Реферат: Гравиметрический анализ

Министерство образования и наукиРоссийской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное учреждение высшегопрофессионального образования

«ПОВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯСОЦИАЛЬНО-ГУМАНИТАРНАЯ АКАДЕМИЯ»

Естественно-географический факультет

кафедра химии и методики ее преподавания

Аналитическая химия

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Гравиметрическийанализ»

Исполнитель–

студент3 курса отделения

«Химия,биология» Жуков А. С.

Научныйруководитель –

кандидатпедагогических наук

доцентГиренкова Л. К.

Самара 2009

Содержание

 

Введение

Глава I. Сущность гравиметрического анализа

1.1 Теоретические основы

1.2 Механизм реакцииосаждения

1.3 Осаждаемая и гравиметрическаяформы

1.4 Растворимость осадков

1.5 Загрязнение осадков

1.6 Получение осаждаемойформы

1.7 Фильтрование и промываниеосадка

1.8 Получениегравиметрической формы

1.9 Применениегравиметрического метода анализа

Глава II. Весовыеопределения

2.1 Оборудование

2.2 Определениекристаллизационной воды в кристаллическом хлориде бария

2.3 Определениесодержания серной кислоты в растворе

2.4 Определениесодержания железа в растворе хлорида железа (III)

Глава III. Вопросы изадачи

Заключение

Библиография

Введение

Аналитической химией называется наука, занимающаяся изучениемметодов и приемов определения состава веществ и их смесей. Свое названиеаналитическая химия получила потому, что основным путем ее исследованийявляется анализ, т. е. разложение сложных веществ на составляющие их элементы,точнее, ионы.

Аналитическая химия объединяет теорию химического анализа,качественный анализ и количественный анализ.

Аналитическая химия в целом относится к прикладным наукам, т.е. к наукам, имеющим прикладное практическое значение. Практическое значениеаналитической химии весьма разнообразно.

Определение количественного состава исследуемого вещества, т.е. содержания отдельных составных частей его, является задачей количественногоанализа. Гравиметрический анализ является одним из методов количественногоанализа.

В гравиметрии определяемое вещество осаждают в видемалорастворимого соединения определенной стехиометрии. После выделения ивысушивания осадок взвешивают на аналитических весах и по его массе и известнойстехиометрии находят количество определяемого компонента.

Гравиметрические методычрезвычайно точны, потому что на аналитических весах можно взвесить вещества свысокой степенью точности. Массу можно определить до пятой цифры после запятой.

Глава I. Сущностьгравиметрического анализа

Гравиметрическим анализомназывают метод количественного химического анализа, основанный на точномизмерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделяемых ввиде соединений точно известного постоянного состава. Гравиметрическиеопределения можно разделить на три группы: методы осаждения, отгонки ивыделения.

Методы осаждения основанына осаждении определяемого компонента в виде малорастворимого химическогосоединения, фильтровании, прокаливании до постоянной массы и последующемопределении массы полученного вещества. При этом различают осаждаемую форму –форму, в виде которой определяемое вещество осаждают, и гравиметрическую форму– форму, в виде которой определяемое вещество взвешивают.

Методы отгонки основанына отгонке определяемого компонента в виде летучего соединения с последующимопределением массы отогнанного вещества (прямое определение) или массы остатка(косвенное определение).

Методы выделения основанына количественном выделении определяемого компонента из анализируемого растворапутем химической реакции с последующим определением массы выделенного вещества.Этот принцип положен в основу электрогравиметрического метода анализа, вкотором определяемый компонент выделяется из раствора в результате электрохимическихреакций, протекающих на электродах.

Среди гравиметрическихметодов анализа наиболее широко применяют метод осаждения.

 

1.1 Теоретическиеосновы

Задача количественногоанализа – определение количественного содержания химических элементов всоединениях.

Количественный анализ –основное средство определения качества материалов, которое зависит от количестваосновных компонентов, примесей и т. д.

Методами количественногоанализа проверяют правильность технологических процессов, решают многие вопросыисследовательско-прикладного характера: оценивают содержание ценных веществ врудах, биологических объектах, присутствие токсических веществ в продуктахпитания, медицинских препаратах, окружающей среде и т. д.

Весовой анализ основан натом, что из определенного взвешенного количества вещества (навески) посредствомсоответствующих химических реакций выделяют определенную составную часть в виденерастворимого осадка. Этот осадок отфильтровывают, промывают и послепрокаливания или высушивания взвешивают на аналитических весах. Затем по массеосадка вычисляют количество этой составной части.

Весовой анализ включаетнесколько этапов:

1. Отбор среднейпробы и подготовка вещества к анализу.

2. Взятие навески.

3. Растворениенавески.

4. Осаждение.

5. Определениеполноты осаждения (проба на полноту осаждения).

6. Фильтрование ипромывание осадка.

7. Определениеполноты промывания.

8. Высушивание илипрокаливание осадка.

9. Вычислениерезультатов анализа.

 

1.2Механизм реакции осаждения

В процессе образованияосадка различают три основных параллельно протекающих процесса: 1) образованиезародышей кристаллов; 2) рост кристаллов; 3) объединение хаотичноориентированных мелких кристаллов.

В начальный моментсмешивания реагирующих компонентов раствор, содержащий эти компоненты,пересыщается и образуются мельчайшие частицы осадка – зародыши. Зародышкристалла – наименьший агрегат атомов, молекул или ионов, который образуется ввиде твердой фазы при осаждении и способен к самопроизвольному росту.Образование зародышей в пересыщенном растворе может происходить каксамопроизвольно, так и при введении в раствор твердых частиц осадка, которыемогут служить центром образования зародышей. Нерастворимые частицы,содержащиеся в реактивах и растворителе, также являются центром образованиязародышей. Время с момента смешивания растворов реагирующих веществ допоявления зародышей называют индукционным периодом, продолжительность егозависит от концентрации реагирующих веществ, а также от природы осадка. Так,при осаждении творожистого осадка AgCl индукционный период незначителен, а приосаждении кристаллических осадков – достаточно велик.

Рост кристалловпроисходит за счет диффузии ионов к поверхности растущего кристалла и осажденияэтих ионов на его поверхности и определяется не только диффузионнымипроцессами, но и структурой растущих кристаллов, дефектами кристаллическойрешетки, внедрением в нее различных ионов и т. д.

Число и размер частицосадка зависят от соотношения скорости образования зародышей кристаллов искорости роста кристаллов. Если скорость образования зародышей кристаллов малапо сравнению со скоростью роста кристаллов, образуется небольшое число крупныхчастиц – осадок крупнокристаллический, при обратном соотношении скоростейполучается мелкодисперсный осадок, состоящий из большого числа мелких частиц.Скорости обоих процессов зависят от относительного пересыщения раствора, котороеопределяется выражением:

Относительноепересыщение=(C—S)/S,

где C – концентрацияосаждаемого вещества в растворе, получаемая в момент внесения осадителя; S – растворимость.

 

1.3 Осаждаемая игравиметрическая формы

При осаждении формаосадка может быть различной в зависимости от условий, в которых оно проводится.Важно подобрать такие условия, при которых не происходит потери вещества.Поэтому осаждение считают важнейшей операцией гравиметрического анализа. Приего выполнении необходимо правильно выбрать осадитель, рассчитать егоколичество, соблюсти определенные условия осаждения, убедиться в полнотеосаждения иона из раствора.

Осадок в процессе анализаприходится доводить до постоянной массы. Поэтому в гравиметрическом анализеразличают две формы: осаждаемую и гравиметрическую.

Осаждаемая форма – тот осадок, который получается врезультате химической реакции между осаждаемым ионом и осадителем.

Например: Ba2++ SO42– → BaSO4

К осаждаемой формепредъявляются следующие требования:

· малая величинарастворимости, около 1•10–6 моль/л,

· осадок долженбыть крупнокристаллическим,

· осаждаемая формадолжна легко и полно превращаться в гравиметрическую форму.

Гравиметрическаяформа – товещество, которое получается после прокаливания осаждаемой формы.

В некоторых случаяхосаждаемая и гравиметрическая формы одинаковы (например, BaSO4). Вдругих случаях их состав отличается друг от друга:

Осаждаемая форма Гравиметрическая форма

CaCO3

CaO

Fe(OH)3

Fe2O3

Al(OH)3

Al2O3

Требования, предъявляемыек гравиметрической форме:

1. Составгравиметрической формы должен точно соответствовать определеннойстехиометрической формуле.

2. Она не должнаменять своей массы на воздухе из-за поглощения паров H2O и CO2 или частичного разложения.

3. Содержаниеопределяемого элемента в гравиметрической форме должно быть как можно меньше,т. к. в таком случае погрешности взвешивания в меньшей степени сказываются нарезультате.

Перечисленные требованияк осадкам в свою очередь определяют требования к осадителям:

1. Осадитель долженобразовывать с исследуемым компонентом осадок, обладающий наименьшейрастворимостью.

2. Осадитель долженбыть летуч, чтобы примеси его можно было удалить при прокаливании.

3. Осадитель долженбыть специфичным, т. е. осаждать избирательно.

 

1.4 Растворимость осадков

 

Влияние ионной силыраствора. Ваналитической практике образование и растворение осадка всегда происходит вприсутствии посторонних электролитов. Так, при взаимодействии, например,растворов, содержащих стехиометрические количества BaCl2 и Na2SO4, в системе наряду с образовавшимся BaSO4 и одноименными с осадком ионами Ba2+ и SO42– будут находиться разноименные сосадком ионы Na+ и Cl–. Нахождение в растворе электролита,содержащего разноименные с осадком ионы, увеличивает ионную силу раствора I.При этом существенное влияние оказывают как концентрация ионов, находящихся врастворе, так и их заряд:

 

/>

где Ci– молярная концентрация i-го иона; Z– заряд i-го иона.

Таким образом, введение внасыщенный раствор малорастворимого вещества раствора электролита, несодержащего одноименных с малорастворимым веществом ионов, вызывает увеличениерастворимости малорастворимого вещества.

Влияние одноименныхионов. Введение враствор одноименных с осадком ионов приводит к сдвигу равновесия и,соответственно, к уменьшению растворимости осадка.

Следует отметить, что внекоторых случаях при введении в раствор избыточного количества ионов,одноименных с осадком, растворимость осадка может увеличиваться вследствиеобразования растворимых комплексов.

Влияние pH среды. Если осадок представляет собой сольслабой кислоты, то при добавлении более сильной кислоты анионы осадка,находящиеся в растворе, будут взаимодействовать с ионами водорода собразованием слабой кислоты. При этом равновесие сдвигается вправо за счетпротекания реакций и растворимость осадка увеличивается.

Влияниекомплексообразующих реагентов. При введении в систему раствор – осадок соединений,образующих устойчивые комплексы с катионами малорастворимого электролита,растворимость осадка увеличивается.

Следует отметить, что нарастворимость осадков помимо перечисленных выше факторов также оказываютвлияние: 1) температура; 2) применяемый растворитель; 3) конкурирующиеокислительно-восстановительные реакции.

Таким образом, дляудовлетворения основного требования, предъявляемого к осадку в гравиметрическоманализе, – его малой растворимости – необходимо вести осаждение в присутствииодноименных ионов, при строго определенном pH среды, в отсутствие мешающихкомплексообразующих реагентов, окислителей или восстановителей, необходимоконтролировать температуру, при которой проводится осаждение.

 

1.5 Загрязнениеосадков

Основной причинойзагрязнения осадка является соосаждение. Соосаждением называют одновременноеосаждение растворимого компонента с макрокомпонентом из одного и того жераствора путем адсорбции, окклюзии, образования смешанных кристаллов илимеханического захвата частиц других фаз. Осадки при этом загрязнены веществами,произведение растворимости для которых не достигается.

Адсорбция – увеличениеповерхностной концентрации растворенных веществ на границе раздела фаз. Всоответствии с правилом адсорбции на поверхности осадка в первую очередьадсорбируются ионы, входящие в состав кристаллической решетки осадка инаходящиеся в избытке. Под действием заряда к поверхности осадка притягиваютсяпротивоионы, которые удерживаются слабее первично адсорбированных ионов.

Адсорбируемость ионов наповерхности осадка зависит также от концентрации ионов, находящихся в растворе,от заряда ионов и от их размера. Количество адсорбированных на поверхностиосадка ионов тем больше, чем больше его поверхность, поэтому к адсорбции болеесклонны осадки с развитой поверхностью, т. е. аморфные. Для предотвращения явленияадсорбции осаждение как аморфных, так и кристаллических осадков проводят вусловиях, позволяющих получить осадки с наименьшей поверхностью; повышениетемпературы также способствует уменьшению адсорбции, так как адсорбция –экзотермический процесс. Количество адсорбированных примесей можно уменьшитьпри промывании осадков на фильтре водой или промывной жидкостью, а также вслучае кристаллических осадков в процессе их старения.

Окклюзия – процессвключения посторонних веществ внутрь осадков в ходе их образования. Окклюзияхарактерна для кристаллических осадков и наблюдается при быстром ростекристаллов, когда часть противоионов, адсорбированных на поверхности растущегокристалла, остается внутри его. Окклюдированные примеси не удаляютсяпромыванием, но окклюзию можно уменьшить путем переосаждения осадка, а также впроцессе его старения. Степень окклюзии в процессе осаждения можно уменьшитьмедленным добавлением осадителя по каплям, при перемешивании.

Смешанные кристаллы –кристаллы, содержащие второй компонент, внедряющийся в решетку основногокристалла и распределенный в этой решетке. Механический захват – процессслучайного включения относительно малых количеств других фаз внутрь осадка входе его образования. Механический захват обусловлен несовершенствомкристаллической решетки осадка, наличием в ней пустот и трещин при быстромросте кристаллов. Для уменьшения механического захвата необходимо осаждатькристаллические осадки из разбавленных растворов, добавляя осадитель медленнопо каплям, при перемешивании. Переосаждение, а также старение кристаллическихосадков тоже способствует устранению механического захвата примесей.

Причиной загрязненияосадков может служить также последующее осаждение, в ходе которого наповерхности ранее выделенного осадка осаждается химически отличающаяся от негоформа соединения, содержащего ион, одноименный с осадком.

1.6 Получениеосаждаемой формы

 

Условия образованиякристаллических осадков

Условия осаждения Достигаемый эффект 1. Осаждение ведут из достаточно разбавленного исследуемого раствора разбавленным раствором осадителя. 1. Выпадение осадка замедляется, что способствует образованию крупных кристаллов, уменьшается осаждение. 2. Раствор осадителя прибавляют медленно, по каплям, при постоянном помешивании стеклянной палочкой. 2. Капли раствора осадителя разбавляются большим объемом анализируемого раствора, вследствие чего предотвращаются местные пересыщения, осадок увлекает меньше примесей осадителя. 3. Осаждение ведут из подогретого исследуемого раствора горячим раствором осадителя. 3. Повышение температуры в процессе осаждения ускоряет формирование кристаллической решетки и тормозит образование зародышевых центров кристаллизации. 4. Прибавлять при осаждении вещества, которые повышают растворимость осадка. 4. Повышается растворимость образующегося соединения, меньше образуется первичных кристаллов и тем крупнее они будут. 5. Отфильтровать осадок после охлаждения раствора. 5. Снижается растворимость; имеет место более полное осаждение. 6. После прибавления осадителя оставить осадок на несколько часов. 6. Происходит созревание осадка – растворение мелких кристаллов и рост крупных. При этом удаляются первоначально включенные в осадок примеси. Устраняются дефекты кристаллической решетки.

В таблицах приведеныусловия осаждения кристаллических и аморфных осадков, применяемых вгравиметрическом анализе. Осадки, получаемые в этих условиях, удовлетворяютосновным требованиям, предъявляемым к ним.

Условия образованияаморфных осадков

Условия осаждения Достигаемый эффект 1. Осаждение ведут в присутствии электролита – коагулятора. 1. Добавление в раствор электролита приводит к коагуляции осаждаемого вещества вследствие адсорбции ионов электролита на поверхности частиц. 2. Осаждение ведут из нагретого анализируемого раствора нагретым раствором осадителя. 2. Повышение температуры способствует разрушению гидратных оболочек коллоидных частиц и десорбции ионов, придающих одноименный заряд коллоидным частицам. 3. Осаждение ведут из достаточно концентрированного исследуемого раствора концентрированным раствором осадителя. 3. Из-за небольшого объема раствора получается не слишком объемистый осадой; уменьшается адсорбция осадком примесей из раствора; разрушаются гидратные оболочки коллоидных частиц.

 

1.7 Фильтрование ипромывание осадка

Выбор приспособлений дляфильтрования зависит от природы осадка и от температуры, при которой осадокпереводят в гравиметрическую форму. Во всех случаях фильтрования осадкасопутствует его промывание. Промывание необходимо для удаления ионов, которыене улетучиваются при переводе осадка в гравиметрическую форму.

При промывании аморфныхосадков дистиллированной водой происходит их пептизация, т. е. переход вколлоидное состояние, коллоидные частицы проходят через поры фильтра впромывные воды, отфильтровать осадок не удается. Поэтому промывная жидкость дляаморфных осадков должна содержать электролиты-коагуляторы, препятствующиепептизации, такие как разбавленные растворы летучих кислот (HNO3),растворы солей аммония (NH4Cl, NH4NO3 и др.). Кроме того, адсорбированные на поверхности осадка изагрязняющие его ионы при промывании осадка указанными промывными жидкостямизамещаются ионами, способными улетучиваться при прокаливании.

Промывная жидкость длякристаллических осадков обычно содержит летучие электролиты; осадки веществ срастворимостью 10–5–10–6 моль/л промывают растворамиэлектролитов, содержащих одноименные с осадком ионы.

Общий объем промывнойжидкости не должен превышать 100 мл. Осадок более полно освобождается отзагрязняющих веществ, если его промывать многократно небольшими порциямипромывной жидкости, чем при двух-трехкратном промываниями большими порциями,что можно видеть из следующего расчета:

 

Cn=C[V/(V+V)]n,

где Cn<sub/>– концентрация примесей после n-го промывания; C– начальная концентрация примесей; V– объем промывной жидкости, нестекающей через фильтр; V– объем каждой порции промывной жидкости.

Осадок сначала промываютв стакане, в котором проводили осаждение, методом декантации. Затем осадокпереносят на фильтр и промывают на нем небольшими порциями промывной жидкости.

 

1.8 Получениегравиметрической формы

Гравиметрическая формаможет быть получена путем высушивания осадка или прокаливанием его допостоянной массы. Высушивание осадка проводят при применении органическихосадителей, при этом гравиметрическая форма совпадает с формой осаждения. Припрокаливании гравиметрическая форма может взаимодействовать с углеродом сизменением формулы соединения. Так, при прокаливании BaSO4 возможнаследующая реакция:

/>

В этом случае необходимопродолжить прокаливание на воздухе для окисления сульфида бария в сульфаткислородом воздуха.

Температура прокаливаниязависит от природы осадка. Для того чтобы выбрать температуру прокаливания,снимают термогравиметрическую кривую. При этом с помощью автоматическихтермовесов непрерывно фиксируют массу осадка по мере равномерного возрастаниятемпературы в печи. Температура, пригодная для прокаливания, соответствуетгоризонтальному участку кривой.

/>

Термогравиметрическиекривые для раздельного определения кальция и магния

Термогравиметрическиекривые можно применять для раздельного определения компонентов смесей.Различный ход термогравиграмм дает возможность определять содержаниекомпонентов смеси при их совместном осаждении. Путем расчетов можно определитьсодержание в смеси обоих компонентов.

 

1.9 Применениегравиметрического метода анализа

Методы осаждения частоприменяют как методы разделения. Гравиметрический анализ по методу осажденияприменяют при анализе эталонов для калибровки и контроля физико-химических методованализа, при определении состава синтезированных соединений и др.

Существует также рядспецифических гравиметрических методов определения органических соединений.Например, при определении содержания фенолфталеина его осаждают из щелочногораствора в виде тетраиодида, высушивают и взвешивают.

При достаточно большойразности в произведениях растворимости двух осадков возможно ихпоследовательное осаждение и разделение (ПР1: ПР2 ≥104).При этом первым начнет осаждаться тот ион, для которого быстрее достигаетсяпроизведение растворимости. Однако последовательное осаждение не всегдаобеспечивает полноту осаждения разделяемых компонентов.

Гравиметрические методыанализа менее избирательны, чем другие методы анализа. Избирательность можетбыть повышена при использовании органических аналитическихреагентов-осадителей, реакций внешнесферного комплексообразования, приемов маскирования,регулирования pH среды и др.

Глава II. Весовыеопределения

Схема гравиметрическогоанализа по методу осаждения предусматривает последовательное выполнениеследующих основных операций: 1) отбор пробы и подготовка ее к анализу; 2)взятие навески; 3) переведение навески вещества в раствор; 4) получениеосаждаемой формы; 5) фильтрование; 6) промывание осадка; 7) высушивание осадка;8) получение гравиметрической формы.

 

2.1 Оборудование

 

Стаканы. В гравиметрическом методе анализаприменяют химические стаканы различной вместимости. Для осаждениякристаллических осадков обычно применяют стаканы с носиком вместимостью 200-250мл, для осаждения аморфных осадков – стаканы вместимостью 100-150 мл. Приодинаковой вместимости стаканы могут быть различной высоты, лучше применятьболее низкие стаканы, т. к. их дно легче очищать от осадка.

Воронки, применяемые для фильтрования, могутбыть различного диаметра, в зависимости от количества отделяемого осадка: онидолжны иметь наклон стенок 60° и удлиненный косо срезанный конец, внутреннийдиаметр которого в верхней части меньше, чем в нижней, благодаря этомуувеличивается скорость фильтрования и промывания осадка.

Тигли. Фарфоровые тигли применяют длявысокотемпературного прокаливания осадков. Фарфоровые тигли можно нагревать дотемператур не выше 1200°C.Кроме фарфоровых тиглей в гравиметрическом анализе для высокотемпературногосплавления и прокаливания металлические, кварцевые и другие тигли. До окончаниявсех операций тигли нельзя брать руками, а только при помощи металлическихщипцов.

Стеклянные фильтрующиетигли представляют собой стеклянные тигли с вплавленными фильтрующимипластинками из прессованного пористого стекла. Их применяют для фильтрования споследующим высушиванием в сушильном шкафу осадков, которые разлагаются привысоких температурах.

Эксикаторы применяют для охлаждения тиглей придоведении их массы до постоянного значения, а также для хранения прокаленныхтиглей и высушивания. В качестве осушителя в эксикаторах чаще всего применяютбезводный хлорид кальция, реже – концентрированную H2SO4, P2O5 и др. При работе с эксикатором необходимо соблюдать следующиеправила: 1) необходимо следить, чтобы притертые части всегда были смазаны; 2) переносяэксикатор, обязательно следует придерживать его крышку; 3) поместив горячийтигель в эксикатор, крышку эксикатора оставляют приоткрытой в течение 3-5минут, пока воздух внутри эксикатора не прогреется; 4) нельзя оставлятьэксикатор открытым; 5) открывая и закрывая эксикатор, крышку следует сдвигать всторону, а не поднимать.

Кроме перечисленнойпосуды применяют также стеклянные палочки обычные и с резиновыми насадками,часовые стекла для накрывания стаканов с осадками, промывалки, мерные цилиндрыи др.

 

2.2 Определениекристаллизационной воды в кристаллическом хлориде бария

Кристаллизационной водойназывается вода, входящая в структуру кристаллов некоторых веществ, называемыхкристаллогидратами. Содержание кристаллизационной воды определяют высушиваниемкристаллогидрата до постоянной массы. Температура, при которой происходитудаление кристаллизационной воды, зависит от прочности связи ее с основнымвеществом. Так, щавелевая кислота H2C2O4•2H2Oсушится при 110-120°C, медный купорос CuSO4•5H2O – при 140-150°C, алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)•12H2O около 230°C, хлорид бария BaCl2•2H2O – при 120-125°C,сода Na2CO3•10H2O – около 270°C, а глауберова соль Na2SO4•10H2O –при температуре выше 300°C.

Вещество, предназначенноедля определения кристаллизационной воды, должно быть воздушно-сухим. Иначевместе с кристаллизационной водой будет определена и гигроскопическая, т. е.адсорбционная вода.

Взятие навески

1. Берут чистый бюкс,маркируют его графитовым карандашом на пришлифованной части и помещают всушильный шкаф с температурой 120-125°C.

2. Через 45-60 мин.Помещают бюкс с помощью тигельных щипцов в эксикатор. Когда бюкс остынет дотемпературы аналитических весов, взвешивают его и записывают результат влабораторный журнал.

3. Повторяют высушиваниебюкса еще 1-2 раза по 30 мин., чтобы довести его до постоянной массы. Высушиваниезаканчивают, когда результаты двух последних взвешиваний будут отличаться неболее, чем на 0,0002 г.

4. В подготовленный бюкспомещают 1,5-2,0 г свежеперекристаллизованного воздушно-сухого хлорида барияBaCl2•H2O и взвесьте на аналитических весах.

Высушивание навески

1. Помещают бюкс всушильный шкаф. Первое высушивание соли проводится 1,5-2,0 часа, строго следя,чтобы температура находилась в пределах 120-125°C. При более высокой температуре возможно частичное разложениеи улетучивание соли, а при более низкой – не вся кристаллизационная вода будетудалена.

2. Затем переносят бюкс вэксикатор, оставляют охлаждаться на 15-20 мин., т. е. доводят бюкс с егосодержимым до постоянной массы.

Вычисление процентногосодержания воды и ошибки анализа

По результатам измеренийопределяют процентное содержание воды, абсолютную и относительную ошибкианализа:

1. Теоретическоесодержание воды:

/>

2. Практическое содержаниеводы:

/>

a – навеска кристаллогидрата хлоридабария

b – масса безводного хлорида бария.

3. Абсолютная ошибка –это разность между найденным результатом анализа и действительным содержанием: Δ=14,68%– 14,75%= – 0,07%

4. Относительнаяошибка – отношение абсолютной ошибки к истинному содержанию воды.Выражается она обычно в процентах и считается положительной величиной:

/>

2.3 Определениесодержания серной кислоты в растворе

 

Последовательностьвыполнения работы:

1. Подготовка растворак осаждению:

1. Полученный для анализараствор серной кислоты разбавляют в мерной колбе емкостью 100 мл дистиллированнойводой до метки и тщательно перемешивают.

2. Затем отбираютпипеткой пробу 20-25 мл, добавляют 20 мл воды и подкисляют 1-2 мл 2 н. раствораHCl. Пробу помещают в отдельный стакан емкостью 150-200 мл.

2. Подготовкаосадителя:

Мерным цилиндром отмеряют5 мл 10% раствора BaCl2,разбавляют водой до 30 мл и переливают в чистый стакан.

3. Нагревание передосаждением:

Стаканы с анализируемымраствором и осадителем ставят на плитку и нагревают до начала кипения.

4. Осаждение BaSO4:

1. К нагретому растворусерной кислоты медленно, по каплям прибавляют приготовленный раствор хлоридабария. При этом протекает реакция:

BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl

2. Надо тщательнозаботиться об укрупнении и чистоте осадка. Для этого раствор BaCl2добавляют очень медленно (1-2 капли в сек) все время помешивая смесь стекляннойпалочкой. Весь процесс осаждения должен длиться не менее 15 минут. Необходимоследить за тем, чтобы стеклянная палочка не касалась дна, т. к. иначе осадокплотно прилипнет к стеклу.

3. После того, как весьосадитель прилит, осадок осядет и жидкость посветлеет, делают пробу на полнотуосаждения. В стакан с осадком (не взмучивая его) осторожно по стенке стаканаприливают 1-2 капли горячего раствора хлорида бария. Если жидкость придобавлении раствора хлорида бария не помутнеет, то полнота осаждениядостигнута. Если же при добавлении раствора хлорида бария образовалась муть,надо добавить еще 0,5-1,0 мл осадителя и снова сделать пробу на полнотуосаждения.

4. Осадок оставляют длясозревания.

5. Созревание осадка:

1. Когда приливаниеосадителя закончено, палочку тщательно промывают струей воды из промывки;промывают и верхний край стакана от попавших частиц.

2. Для ускорения процессасозревания осадка стакан с осадком можно поставить на песчаную или водяную банюи выдерживают в течение 20-30 минут при 70-80°C. За этот период созревание осадка заканчивается, осадокполучается крупнокристаллическим и легко фильтруется.

3. Важным условиемукрупнения кристаллов и их чистоты является медленное прибавление осадителя.Кроме того, осаждение сульфата бария проводят в присутствии небольшогоколичества HCl, повышающей растворимость сульфата бария, что в свою очередьукрупняет кристаллы. Соляная кислота также препятствует соосаждению веществ,растворимых в кислой среде.

6. Приготовлениепромывной жидкости:

Прежде чем приступить кфильтрованию, готовят промывную жидкость: 5 мл 2н. HCl растворяют в 100 мл воды.

7. Фильтрование ипромывание осадка:

1. Фильтрованиепроизводится через плотный фильтр. Прозрачную отстоявшуюся жидкость сливают нафильтр, затем декантацией промывают осадок в том же стакане 2-3 раза 25-30 млпромывной жидкости, после чего переносят осадок на фильтр и промываютокончательно на фильтре 1-2 раза горячей дистиллированной водой. Промываниепродолжается до тех пор, пока собранная в пробирку стекающая с фильтра жидкостьне перестанет давать муть хлорида серебра при действии нитрата серебра.

2. После этого фильтры сосадком в воронках высушивают при 70-80°C в сушильном шкафу (20-30 минут) и затем свертывают фильтрс осадком и переносят в доведенной до постоянной массы тигель.

8. Прокаливание ивзвешивание осадка:

1. Тигель переносят вмуфельную печь и прокаливают осадок 20-25 минут, до момента, когда содержимоетигля побелеет и исчезнет углистый налет на стенках тигля. Температурапрокаливания 600-800°С.

2. Затем тигель охлаждаютв эксикаторе и взвешивают на аналитических весах.

3. Вновь прокаливаюттигель 10-15 минут, охлаждают и взвешивают и т. д. до получения постоянной массы.Колебания в массе после вторичного прокаливания не должны превышать 0,0002-0,0004 г.

Вычисление результатованализа

Определение содержанияH2SO4в растворе неизвестной концентрации.

Из этого раствора былавзята проба V мл. После осаждения серной кислоты раствором хлорида бария,фильтрования, промывания осадка было получено «А» г. BaSO4. Необходимо найти исходную концентрацию H2SO4. из уравнения реакции определяют массу серной кислотыв пробе:

 

/>

 

Следовательно:

/>

Масса серной кислоты в100 мл раствора будет равна:

/>

Концентрация сернойкислоты в моль/л будет равна:

 

/>

 

Или, в общем виде:

/>

m2–масса исследуемого веществав 100 мл раствора, M – концентрацияисследуемого вещества в растворе, Mr (H2SO4) – относительная молекулярная масса исследуемого вещества, Mr (BaSO4) – относительная молекулярная масса осадка, А – массаосадка (BaSO4) в г, Va – объем пробы, взятой для анализа, в мл.

 

2.4 Определениесодержания железа в растворе хлорида железа (III)

 

Последовательностьвыполнения работы:

1. Осаждение:

1. В чистый химическийстакан берут для анализа раствор FeCl3.

2. Подкисляют его 3-5 мл2 н. раствора HNO3 и осторожно нагревают, не допуская кипения.

3. К горячему растворуприбавляют по каплям 10% раствор аммиака до слабого, но ощутимого запаха.

4. Затем содержимоестакана тщательно перемешивают палочкой, разбавляют 100 мл горячейдистиллированной воды и еще раз перемешивают.

5. Дают осадкуотстояться, а когда раствор над ним станет совершенно прозрачным, делают пробуна полноту осаждения 1-2 каплями раствора аммиака.

2. Фильтрование ипромывание:

1. Убедившись в полнотеосаждения приступают к фильтрованию. Для этого используют неплотный фильтр.Декантируют жидкость на фильтр, осадок промывают в стакане 2-3 раза 2% горячимраствором NH4NO3.

2. Количественно безпотерь переносят осадок на фильтр и продолжают промывать до отрицательнойреакции фильтрата с нитратом серебра (в присутствии HNO3) на ион Cl–.

3. Высушивание ипрокаливание:

1. Фильтр с осадкомподсушивают в сушильном шкафу и слегка влажным переносят в тигель,предварительно доведенный до постоянной массы.

2. Осторожно озоляютфильтр на электроплитке, следя, чтобы он не вспыхнул.

3. Затем помещают тигельв муфельную печь и прокаливают до постоянной массы.

Вычисление результатованализа

Iспособ:

Составляют уравнениереакций:

FeCl3 + 3NH4OH → Fe(OH)3↓ + 3NH4Cl

2Fe(OH)3 →Fe2O3 + 3H2O

Предположим, что прианализе получены следующие данные:

масса тигля с осадком(первое взвешивание) — 16,3242 г

масса тигля с осадком(второе взвешивание) — 16,3234 г

масса тигля с осадком(третье взвешивание) — 16,3232 г

масса тигля — 16,1530 г

масса осадка — 0,1702 г

Находят массу FeCl3

159,68 г (Fe2O3) соответствуют 324,24 г (FeCl3)

0,1702 г (Fe2O3) соответствуют Х г (FeCl3)

/>

Находят массу железа:

В 162,21 г FeCl3содержится 55,85 г Fe

В 0,3457 г FeCl3содержится Х г Fe

/>

Это составляет 34,5%.

IIспособ:

Используют величину факторапересчета:

/>

a – масса прокаленного осадка,

F – фактор пересчета или аналитическиймножитель.

Глава III. Вопросы изадачи

1. Какие требованияпредъявляют к осаждаемой и гравиметрической формам?

2. От каких факторовзависят размер и число частиц осадка?

3. Какие требованияпредъявляются к осадителю в гравиметрическом анализе?

4. Как влияют нарастворимость осадка присутствие одноименных с осадком ионов, pH среды, ионнаясила раствора, конкурирующие реакции комплексообразования?

5. Какими причинамиобусловлено загрязнение кристаллических и аморфных осадков?

6. Обоснуйте условияосаждения кристаллических и аморфных осадков.

7. Какими преимуществамиобладают органические осадители перед неорганическими? Какие осадители Вызнаете?

8. Предложите и обоснуйтесостав промывной жидкости для промывания осадков: Fe(OH)3, Al(C9H6NO)3, AgCl.

9. Какие фильтрыприменяют в гравиметрии для отделения осаждаемой формы?

10. Какой объем 3%-гораствора 8-гидроксихинолина (C9H7NO)следует взять из раствора, содержащего 0,1500 г сульфата алюминия (ρ=1г/мл)?

11. Какой объем 4%-гораствора тетрафенилбората натрия (С6H5)4BNa следует взять для осаждения калия израствора, содержащего 0,1011 г нитрата калия (ρ=1 г/мл)?

12. Какую массу бензидинаC12H12N2 следует взять для осаждения сульфат-ионов в слабокислойсреде в виде C12H12N2•H2SO4 из раствора, содержащего 0,1920 г сульфата натрия?

13. Какую навескутехнического карбоната кальция, содержащего 80% CaCO3, следует взятьдля гравиметрического анализа, если осаждаемая форма CaC2O4, гравиметрическая форма CaO?

14. Чему равныгравиметрические факторы в следующих определениях:

а) Al → Al(C9H6NO)3;б) C2H6S2→ BaSO4; в) CoCl2→ Co2P2O7;

г) Fe3Al2Si3O12→ Al2O3; д) Fe3Al2Si3O12 → SiO2;е) Hg2Cl2→ Hg3(AsO4)2;

ж) CoCl2→ Co3O4; з) H3PO4 → Mg2P2O7.

15. Вычислить процентноесодержание железа в сплаве, если масса гравиметрической формы Fe2O3 0,8000 г, навеска сплава, взятая длягравиметрического анализа, 0,5600 г.

16. Вычислить процентноесодержание кремния в чугуне, если из навески чугунных стружек, равной 1,4255 г,в результате гравиметрического анализа получена гравиметрическая форма SiO2массой 0,0420 г.

17. Определить процентноесодержание калия в навеске гербицида, равной 0,8100 г, если массагравиметрической формы KB(C6H5)4 равна 3,4780 г.

18. Какую навескуорганического вещества, содержащего 6% фосфора, следует взять для анализа, еслипосле соответствующей обработки масса гравиметрической формы Mg2P2O7 равна 0,5000 г?

19. Сколько граммовсалициловой кислоты C6H4(OH)COOH содержалось врастворе, если при определении ее гравиметрическим методом массагравиметрической формы C12H4O2I4 равна 0,5780 г?

20. Вычислить процентноесодержание серы в навеске образца угля (влажность образца 1,30%), равной 0,8460г, если после соответствующей обработки масса гравиметрической формы BaSO4равна 0,1025 г.

21. Вычислить процентноесодержание хлоромицина C11H12O5N2Cl2 в навеске глазной мази, равной0,5150 г, если после соответствующей обработки масса гравиметрической формыAgCl равна 0,0065 г.

22. Рассчитать содержаниеалюминия (в г) в анализируемом растворе, если масса гравиметрической формы (C9H6NO)3Alравна 4,5900 г.

23. Выпадет ли осадокAgCl при смешивании равных объемов 0,2 М раствора NaCl и 0,1 М раствора AgNO3?ПРAgCl<sub/>= 1,78 • 10–10.

24. Выпадет ли осадок Ca3(PO4)2 при смешении равных объемов 0,1 Мраствора CaCl2 и 0,05 М раствора Na3PO4? ПРCa3(PO4)2 = 2,0 •10–29.

25. Сколько моль играммов бария останутся неосажденными при приливании 50 мл 0,1 М раствора серной кислоты к 100 мл 0,1 М раствора хлорида бария?

 

Заключение

Гравиметрический анализ –один из наиболее универсальных методов. Он применяется для определения почти любогоэлемента. Гравиметрические методы чрезвычайно точны, потому что нааналитических весах можно взвесить вещества с высокой степенью точности. Массуможно определить до пятой цифры после запятой.

Гравиметрический анализ – важнейший метод количественного химическогоанализа, в котором взвешивание является не только начальной, но и конечнойстадией определения. Гравиметрический анализ сыграл большую роль приустановлении закона постоянства состава химических соединений, закона кратныхотношений, периодического закона и др.

Чащевсего гравиметрический метод применяют для определения основных компонентовпробы, когда на выполнение анализа отводится несколько часов или десятковчасов, для анализа эталонов, используемых в других методах, в арбитражноманализе, для установления состава минералов, различных веществ, включаясинтезированные, состава различных композиций и т. д. Практическое применениегравиметрического метода остается очень широким. В последнее время успешноразвивается гравиметрический анализ органических соединений.

Библиография

1. Аналитическая химия: Учебно-методическое пособие длястудентов педагогических вузов.-Самара: Изд-во СамГПУ, 2007

2. Аналитическая химия. Химические методы анализа/Под. ред. О.М. Петрухина. М.: Химия, 1992. 400 с. Ил.

3. Бончев П. Р. Введение в аналитическую химию. Л.: Химия,1978. 496 с.

4. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия,1989. 447 с.

5. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. М.: Мир,1979. Кн 1. 480 с.

6. Ушакова Н. Н., Николаева Е. Р., Моросанова С. А. Пособиепо аналитической химии. М.: МГУ, 1984. 150 с.

7. Фритц Д., Шенк Г. Количественный анализ. М.: Мир, 1978.557 с.

8. Янсон Э. Ю., Путнинь Я. К. Теоретические основыаналитической химии. М.: Высшая школа, 1980. 263 с.