Задача по аналитической химии Студент II курса XXX группы: XXX



жүктеу/скачать 181.5 Kb.
Дата15.07.2016
өлшемі181.5 Kb.
#200348
түріЗадача


Московский Государственный Университет
имени М. В. Ломоносова

Химический факультет

Кафедра аналитической химии

Зачетная задача по аналитической химии

Студент II курса Xxx группы: Xxx

Преподаватель: Xxx

Москва 20XX

Содержание


1. Цель исследования

Целью настоящей работы является качественный анализ промышленного или природного объекта и количественное определение в нём двух элементов из числа присутствующих методами гравиметрического и титриметрического анализов.

2. Качественный анализ объекта

2.1 Предварительные испытания

Исследуемый объект представляет собой порошок черного цвета. Предварительные испытания по растворимости его в кислотах и щелочах показали, что:



  • образец плохо растворим в щелочах;

  • при растворении в горячей 6 М HCl растворимость выше, однако, все так же незначительна, появился запах сероводорода (присутствуют сульфиды металлов);

  • значительная растворимость достигается в горячем растворе царской водки, на дне присутствует осадок темного цвета, раствор приобретает темно-зеленый цвет.

2.2 Ход качественного анализа.

Образец растворили в царской водке. После отделения жидкости от образовавшегося осадка, с раствором провели дробный анализ, результаты которого занесены в табл.1.



Осадок представляет собой кремневую кислоту.

Таблица 1. Ход дробного анализа

№

Реагент

Наблюдения

Выводы

1

K4[Fe(CN)6]

Синий осадок

Присутствует Fe3+

NH4SCN

Интенсивно-красный раствор

2

NH3

Интенсивно-синий раствор

Присутствует Cu2+

3

Ализариновый красный, ацетат натрия

Характерные хлопья не выпали

Присутствует Al3+

8-Оксихинолин 1%-ный р-р в хлороформе, ацетатный буферный р-р

Органическая фаза окрашена в желтый цвет

4

Тиоцианат аммония в уксусно-кислом р-ре с добавлением фторид-иона

Органическая фаза бесцветна

Отсутствует Co2+

Нитрит калия

Видимых признаков реакции нет

5

Тетрароданомеркурат (II) аммония

Голубой осадок

Присутствует Zn2+

6

Диметилглиоксим (пары аммиака для маскирования меди)

Бумага, на которую была нанесена капля раствора, не окрасилась в красный цвет

Отсутствует Ni2+

7

Пероксид водорода в щелочной среде с последующей экстракцией в эфир

Слой эфира бесцветен

Отсутствует Cr3+

8

Висмутат калия в кислой среде

Нет малинового окрашивания

Отсутствует Mn2+

Наличие всех найденных металлов подтверждено бумажной хроматографией.

2. 3. Выводы:

  • данный образец является рудным концентратом, основной элемент – медь;

  • в качестве примесей присутствуют железо, цинк, алюминий, оксид кремния.

3. Обоснование выбора методики для проведения
количественного анализа

3. 1. Методы разложения медных руд.

Сульфидные руды. К навеске руды, смоченной несколькими каплями воды, приливают 10 мл царской водки или смеси азотной соляной и азотной кислот (2 : 3) и оставляют на холоду до прекращения бурного выделения оксидов азота. Затем упаривают досуха. К остатку приливают 15 мл серной кислоты (1 : 1) и упаривают до густых паров.

Руды, представленные в основной массе халькопиритом, ковеллином, пиритом, растворяют в 10 мл обратной царской водки, выдерживают на холоду, затем упаривают почти досуха. Смачивают 10 мл соляной кислоты и снова упаривают. Приливают 15 мл серной кислоты (1 : 1) и упаривают до густых паров серной кислоты.

Окисленные руды разлагают азотной кислотой. К навеске руды, смоченной несколькими каплями воды, прибавляют на холоду небольшимим порциями 10 – 12 мл азотной кислоты, нагревают и упаривают почти досуха. Остаток упаривают с 10 мл соляной кислоты, затем с 15 мл серной кислоты (1 : 1) до густых паров серной кислоты.

Концентраты, содержащие в основном сульфиды, целесообразнее сначала обработать соляной кислотой при нагревании для удаления основной массы серы в виде сероводорода. [1]

3. 2. Методы определения.
Достоинства и недостатки

Таблица 2. Si; обзор методов определения

Метод определения

Инд. для титр. методов; промывная жидкость и осадители для грав. методов

Достоинства и недостатки

Гравиметрические методы

Дегидратация в кислой среде.

Метод основан на выделении безводной полимерной двуокиси кремния.

Основные операции:


  • разложение навески кислотами или сплавлением с последующим растворением плава;

  • выпаривание кислого раствора;

  • растворение оксидов сопутствующих элементов;

  • фильтрование кремневой кислоты.

Выпаривать лучше два раза. Вторичное выпаривание с кислотой производят для более полного осаждения. В дальнейшем повторении операции дегидратации нет смысла.

Раствор разбавленной кислоты, чаще всего HCl, поскольку кислота проста в обращении и не требует особых мер предосторожности.

Искажение результатов может произойти при быстром озолении в недостатке воздуха, так как образуется карбид кремния.

Не подходит для определения малых количеств кремния, поскольку велики относительные потери.

После промывания в осадке могут остаться адсорбированные примеси.

Метод достаточно прост и успешно применим к объектам с высоким содержанием кремния. [2]

Коагуляция кремневой кислоты желатиной.

Однократная предварительная дегидратация выпариванием с кислотами.

Быстрота фильтрования и промывания коагулированного осадка.

Осаждение из солянокислого раствора, введение желатины возможно без предварительного выпаривания.
Желатина, столярный клей, альбумин, казеин, агар-агар.

Температура выделения 70 – 75 С.

Минимальное кол – во желатины 40 мг на 0,2818 г SiO2.


Замена трехкратного выпаривания однократным.

Осадок кремниевой кислоты получается чище и не требует кислотной обработки.

Значительно ускорено фильтрование и промывание осадка.

Содержание SiO2 в целом ниже по сравнению с классическим определением.

Истиннорастворенная кремневая кислота желатиной не осаждается.

Ниобий, тантал, цирконий, молибден, вольфрам мешают определению. [2]

Метод осаждения кремнесодержащих гетерополикислот органическими основаниями.

Метод основан на осаждении главным образом кремне-12-молибденовой кислоты органическими реагентами. Он требует переведения кремневой кислоты в мономерную формы, что достигается сплавлением навески со щелочами или карбонатами щелочных металлов.
8-Оксихинолин осаждает кремне-12-молибдено-вую кислоту при рН 1,3 – 1,5.

Многократное промывание декантацией насыщенным водным раствором кремнемолибдата


8-Оксихинолина. Для пород, содержащих 40 – 70% оксида кремния, точные результаты дает осаждение 2,4-диметилхинолин.

Возможно осаждение амидопирином, гексиламином, триметиламином, диантипирилметаном, пиридином.
Трудоемкая методика, требующая тщательного соблюдения методики осаждения.

Необходимо сплавление объекта с карбонатами щелочных металлов или со щелочами.

Требуется специальная посуда.

Фосфор, ванадий, мышьяк, германий мешают определению. [2]




Титриметрические методы

Окислительно-восстановительное титрование.

  1. Кремнемолибденовую кислоту восстанавливают йодидом калия с последующим титрованием выделившегося йода раствором тиосульфата;

  2. Восстановление кремнемолибденовой кислоты с использованием сульфита натрия и последующее титрование восстановленной молибденовой сини раствором перманганата калия.

  3. Осаждение кремнемолибденовой кислоты 8-Оксихинолином и титрование его избытка осадителя бромит-броматным методом.

    1. Крахмал,
      1% - ный раствор.

    2. Молибденовая синь, образующаяся в ходе титрования.

    3. Крахмал,
      1% - ный раствор.

1. Высокая точность используемого метода йодометрии.

Возможно нестехиометричное протекание реакции.

2. Недостаток – сплавление в платиновом тигле с содой.

Железо, ниобий мешают определению.

3. Метод длителен и трудоемок, однако, ошибка метода не превышает 0,2%. [2]


Кислотно-основное титрование.

Метод заключается в осаждении кремнемолибденовой кислоты 8-Оксихинолином. Осадок растворяют в щелочи, избыток которой оттитровывают.



Стандартное отклонение 0,006 – 0,02%. [2]

Комплексонометрический метод.

Силикат-ион переводят в кремнемолибденовую кислоту. Ее отделяют экстракцией изоамиловым или бутиловым спиртом, а затем разрушают под действием щелочей, в результате чего образуется молибдат-ион, который определяют комплексометрически
Эриохром черный Т.

Используется для определения кремния в кремнийорганических и элементокремнийорганических соединениях, а также в некоторых силицидах.

Необходимо специальное оборудование.

Фосфор, мышьяк, германий мешают определению. [2]


Таблица 3. Cu; обзор методов определения

Метод определения

Инд. для титр. методов; промывная жидкость и осадители для грав. методов

Достоинства и недостатки

Титриметрические методы

Комплексонометрический метод.

Метод основан на способности меди образовывать прочный комплекс с ЭДТА.



Cu2+ + Y4-  CuY2-

Разработано множество методик титрования.
Мурексид, глицинтимоловый синий, хромазурол S, ксиленоловый оранжевый и др.

Применяются в зависимости от необходимой кислотности среды и цвета образующегося комплекса металла с индикатором.
Высокая точность определения, четкое визуальное определение конца титрования.

Множество металлов образовывают комплексы с комплексоном III.

Мешают все катионы металлов, образующие комплексы с титрантом, титрование происходит при определенном pH, необходимо создавать определенную среду и контролировать ее кислотность. [1]


Йодометрический метод.

Основан на реакции восстановления йодидом калия меди (II) до меди (I), при этом выпадает практически нерастворимый иодид меди и элементарный йод.

Выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия.

3I2 +2S2O32-  2I- +S4O62-

Среда слабокислая.
Крахмал, 1% - ный раствор.

Возможно выпадение осадка Cu2I2 и дальнейшая адсорбция йода на нем. [3]

Высокая точность определения.

Метод прост, быстр и доступен.

Железо (III), мышьяк (III), сурьма (III). Влияние последних устраняется переводом их в пятивалентную форму и поддержанием


pH 3,5 в среде бифталата натрия.

Железо маскируется избытком фторид-ионов. [1]

Гравиметрические методы

Осаждение в виде тетрароданомеркурата меди.

Медь осаждают, из нагретого до кипения раствора содержащего серную или азотную кислоту, действием K2[Hg(SCN)4]. Осадок высушивают при 100 – 110 °С и взвешивают.



Cu2+ + [Hg(SCN)4]2-  Cu[Hg(SCN)4]

Раствор осадителя.

Определению меди не мешают равные количества железа (III), алюминия, хрома (III), нитрат-, сульфат-, и фосфат- ионов.

Мешает цинк. [1]

8-Оксихинолин.

Осаждает медь в уксуснокислом, аммиачном и щелочном растворах при рН 5,33 – 14,55. Осадок, высушенный при 105-110 °С, соответствует составу Сu(С9Н6ОN)2. Безводное соединение устойчиво до 300°С.

При 500 – 700 С оно превращается в оксид меди.

Cu2+ + 2HOx  Cu(Ox)2 + 2H+


Раствор осадителя.

В уксуснокислом растворе возможно определение в присутствии бериллия, магния, кальция, кадмия, свинца, мышьяка, марганца.

При совместном наличии тартрата и гидроксида натрия возможно определение в присутствии алюминия, свинца, олова (IV), мышьяка (V), сурьмы (V), висмута хрома (III), железа (III). [1]

Причины отказа от титриметрических методов определения кремния:

  • необходимо предварительное отделение двуокиси кремния, что, в общем, подразумевает выполнение тех же шагов, что и при гравиметрическом анализе;

  • трудоемкий многостадийный процесс, много сложнее и дольше, чем гравиметрическое определение этого элемента;

  • необходимо специальное оборудование.

Из гравиметрических методов выбран классический метод, так как:

  • погрешность определения с применением коагулянта в целом выше, чем у вышеуказанного;

  • истиннорастворенная кремневая кислота желатиной не осаждается.

Причины отказа от гравиметрических методов определения меди:

  • Гравиметрическое определение меди содержит много больше стадий, чем титриметрическое;

  • Титриметрическое определение не уступает в точности гравиметрическому.

Из титриметрических методов выбран метод йодометрии, поскольку:

  • высокая точность определения;

  • метод прост, быстр и доступен;

  • в случае использования метода комплексонометрии пришлось бы маскировать все катионы металлов, находящиеся в растворе, а в выбранной методике – лишь железо (III)

4. Экспериментальная часть.

4. 1. Схема количественного анализа.



4. 2. Расчет и результаты взвешивания навески образца.

Содержание меди в образце составляет порядка 50%, кремния – 20%.

Массу навески для титриметрического определения меди берут из расчета, что концентрация меди в 100 мл полученного раствора будет составлять приблизительно 0,05 М.

mнавески= Vраствора * Ccu * Mcu / cu

таким образом,



mнавески = 100 * 63,55 * 0,05 / 0,5 = 0,53 г.

Массу навески для гравиметрического определения кремния берут из расчета, что масса полученной после прокаливания гравиметрической формы SiO2 будет составлять приблизительно 0,1 г, F = 0,4674



mнавески = mSiO2 * F / Si

таким образом,



mнавески = 0,1 * 0,4674 / 0,2 = 0,23 г

Следовательно, для гравиметрического и титриметрического определения достаточно одной навески.



Результаты взвешивания

mбюкса с объектом = 7,8707 г

mпустого бюкса = 7,2550 г

mнавески = mбюкса с объектом – mпустого бюкса = 0,6157 г



4. 3. Разложение образца.

К навеске руды, смоченной несколькими каплями воды добавили 15 мл HClконц для удаления основной массы серы в виде сероводорода и нагревали до прекращения растворения. Добавили 5 мл HNO3конц и оставили при комнатной температуре до прекращения бурного выделения оксидов азота, упарили раствор до влажных солей. К остатку прилили H2SО4 2М и упарили на песчаной бане до густых паров серной кислоты. Затем добавили 40 мл горячей дистиллированной воды. Раствор приобрел голубую окраску, на дне образовался объемный осадок кремневой кислоты.

Раствор отфильтровали через фильтр «белая лента» и количественно перенесли в мерную колбу на 100,0 мл. Осадок на фильтре промыли несколько раз небольшими порциями горячей 0,05М HCl, промывные воды перенесли в мерную колбу с фильтратом, разбавили до метки и хорошо перемешали.

4. 4. Методика гравиметрического определения кремния

Для проведения анализа необходимо довести тигель до постоянной массы. В качестве постоянной массы берется последнее значение взвешивания, если оно не отличается более чем на 2*10-4 г.



Результаты взвешивания тигля

m1 = 15,5172 г

m2 = 15,5165 г

m3 = 15,5155 г

m4 = 15,5153 г

Фильтр озолили, осадок прокалили на газовой горелке и довели до постоянной массы в муфельной печи при 800С. [4] Масса тигля с осадком составила



Результаты взвешивания тигля с осадком

m1 = 15,7492 г

m2 = 15,7493 г

Таким образом, масса осадка составила



mосадка = 0,2340 г

Расчет содержания кремния в навеске

Si,% = mSiO2 * F * 100 / mнавески

таким образом,

Si, % = 0,2340 * 0,4674 * 100 / 0,6157 = 17,76



Массовая доля кремния в объекте составляет 17,76%.

4. 5. Методика титриметрического определения меди.

Приготовление стандартного раствора K2Cr2O7 [6]

Стеор (1/6 K2Cr2O7) = 0,05000 М

Vколбы = 200,0 мл

mтеор = С * Vколбы * f * М / 1000 = 0,00167 * 294,189 = 0,4903 г



Результаты взвешиваний, г

масса стаканчика с веществом = 7,8945

масса пустого стаканчика = 7,4032

масса вещества (по разности) = mпракт= 0,4913



Спракт = mпракт * Стеор / mтеор

Спракт = 0,4913 * 0,05000 / 0,4903 = 0,05010 М

Стандартизация раствора тиосульфата натрия по K2Cr2O7

Титровать тиосульфат непосредственно дихроматом калия нельзя, так как он реагирует со всеми сильными окислителями нестехиометрично. Поэтому применяют метод замещения, вначале используя стехиометрическую реакцию между дихроматом и йодидом: [5]



Сr2О72- + 6I- + 14H+  2Сr3+ + 3I2 + 7Н2О

Йод, выделившийся в эквивалентном дихромату количестве, оттитровывают стандартным раствором тиосульфата:



3I2 +2S2O32-  2I- +S4O62-

Реагенты

Дихромат калия, K2Cr2O7, 0,05010 М (1/6 K2Cr2O7) станд. раствор.

Серная кислота, H2SO4, 1M раствор.

Йодид калия, KI, 5%-ный раствор.

Крахмал, свежеприготовленный 1%-ный раствор.

Тиосульфат натрия, Na2S2O3*5Н2О, 0,05 М раствор.



Выполнение определения [6]

В бюретку наливают раствор тиосульфата, и закрывают бюретку хлоркальциевой трубкой. В коническую колбу для титрования вместимостью


250 мл вносят мерным цилиндром 10 мл серной кислоты, 10 мл раствора иодида калия (раствор должен оставаться бесцветным) и пипеткой 10,00 мл раствора дихромата калия. Оставили стоять 3 – 5 мин в темном месте, накрыв часовым стеклом. Затем в колбу добавили 100 мл воды и быстро титровали раствором тиосульфата до бледно-желтой окраски раствора. Добавили
1 – 2 мл раствора крахмала и продолжили титрование при энергичном перемешивании до исчезновения синей окраски раствора.

Результаты титрования, мл

V1 = 12,39

V2 = 12,42

V3 = 12,44

Vср = 12,42

Cтиосульфата = Сдихромата * Vдихромата / Vтиосульфата

Таким образом,



Cтиосульфата = 0,05010 * 10,00 / 12,42 = 0,04034 М.

Определение меди

Реагенты

Серная кислота, H2SO4, 2М раствор, конц. с плотностью 1,84.

Тиосульфат натрия, Na2S2O3*5Н2О, 0,04034 М стандартный раствор.

Йодид калия, KI, 5% – ный раствор.

Фторид натрия, NaF, 5% – ный раствор.

Крахмал, свежеприготовленный 1%-ный раствор.



Выполнение определения [6]

Заполнили бюретку раствором тиосульфата и закрыли хлоркальциевой трубкой. В колбу для титрования вместимостью 100 мл внесли аликвоту 10,00 мл раствора меди, 2 мл 2М H2SO4, 15 мл раствора NaF, оставили на минуту, затем добавили 30 мл раствора KI и титровали раствором тиосульфата до желтой окраски суспензии. Затем добавили несколько капель крахмала и продолжили медленно титровать до белого цвета суспензии. Рассчитали содержание меди в образце. [5]



Результаты титрования, мл

V1 = 10,72

V2 = 10,76

V3 = 10,77

Vср = 10,75

меди, % = Стиосульфата * Vтиосульфата *Мcu * 100 / Vмеди * 1000 * mнавески

Таким образом,

меди, % = 0,04034 * 10,75 * 100,00 * 63,55* 100 / 1000 * 10,00 * 0,6157 = 44,76



Массовая доля меди в объекте составляет 44,76%

5. Заключение

В результате проведенного анализа было установлено, что анализируемый объект представляет собой образец медного концентрата. В качестве примесей в исследуемом образце помимо меди находятся железо, алюминий, цинк, кремний. Содержание кремния определяли гравиметрически, а содержание меди – титриметрически.

Si = 17,76%.

Cu = 44,76%.



6. Список литературы

  1. Подчайнова В.И., Симонова Л.Н. Аналитическая химия элементов. Медь. М.: Наука, 1990. С.69 – 78, 154.

  2. Мышляева Л.В., Краснощекое В.В. Аналитическая химия кремния. М.:Наука, 1972, С.51 – 61, 66 – 75.

  3. Гиллербранд В.Ф., Мендель Г.Э., и др. Практическое руководство по неорганическому анализу. М.: Химия, 1966. С.290 – 293.

  4. Шарло Г. Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. Ч. 2. М.: Химия, 1969. С.682.

  5. Белявская Т.А. Практическое руководство по гравиметрии и титриметрии. М.:Ньюдиамед. 1996, С.38 – 39, 156.

  6. Фадеева В.И., Шеховцова Т.Н., Иванов В.М. Основы аналитической химии. Практическое руководство. М.: Высшая школа, 2001, с.463.




жүктеу/скачать 181.5 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет