Гравиметрический анализ

В зависимости от размера частиц осадка используют фильтровальную бумагу, отличающуюся диаметром пор. Фильтры различной плотности отличаются цветом упаковочной коробки или цветом бумажной ленты, которой оклеивается пачка фильтров.

Приняты следующие обозначения:

синяя лента – плотные фильтры (диаметр пор 1-2,5 мкм), медленно фильтрующие, предназначенные для фильтрования мелкокристаллических осадков;

белая лента – фильтры средней плотности (диаметр пор 3 мкм), предназначенные для фильтрования осадков крупнокристаллических;

черная (розовая, красная) лента – фильтры малой плотности (диаметр пор 10 мкм), быстро фильтрующие, предназначенные для фильтрования аморфных осадков.

Масса золы одного беззольного фильтра указывается на пачке фильтров и составляет, как правило, 0,00015 г. В этом случае ее масса не учитывается при вычислении результатов анализа.

Фильтрование через стеклянные фильтрующие тигли проводят под вакуумом. Стеклянные фильтрующие тигли отличаются размером пор фильтрующей пластинки из пористого (прессованного) стекла. Для фильтрования кристаллических осадков используются тигли №2 (диаметр пор 40-90 мкм) и №3 (диаметр пор 20-40 мкм), а для фильтрования аморфных и очень мелкокристаллических осадков - №4 (диаметр пор 10-20 мкм) и №5 (диаметр пор 4-60 мкм).

6. Промывание  осадка. От примесей осадок промывают с использованием промывной жидкости. Промывная жидкость – холодная или горячая дистиллированная вода, разбавленные растворы электролитов (кислот, оснований или солей). Состав промывной жидкости и ее объем оговариваются в методике анализа и зависят от химической природы осаждаемой формы и ее количества.

Кристаллические осадки, как правило, промывают дистиллированной водой или разбавленным раствором осадителя, аморфные – водным раствором сильного электролита – коагулянта, предотвращающего пептизацию осадка.

Осадок вначале промывают методом декантации в стакане, в котором получали осаждаемую форму, а затем окончательно на фильтре небольшими порциями промывной жидкости. Чем больше порций промывной жидкости используется при одном и том же ее общем объеме, тем эффективнее промывание.

 

7. Получение  гравиметрической формы. Получают гравиметрическую форму путем высушивания в сушильном шкафу или прокаливания в муфельной печи до постоянной массы отмытой от примесей осаждаемой формы.

Например, при гравиметрическом определении никеля в виде диметилглиоксимата никеля, его отфильтровывают через доведенный до постоянной массы стеклянный фильтрующий тигель, промывают, а затем высушивают до постоянной массы при 110-1200С. В случае гравиметрического определения железа, вначале осадок гидратированного оксида железа(III) (осаждаемая форма) вместе с фильтром и воронкой помещают на некоторое время в сушильный шкаф. Слегка влажный фильтр с осадком переносят затем в доведенный до постоянной массы фарфоровый тигель, озоляют фильтр в пламени горелки и прокаливают до постоянной массы при 800-9000С, получая гравиметрическую форму Fe2O3

Гравиметрическая форма, также как и осаждаемая форма, должна удовлетворять ряду требований.

Во-первых, ее состав должен быть достоверно известным и соответствовать химической формуле.

Во-вторых, она должна обладать достаточной химической устойчивостью и быть индифферентной к компонентам воздуха. Например, оксид кальция не удовлетворяет этому требованию, так как он легко поглощает из атмосферы пары воды и диоксид углерода. Поэтому при взвешивании гравиметрической формы ее масса будет постоянно увеличиваться.

В-третьих, желательно, чтобы в гравиметрической форме массовая доля определяемого компонента была как можно меньше, так как в этом случае погрешности взвешивания, потери от растворимости и другие потери вещества в ходе анализа меньше скажутся на его конечном результате.

 

8. Взвешивание  гравиметрической формы и расчет  результатов анализа. Стеклянный или фарфоровый тигель с гравиметрической формой соответственно высушивают или прокаливают до постоянной массы, то есть до тех пор, пока разность результатов двух взвешиваний не станет равной погрешности взвешивания на аналитических весах. Тигли с гравиметрической формой взвешивают после охлаждения их до комнатной температуры в эксикаторе.

Зная массу гравиметрической формы и значение гравиметрического фактора, рассчитывают массу определяемого компонента, его массовую долю или концентрацию в анализируемом образце.

 

9. Математико-статистическая  обработка результатов параллельных  определений. Для проведения математико-статистической обработки необходимо располагать результатами не менее пяти определений, выполненных в идентичных условиях.

 

ПРАВИЛА работы на АНАЛИТИЧЕСКИх ВЕСАх

1. Во время взвешивания стул не передвигайте; на кронштейн не облокачивайтесь; весы с места не смещайте.
2. Приступая к взвешиванию, проверьте равновесие ненагруженных весов, т.е. определите нулевую точку.
3. Не выполняйте на аналитических весах грубые взвешивания. Приблизительное количество вещества взвешивайте на технохимических весах. Прибавляйте или убавляйте взвешиваемое вещество только вне шкафа весов.
4. Прежде чем поставить взвешиваемый предмет на левую чашку весов, проверьте, нет ли загрязнений на его внешней поверхности.
5. Нельзя класть взвешиваемое вещество непосредственно на чашку весов. Все вещества взвешивайте в соответствующей таре: бюксах, стаканчиках, лодочках, тиглях и т.п.
6. Не ставьте на чашку весов теплые (или холодные) предметы. Взвешиваемый предмет должен предварительно остыть (или нагреться) в эксикаторе до комнатной температуры.
7. Не загружайте весы сверх предусмотренной для них предельной нагрузки.
8. Не забывайте арретировать весы перед тем как поставить на чашку взвешиваемый предмет или разновеску. Прикасаться к весам чем бы то ни было можно только арретировав их.
9. Диск арретира поворачивайте медленно, плавно, осторожно.
10. Избегайте раскачивания чашек весов при взвешивании.
11. Разновески кладите на правую чашку весов и снимайте только пинцетом.
12. Помните, гирьки могут находиться лишь в предназначенных для  них гнездах футляра или на правой чашке весов.
13. Футляр разновеса открывайте только на время работы с гирьками.
14. Подсчитывайте массу разновесок по пустым гнездам футляра; проверяйте правильность подсчета, перенося разновески на их место в футляре.
15. Все взвешивания, относящиеся к данному определению, выполняйте на одних и тех же весах с помощью одного и того же разновеса.
16. Результаты всех взвешиваний своевременно и аккуратно записывайте в лабораторный журнал.

 

 Лабораторная  работа № 1

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

В РАСТВОРЕ

 

Сущность методики

 

Определение массы серной кислоты в растворе основано на осаждении, прокаливании и взвешивании сульфата бария (гравиметрическая и осаждаемая формы совпадают).

Данная методика широко используется для определения содержания сульфат-ионов в различных сульфатсодержащих материалах, а также для определения общего содержания серы после предварительного окисления ее до сульфат-ионов.

В основе метода лежит реакция образования малорастворимого сульфата бария при действии на анализируемый раствор раствором хлорида бария:

Ba2+ + SO42- = BaSO4

Так как , а S(BaSO4) = 1,02·10-5 моль/л, то для достижения полноты осаждения сульфат-ионов берется обычно 50%-ный избыток осадителя.

При осаждении сульфата бария следует избегать прибавления большого избытка осадителя, так как при этом совместно с сульфатом бария может соосаждаться хлорид бария, а в присутствии нитрат-ионов – нитрат бария.

Опасность соосаждения является большим недостатком сульфата бария как осаждаемой формы. Вторым его недостатком является то, что он обычно образует очень мелкие кристаллы, способные проходить через поры фильтра при фильтровании. Для получения более крупных кристаллов осадка необходимо:

1. осаждение вести из разбавленного раствора анализируемого вещества разбавленным раствором осадителя;

б) осаждать сульфат бария из горячего анализируемого раствора горячим раствором осадителя;

в) раствор осадителя прибавлять по каплям (особенно в начале осаждения) при непрерывном перемешивании реакционной смеси;

г) вести осаждение сульфата бария в присутствии реагентов, повышающих растворимость осадка (при анализе нейтрального раствора перед осаждением BaSO4 добавляется разбавленный раствор хлороводородной кислоты).

Для укрупнения частиц осадок выдерживается под маточным раствором не менее 12–24 ч или нагревается в течение часа при температуре близкой к температуре кипения раствора. в условиях учебной лаборатории раствор с осадком оставляют для созревания до следующего занятия.

Осадок сульфата бария после созревания фильтруют через плотный беззольный фильтр “синяя лента” и промывают холодной дистиллированной водой. Следует избегать длительного промывания осадка для уменьшения потерь из-за достаточно большой растворимости сульфата бария в воде.

Необходимо иметь в виду, что при озолении фильтра возможно частичное восстановление сульфата бария до сульфида:

Поэтому прокаливание осадка в муфельной печи рекомендуется проводить в условиях, обеспечивающих доступ к осадку кислорода воздуха, необходимого для окисления сульфида бария в сульфат бария:

BaS + 2O2 = BaSO4.

Гравиметрическую форму получают путем прокаливания осадка в муфельной печи при температуре 700-900 ºС. При более высокой температуре печи (1400 ºС) возможно разложение сульфата бария по реакции:

BaSO4 = BaO + SO3.

Расчет массы серной кислоты в анализируемом растворе производится по массе гравиметрической формы, используя формулу:

 

m (H2SO4) = m(BaSO4)·F (H2SO4/BaSO4), где

 

m (H2SO4)              – масса H2SO4 в анализируемом растворе, г

m(BaSO4)               – масса гравиметрической формы, г

F (H2SO4/BaSO4)   – гравиметрический фактор.

 

Доведение тигля до постоянной массы

 

Ход работы

1. Получите у лаборанта предварительно  прокаленный при 800 ºС фарфоровый  тигель, запишите его номер в  лабораторный журнал и взвесьте  вначале на технохимических, а  затем на аналитических весах. Массу тигля запишите в лабораторный журнал. Тигель разрешается брать только тигельными щипцами!

2. С помощью муфельных щипцов (щипцы с длинными ручками) поставьте  тигель в муфельную печь так, чтобы был виден номер тигля, и прокалите его при 800 °С в  течение 40–50 мин.

3. После прокаливания выньте тигель из муфельной печи, поставьте его на 20–30 с на лист асбеста, а затем перенесите в эксикатор. Закройте эксикатор крышкой, оставив на 4–5 с небольшое отверстие, через которое из эксикатора выйдет горячий воздух. После этого закройте эксикатор плотно крышкой и перенесите в весовую комнату для охлаждения.

4. Через 25–30 мин взвесьте тигель  на аналитических весах и запишите  его массу в лабораторный журнал. Если результаты двух взвешиваний  отличаются не более чем на 0,0002 г, то считается, что тигель доведен до постоянной массы.

Если же разница в массе тигля превышает 0,0002 г, то необходимо повторить прокаливание в течение 15–20 мин и после охлаждения в эксикаторе еще раз взвесить тигель.

 

Получение осаждаемой формы

 

Для осаждения сульфата бария используется 0,2 моль/л раствор хлорида бария. Так как осадитель является нелетучим, то для достижения полноты осаждения сульфата бария берется 50 процентный избыток хлорида бария по сравнению с рассчитанным стехиометрическим количеством.

Рассчитайте с точностью до целых миллилитра объем 0,2 моль/л раствора хлорида бария, требуемый для осаждения 0,2 г H2SO4.

 

Ход работы

 

1. Получите у лаборанта в химическом  стакане вместимостью 400 мл анализируемый  раствор, содержащий серную кислоту. В раствор опущена стеклянная палочка с резиновым наконечником наружу, которую нельзя вынимать из стакана до начала фильтрования осадка сульфата бария.

2. Разбавьте анализируемый раствор, добавив в него цилиндром 150–170 мл дистиллированной воды. Перемешайте  раствор стеклянной палочкой и поставьте нагреваться на песчаную баню до температуры, близкой к температуре кипения. Кипятить раствор нельзя!

3. В другой стакан вместимостью 100 мл отмерьте мерным цилиндром  рассчитанный объем 0,2 моль/л раствора  хлорида бария. Разбавьте раствор дистиллированной водой до объема 40–50 мл и поставьте нагреваться рядом с анализируемым раствором.

4. Для осаждения сульфата бария горячий раствор хлорида бария медленно по каплям с помощью пипетки при непрерывном перемешивании раствора стеклянной палочкой прибавьте к горячему анализируемому раствору. При перемешивании раствора не касайтесь палочкой дна и стенок стакана!

По мере осаждения сульфата бария скорость прибавления раствора хлорида бария можно увеличить.

5. Когда почти весь осадитель прилит, дайте отстояться осадку и проверьте полноту осаждения. Для этого к прозрачной надосадочной жидкости прибавьте по стенке стакана несколько капель раствора осадителя. Если при этом осадок больше не выделяется, то осаждение считается полным.

Для созревания осадка оставьте его под маточным раствором до следующего занятия, накрыв стакан “крышкой” из фильтровальной бумаги, на которой указан номер группы и Ваше имя.

 

Отделение осадка от раствора фильтрованием

 

Для фильтрования используйте плотный беззольный фильтр “синяя лента” диаметром 7 см.

Ход работы

 

1. Сложите фильтр и вставьте  его в стеклянную воронку. Размер  фильтра должен быть таким, чтобы  край его был ниже края воронки  на 1 см.

Фильтр смочите водой из промывалки и осторожно прижмите его пальцами к стенке воронки. Между фильтром и стенкой воронки не должно быть пузырьков воздуха.

2. Воронку с фильтром вставьте  в коническую колбу и приступайте  к фильтрованию. Осторожно выньте  стеклянную палочку, стараясь не  взмучивать осадок, и держите  ее в вертикальном положении над средней частью фильтра с той стороны, которая имеет тройной слой. Прислоните носик стакана к средней части палочки и, медленно наклоняя стакан, слейте по палочке на фильтр прозрачную жидкость над осадком. Осадок при этом должен оставаться в стакане. Фильтр заполняется раствором не более чем на три четверти!