерной колбе, а затем её аликвотную часть с помощью калиброванной пипетки переносят в стакан для осаждения. Вся стеклянная посуда должна быть тщательно вымыта (см.разд. II.1).

В качестве растворителя в гравиметрии чаще всего используют воду или водные растворы кислот; возможно также применение водных растворов щелочей и комплексообразователей. Органические растворители в весовом анализе не применяют.

Пример 1.. В лекарственном препарате фуросемиде содержится по массе около 11% серы. Какую навеску препарата надо взять при его анализе, чтобы после перевода серы в сульфат-ион получить 0,50 г прокаленного осадка BaSO₄? Возможно ли в этом случае применение метода отдельных навесок?

Решение: S®SO₄^2-®ВаSO₄ то есть n(S) = n(BaSO₄) и b=c= 1, тогда, используя примененные при выводе формул (2.1) и (2.2) рассуждения, получим:

Относительная погрешность взвешивания на аналитических весах такой навески равна:

Так как 0,02% < 0,1%, то метод отдельных навесок в данном случае применить возможно.

Пример 2. Какой объем физиологического раствора, содержащего около 0,9% (по массе) хлорида натрия ( r=1 г/мл), следует взять для анализа, чтобы масса весовой формы AgCl составила 0,36 г?

Решение: NaCl ®AgCl, то есть n(NaCl) = n(AgCl) и в уравнении (2.2) (см. вывод выше) b=c= 1, тогда масса раствора хлорида натрия:

и объём раствора хлорида натрия будет равен:

Пример 3.Какую массу вещества, содержащего около 20% хлорида натрия и 30% хлорида калия, следует растворить в мерной колбе вместимостью 100 мл, чтобы из аликвоты полученного раствора объёмом 10 мл получить 0,50 г весовой формы AgCl?

Решение: NaCl®AgClи KCl®AgCl, то есть n(NaCl) + n(KCl) = n(AgCl), тогда:

или: ,

а с учетом аликвоты:. Следовательно:

Отсюда масса навески вещества равна:

Пример 4.Сколько миллилитров 0,10 М раствора ВаС1₂ потребуется для осаждения серы в виде BaSO₄ из навески 1,0 г продукта, содержащего 90% (по массе) лекарственного препарата дихлотиазида — M(C₁₃H₁₈O₄N₃S₂Cl) = 379,5 г/моль, и индифферентные примеси, если осадитель добавляют: а) в стехиометрическом количестве; б) в полуторократном избытке?

Решение:C₁₃H₁₈O₄N₃S₂Cl ®2SO₄^2-®2BaCl₂, т.е. n(BaCl₂) = 2n(C₁₃H₁₈O₄N₃S₂Cl) и в уравнении (3.1) а = 2, а b= 1. Тогда:

б) V’(BaCl₂) = 1,5∙V(BaCl₂) = 1,5∙47 = 70,5 мл

Пример 5.Навеску анализируемого образца массой 5,0 г, содержащего около 3% никеля, растворили в мерной колбе вместимостью 200,0 мл. Какой объём спиртового раствора диметилглиоксима С₄H₆(NOH)₂ (М = 116,1 г/моль) с массовой долей 1,0% (r= 0,93г/мл) потребуется для осаждения диметилглиоксимата никеля из 20,00 мл раствора при 50% избытке осадителя?

Решение: из уравнения реакции Ni²⁺+ 2С₄H₆(NOH)₂ ®[Ni{С₄H₆NO(NOH)}₂]¯n(С₄H₆(NOH)₂) = 2n(Ni), то есть в уравнении (3.2) а = 2, а b= 1. Тогда:

В задаче задан 50% избыток осадителя (полуторократный избыток), поэтому:

V’(С₄H₆(NOH)₂) = 1,5∙ V(С₄H₆(NOH)₂) =1,5∙6,4 = 9,6 мл

Пример 6.Рассчитать относительную погрешность определения, вызванную промыванием 225,3 мг осадка BaSO₄ 250 мл воды (при условии полного насыщения воды солью).

Решение:

BaSO₄ «Ba²⁺ + SO₄^2-

[Ba²⁺] = [SO₄^2-] = S, тогдаK_S(BaSO₄) = [Ba²⁺]∙[SO₄^2-] = S∙S = S² или

, тогдапоуравнению(4.1):

и по уравнению (4.2):

Пример 7.Какова будет потеря массы осадка PbSO₄ при промыва­нии его 200 мл 0,01 М раствора сульфата аммония?

Решение:

PbSO₄ «Pb²⁺ + SO₄^2-

(NH₄)₂SO₄ ®2NH₄⁺ + SO₄^2-

[Pb²⁺] = S, a [SO₄^2-] = S + C[(NH₄)₂SO₄] »C[(NH₄)₂SO₄] = 0,01 моль/л(S<<C[(NH₄)₂SO₄]),

тогдаK_S(PbSO₄) = [Pb²⁺]∙[SO₄^2-] = S∙C[(NH₄)₂SO₄] = S∙0,01 или

, тогда по уравнению (4.1):

Пример 8.Вычислить концентрацию оксалата аммония, которую нужно создать в промывной жидкости, чтобы в 250 мл ее терялось не более 0,1% осадка СаС₂О₄, масса которого 0,10 г.

Решение: СаС₂О₄ «Са²⁺ + С₂О₄^2-

(NH₄)₂C₂O₄®2NH₄⁺+ C₂O₄^2-

[Ca²⁺] = S, a [C₂O₄^2-] = S + C[(NH₄)₂C₂O₄] »C[(NH₄)₂C₂O4] (S<<C[(NH₄)₂C₂O₄]),

тогдаK_S(CaC₂O₄) = [Ca²⁺]∙[C₂O₄^2- ] = S∙C[(NH₄)₂C₂O₄]

из уравнения (4.2): ,

тогда из уравнения (4.1): и

Расчет результатов анализа без учета влажности анализируемого образца. Расчет массы определяемого вещества m(B) и его массовой доли в анализируемом образце w(В) проводят по схеме проведения гравиметрического анализа по методу осаждения (1.1), используя для расчета точно измеренную массу весовой формы m(C):

или:

(6.1)

(6.2)

где: F_B/C– гравиметрический фактор пересчета;

m_нав– масса навески анализируемого вещества, г/мл

При проведении анализа методом аликвотных частей в формулы (6.1) и (6.2) следует ввести множитель, учитывающий объём используемых мерной колбы (V_мк) и пипетки (V_п):

(6.3)

(6.4)

Пример 9.Рассчитать массовую долю железа в препарате, если из его навески массой 0,5000 г получили 0,3989 г прокаленного осадка Fe₂O₃.

Решение:2Fe®Fe₂O₃, то есть n(Fe) = 2n(Fe₂O₃) и в уравнении (6.1) b= 2, ac= 1,

тогда по уравнению (6.1):

а по уравнению (6.2):

Пример 10.Из 25,00 мл раствора меди сульфата получен осадок CuSCN массой 0,2144 г. Вычислить титр и молярную концентрацию анализируемого раствора.

Решение: СuSO₄®CuSCN, то есть n(Cu²⁺) = n(CuSCN) и в уравнении (6.1) b= c= 1,

тогда:

,

следовательно:

Пример 11.Навеску препарата массой 2,6340 г растворили в мерной колбе объёмом 250,0 мл. В 50,00 мл этого раствора осадили магний в виде MgNH₄PO₄и прокалили осадок до Mg₂P₂O₇, масса которого оказалась равной 0,3062 г. Рассчитать массовую долю магния в анализируемом препарате.

Решение:2Mg®2 MgNH₄PO₄®Mg₂P₂O₇, то есть n(Mg) = 2n(Mg₂P₂O₇), следовательно с учетом аликвотной части по уравнению (6.3) имеем:

и

Пример 12.Для анализа смеси химически чистых СаСО₃ и SrCО₃ была взята навеска 0,7860 г и обработана избытком серной кислоты. Масса прокаленного осадка (CaSO₄ + SrSO₄) составила 1,0210 г. Вычислить массовые доли карбонатов кальция и стронция в исход­ной смеси.

Решение: СаСО₃ ®СаSO₄, и SrCO₃ ®SrSO₄, то есть n(СаСО₃) =n(CaSO₄) и n(SrCO₃) = n(SrSO₄). Если m(CaCO₃) = x,то m(SrCO₃) = 0,7860 – х, следовательно:

и

Тогда: или:

Решая полученное уравнение получим: х = m(CaCO₃) = 0,3716 г и

Тогда: w(SrCO₃) = 100 - w(CaCO₃) = 100 – 47,28 = 52,72%

Расчет результатов анализа с учетом влажности анализируемого образца. Во влажном или воздушно-сухом состоянии в веществе присутствует внешняя (гигроскопическая) влага. Удаляя эту влагу высушиванием при 100-120°С получают сухое (абсолютно сухое) вещество. Внешняя влага обуславливает влажность образца w(Н₂О) (в %), которая рассчитывается по формуле:

(6.5)

где: m(Н₂О) – масса внешней влаги в образце, г

m_вл.нав – масса навески влажного образца,г