Основи аналітичної хімії (стр. 15 из 26)
Осад, що утворився, відокремлюють від розчину фільтруванням або центрифугуванням, промивають, висушують або прожарюють та зважують (звідки й назва - ваговий аналіз). Основною перевагою цього аналізу є велика точність визначення, яка дорівнює 0,01%. Недоліки полягають у можливості використання тільки одного типу реакцій – реакцій осадження - та великій витраті часу.
Гравіметричний аналіз заснований на вимірюванні маси продукту хімічної реакції, що утворюється у вигляді малорозчинної сполуки AmRn.
Осади, що використовують для визначення тих чи інших вонів гравіметричним методом, повинні відповідати ряду вимог:
1) Осад повинен бути практично нерозчинним
У розчині після осадження іонів, які визначають, повинно залишитись менше, ніж можна
зважити на аналітичних терезах (зараз це < 10-4 г, що відповідає концентрації розчину ∼10-6 моль/л). Для зменшення розчинності осаду вводять надмір осаджувача, регулюють рН розчину, використовують органічні розчинники, тощо.
2) Склад осаду після висушування або прожарювання повинен відповідати певній формулі. Так, при осадженні гідроксиду заліза ми отримуємо осад змінного складу Fe(OH)3 ⋅ nH2O, а після прожарювання при 9001000 оС склад сполуки певний: Fe2O3.
Щоб осад під час утворення не заховлював сторонні речовини з розчину, потрібно дотримуватись певних умов осадження, головні з яких: температура, концентрація та порядок зливання розчинів.
3) Осад повинен бути у формі, зручній для відокремлення його від розчину фільтруванням, що досягається теж певними умовами проведення осадження.
В залежності від структури сполук, що утворюються при осадженні, умови осадження
різні. Так, осадження аморфних сполук, як правило, ведуть з гарячих концентрованих розчинів, осаджувач додають одразу. Після перевірки повноти осадження сполуки до суміші додають певний об’єм гарячої води, щоб зменшити концентрацію домішок у розчині і таким чином зменшии адсорбцію їх великою поверхнею осаду. Відстоювання аморфних осадів недовге (5-10 хв); промивають їх гарячою водою, часто з додаванням певної кількості нітрату амонію, щоб не було пептизаії осаду та утворення колоїдних розчинів.
Осадження кристалічних сполук, як правило, ведуть з гарячих розведених розчинів, осаджувач додають поступово при інтенсивному перемішуванні суміші. Відстоювання кристалічних осадів для їх повного формування значне – від 40 хвилин до 24 годин; промивають осади холодною водою.
В залежності від складу зразка, що аналізують, порядок зливання може бути різним (розчин осаджувача додають до розчину зразка чи навпаки), можне бути змінена і швидкість зливання розчинів.
Концентрацію надміру осаджувача, необхідну для кількісного осадження тих чи інших іонів, обчислюють за добутком розчинності сполуки: AmRn ↔ mAn+ + nRm-
ДРAmRn = [An+]m ⋅[Rm-]n
При кількісному осадженні Аn+, [Am+ ] ≤ 10-6 моль/л, отже концентрація надміру реактиву Rm- у розчині [R m- ]≥ n ДРA−m6Rnm моль/л(1⋅10 )
Наприклад, при осадженні SO4-2 у вигляді BaSO4 надлишкова концентрація осаджувача повинна бути не меншою
моль / лОсновні етапи гравіметричного аналізу
Відбір проби речовини - це відбір частини речовини, що характеризує її середній хімічний склад.
Взятття наважки - зважування на аналітичних терезах частини проби для аналізу (як правило, 0,2-1 г).
Розчинення наважки. Якщо наважка не розчиняється у воді, її обробляють розчинами кислот, іноді - лугами. Часто використовують сплавлення із содою, лугом (речовини основного характеру), з бісульфатом або біфторидом калію (речовини кислотного характеру). Потім розчиняють у воді або кислоті. У будьякому випадку необхідно досягти повного розчинення наважки речовини.
Осадження. Для отримання крупнозернистих осадів, які добре фільтруються, необхідно виконувати певні умови осадження, які наводяться в методиках.
Фільтрування осаду. Фільтрування проводять на фільтрах різної пористості (“червона”, “біла”, “синя” стрічка) залежно від властивостей одержаного осаду.
Промивання осаду необхідно робити для вилучення з нього сторонніх домішок. Промивні розчини повинні задовольняти такі умови: а) не взаємодіяти з осадом;
б) легко видалятися при висушуванні або прожарюванні осаду;
в) за можливості зменшувати розчинність осаду;
г) перешкоджати утворенню колоїдних розчинів.
Для промивання осадів найчастіше використовують холодну або гарячу воду, 0,1%-ні розчини солей амонію, розведений розчин осаджувача, насичений розчин осадженої сполуки, органічні розчинники (наприклад, етанол).
Висушування та прожарювання осаду, тобто отримання вагової форми. Фільтр з осадом переносять до прожареного та зваженого тигля, висушують і озолюють фільтр так, щоб він не спалахнув, потім прожарюють у муфельній печі до сталої маси. При отриманні малорозчинних сполук з органічними реагентами, осади фільтрують через скляні фільтри і висушують при 105-110оС до сталої ваги. Після прожарювання тигель із ваговою формою охолоджують в ексикаторі, потім зважують на аналітичних терезах. Вагова форма повинна мати відомий хімічний склад і бути стійкою на повітрі.
Розрахунок процентного вмісту компонента, який визначають, проводять за відомими формулами.
Лабораторна робота № 1 Визначення вмісту заліза в сульфаті заліза (III)
Залізо (ІІІ) осаджують при дії надлишку аміаку і отриманий гідроксид Fe(OH)3 прожарюють до Fe2O3 (вагова форма).
Fe3+ + 3OH- ↔ Fe(OH)3 to
2Fe(OH)3↓ → Fe2O3 + 3H2O
Методика
В стаканчик ємністю 100 мл наливають розчин, що містить певну кількість Fe2(SO4)3, додають 0,5-1 мл концентрованого розчину HNO3, нагрівають суміш до кипіння і приливаюь одразу 1,5-2 мл концентрованого розчину NH4OH, потім перемішують. Якщо суміш не має слабкого запаху аміаку, додають ще розчин NH4OH. Потім додають 80-90 мл гарячої води, перемішують і залишають суміш нна 3-5 хв. За цей час готують все для фільрування (великий стакан для фільтрату, лієчку та беззольний фільтр для фільтрування крупнозернистих осадів – “біла або рожева стрічка”.
Спочатку зливають на фільтр розчин над осадом, промивають осад декантацією 3-4 рази (використовують щоразу по 5-10 мл гарячої води), потім кількісно переносять осад на фільтр, змиваючи його невеликими порціями води, протирають стакан і паличку шматочком беззольного фільтру, який теж вміщують потім у ту ж лієчку.
Промивають осад на фільтрі 5-8 разів гарячою водоою, в кінці промивання роблять пробу на повноту промивання (на вміст в останніх краплинах промивнних вод іонів SO42- - додають ВаCl2.
Після досягнення повноти промивання лієчку з осадоом накривають фільтрувальним папером і ставлять в сушильну шафу на прибл. 1 год. Сухий осад із фільтром переноосять у доведений прожарюванням до сталої ваги і зважений фарфоровий тигель. Тигель з осадом прожарюють кілька разів при 900-1000о у муфелі, доводятть до сталої ваги.Перед зважуванням кожний раз охолоджують тигель в ексикаторі. Знаходять масу Fe2O3 (від маси тигля з Fe2O3 відняти масу тигля) та розраховують кількість заліза. M(Fe2O3) - 2M(Fe) m(Fe2O3) - m(Fe)
m(Fe) =
m(Fe2O3)⋅ 2M(Fe), (г) M(Fe2O3) Контрольні запитання
1. Закінчити рівняння реакцій, що застосовуються в гравіметричному аналізі для розкладу проб, осадження елементів:
FeS2 + HNO3 + Br2 + H2O →
FeS2 + O2 →
FeS2 + HNO3 →
Fe + HCl →
Fe + HCl + HNO3 →
Fe + HCl + H2O2 →
FeCl2 + HNO3 → FeCl2 + HCl →
спікання
Fe2O3 + Na2CO3 → NaFeO2 + HCl → Fe2O3 + CO →
to = 900-1000o
Fe(OH)3 →
Fe3C + HNO3 →
2. Яким вимогам повинні відповідати хімічні реакції, що використовуються в гравіметричному аналізі? Виберіть правильні відповіді:
а) повнота осадження;
б) висока чистота осаду;
в) сталий склад;
г) певна агрегатна форма осаду;
д) велика швидкість;
е) достатня селективність.
3. Який спосіб промивання найбільш ефективний для очищення осадів:
а) одноразове (багаторазове) промивання великим об”ємом (малими порціями) промивної рідини;
б) одноразова (багаторазова) декантація?
4. Чому не можна відкладати фільтрування осаду Fe(ОН)3 до наступного дня?
5. Якою промивною рідиною з навелених нижче треба скористатися для промивання осаду Fe(ОН)3:
а) спирт, спиртовий розчин диметилгліоксиму;
б) розчин нітрату, хлориду, оксалату, ацетату амонію?
6. Яка з наведених температур є оптимальною для переведення Fe(ОН)3 в оксид заліза (ІІІ):
а) 50; б) 100; в) 200; г) 800; д) 900; е) 1000-2000оС ?
7. Вказати мету або причину використання концентрованої НNО3 перед осадженням Fe(ОН)3 та нітрату амонію при промиванні осаду в методі визначення заліза у вигляді оксиду заліза (ІІІ).
8. Розрахувати, при якому значенні рН буде кількісним осадження заліза у вигляді Fe(ОН)3;