Схема экспериментальной установки.
Рис.1.
1- рН-метр
2- электроды
3- магнитная мешалка
4- стакан
5- бюретка
6- штатив
2.2.4. Получение феррита бария совместным осаждением соединенийжелеза и бария из раствора их солей с
последующей ферритизацией при 800-1000ºС.
Взято 43,7 г гальваношлама ЯСЗ влажностью 80%, состав которого следующий:
Fe-39%; Cr-3%; Zn-2.6%
Добавляем к гальваношламу 50 мл кислоты хлороводородной (HCl), разбавленной 1:1 с водой и оставляем раствор на ночь. После , отстоявшуюся смесь фильтруем в мерную колбу 250см3. В фильтрате определяем содержание железа по методике, описанной в п.2.3.1.
Уравнение реакции эксперемента:
Ba2++12Fe3++38OH-=BaFe12O19+19H2O
Ход эксперимента:
К 30мл раствора , содержащего FeCl3(получен выше) прибавляем H2O2в избытке 20% (для перевода оставшихся ионов Fe2+ в Fe3+). К полученному раствору бурого цвета добавляем КОН по каплям при постановке оборудования в соответствии со схемой 1. Доводим рН раствора до 5,5 , что является условием выпадения в осадок железа. Хром, содержащийся в гальваношламе, остаётся в растворе. Получившийся осадок растворяем хлороводородной кислотой 1:1. К полученному раствору бурого цвета прибавляем оаределённый по стехиометрическому расчёту объём барийсодержащего компонента (ВаСО3, ВаCl2). Рибавляем щёлочь по каплям, измеряя рН. Щёлочь – КОН (гидрооксид калия) 0,75 н после промывки отхода аккумуляторного хозяйства. Осаждённую смесь фильтруем, сушим в печи при температуре 105 ºС, измельчаем в фарфоровой чашке до пылеобразного состояния, отдаём на дальнейший процесс ферритизации при температуре 800-1000 ºС.
2.3. Методы анализа.
2.3.1. Методика выполнения измерений.
Содержание железа с сульфосалициловой кислотой титриметрическим методом. Метод основан на способности комплексона lll при рН 1-1,5 образовывать с ионом Fe3+малодиссоцированный комплекс:
Fe3++H2Ind2-=FeInd-+2H+
Эта реакция при 50-55 ºС протекает стехиометрически. В качестве индикатора используют сульфосалициловую кислоту, которая в сильнокислой среде образует с ионом Fe3+ растворимое соединение лилово-красного цвета. В точке эквивалентности окраска исчезает, поскольку коиплексон извлекает железо из его соединения с сульфосалициловой кислотой.
Проведение анализа на общее содержание железа.
В коническую колбу вместимостью 250см3 помещают объём пробы в соответствии с ФМ 01.0003-97. Прибавляют 7 капль концентрированной азотной кислоты и нагревают до кипения, чтобы окислить двухвалентное железо. Окисление происходит по схеме:
3Fe2++HNO3+3H+=3Fe3++2H2O+NO
Нейтрализуют раствор раствором гидрооксида аммония 10% до появления устойчивой слабой мути, прибавляя аммиак по каплям. Прибавляют 10см3 раствора хлористоводородной кислоты 1,0н и доводят объём раствора до 100см3 дистилированной водой. При размешивании муть от полуторных оксидов растворяется и рН снижается до 1-1,5. Нагревают раствор до 60-70ºС, прибавляют 1см3 раствора сульфалициловой кислоты 20% и титруют горячий окрашенный в лилово-красный цвет раствор комплексоном lll 0,01н при тщательном перемешивании. В точке эквивалентности окраска переходит в лимонно-жёлтую, характерную для комплексоната железа. По формуле вычисляют концентрацию железа:
x=V1*TFe*V*10/a
V1 – объём комплексона lll, пошедший на титрование, см3
TFe – титр раствора комплексона lll по железу (0,2792) 0,01н
V – вместимость колбы в которой растворена навеска гальваношлама.
2.3.2. Методика проведения гравиметрического анализа.
Осаждение.
Перед началом работы следует рассчитать примерный объём раствора осадителя. Для этого число миллимолей соединения, содержащегося в образце, делят на молярность осадителя и прибавляют 10% избытка. Затем уточняют объём, рН или температуру раствора осаждаемого вещества.
Осаждение проводят в стаканах. В каждый стакан помещают стеклянную палочку и не вынимают её из него, пока не закончат осаждение. Осадитель медленно добавляют в раствор из пипетки, бюретки или стакана при хорошем перемешивании.
После добавления рассчитанного количества осадителя осадку дают отстояться, а затем проверяют полноту осаждения. Для этого к раствору добавляют несколько капель осадителя и наблюдают, не появится ли муть в месте падения капель. Если муть не появилась, осаждение можно считать полным.
Фильтрование.
Сложенный фильтрпомещают в воронку; заполнять его осадкомможно не более чем на треть или на половину. Фильтр складывают таким образом, что бы образовался конус и от угла отрывают около 0,5 см бумаги. Линии сгиба должны находиться на расстоянии3-4 мм друг от друга. Фильтр помещают в воронку, смачивают его его дистилированной водой и заполняют водой носик воронки. Мокрый фильтр осторожно прижимают к воронке. Если фильтр приложен правильно, то между ним и воронкой не попадают пузырьки воздуха и при фильтровании носик воронки целиком заполняется фильтруемой жидкостью, под действием массы которой фильтрование ускоряется. фильтрование начинают медленно, чтобы носик воронки оставался заполненным жидкостью; нельзя наполнять воронку раствором более чем на три четверти. Далее следуют указаниям, приведенным в разделе «Декантация, фильтрование и промывание.»
Декантация, фильтрование и промывание.
Прежде всего осторожно декантируют чистую жидкость над осадком, , стараясь его не взмучивать. Раствор следует сливать на фильтр по стеклянной палочке. Поскольку осадок промывается в стакане лучше, чем на фильтре, в стакан приливают несколько миллилитров промывной жидкости, смывая частицы осадка со стенок, дают осадку сесть и вновь сливают жидкость на фильтр. Промывание осадка декантацией повторяют 2-3 раза. .Носик воронки должен находиться внутри стакана с фильтром, а кончик его должен касаться стенки стакана, чтобы предотвратить разбрызгивание.
После этого осадок с помощью струи из промывалки переносят на фильтр или тигель. Оставшиеся на стенках стакана частицы осадка снимают, оттирая стенки стакана и еге дно палочкой с резиновым наконечником, смоченным промывной жидкостью, сливая ее на фильтр. Установлено, что для эффективного удаления следов примесей с поверхности осадка, находящегося на фильтре, его нужно несколько раз промыть небольшими порциями промывной жилкости. Целью промывания является удаление примесей с промывной жидкостью, а не их разбавление. Последнюю порцию промывной жидкости анализируют на присутствие следов реагента-осадителя. Фильтр вместе с осадком высушивают в сушильном шкафу, затем взвешивают и находят массу осадка.
2.3.3. Методика осаждения и обработки осадка.
Выбор условий осаждения определяется химическими свойствами образующегося при реакции соединения и коллоидно-химическими свойствами осадка.
Выбираем щёлочь NaOH с концентрацией 0,75н. Количество вещества для анализа:
- величину навески берём не слишком маленькую, это обеспечивает достаточную точность взвешивания.
- устанавливаем содержание одного из компонентов реакции используя титриметрический метод, чтобы определить какое количество соединения бария нужно будет применить для сохранения закона стехиометрии для нашего уравнения.
Количество и концентрация осадителя.
Количество взятого осадителя и его концентрация в растворе должны быть такими, чтобы обеспечить практически полное осаждение нужного соединения. Если известно приблизительное содержание определяемого компонента, то осадителя берут в 1,5 раза больше, чем требуется по расчёту.
Объём и концентрацию растворов во время осаждения рассчитываем в соответствии с реакцией процесса и аналитических результатов.
Температура.
Осаждение лучше вести из горячих растворов. При аморфных осадках нагревание способствует коагуляции коллоидных частиц и укреплению частиц осадка. При кристаллических осадках нагревание обычно увеличивает растворимость, и поэтому возникает меньше центров кристаллизации и улучшаются условия для роста отдельных кристаллов.
2.3.4. Методика измерения рН.
Для определения рН раствора используется рН-метр или манометр с погрешностью измерения 0,05 рН;
Электрод стеклянный для определения активности ионов водорода;
Электрод сравнения хлорсеребрянный насыщенный образивный 2-го разряда по ГОСТ 17792-72.
Часть раствора гальваношлама объемом 50мл сливают в химический стакан вместимостью 100мл и используют для измерения рН. Настройку рН-метра по трем буферным растворам
с рН 4,01;6,86 и 9,18, приготовленным из стандарт-титров. Показания прибора считывают не реже чем через 1,5 мин после погружения электродов визмеряемую среду. Во время работы настройку прибора переодически проверяют по буферному раствору с рН 6,86.
2.3.5. Термический анализ.
Термический метод – старейший и наиболее распространённый способ исследования химических реакций и физических превращений. Многие твёрдые вещества меняют свои свойства с изменением температуры, что открывает возможность анализа их химического состава, идентификацию соединений, измерения энтальпии фазовых переходов и химических реакций, изучение механизма и кинетики разложения.
Термогравиметрия (TG) – метод, при котором масса вещества измеряется как функция температуры, когда образец подвергается её программированному воздействию. В ходе опыта химическое соединение с известной начальной массой нагревается в электропечи по программе , заданной исследователем. Обычно применяется линейная зависимость температуры от времени. Сигнал с термовесов непрерывно записывается с помощью потенциометра в виде кривой изменения массы вещества от времени, а при известном законе изменения температуры, от температуры.