Контрольная работа № 6
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Примерное содержание контрольной работы
1. Расчет массы навески.
2. Расчет объема осадителя.
3. Расчет потерь вещества при промывании осадка.
4. Расчет результатов гравиметрического анализа
Гравиметрические методы анализа основаны на точном измерении массы чистого соединения известного состава, содержащего определяемый компонент. Чаще всего гравиметрический анализ выполняется по методу осаждения. В этом случае определяемый компонент выделяется из раствора в виде малорастворимого соединения (осаждаемая форма), которое отделяется от раствора фильтрованием, промывается, а затем высушивается или прокаливается для получения гравиметрической формы – чистого соединения известного состава, по массе которого вычисляются результаты анализа.
Любое гравиметрическое определение предполагает выполнение ряда предварительных приближенных расчетов (массы или объема аналитической пробы, объема осадителя, объема промывной жидкости), а также точный расчет массы или массовой доли определяемого компонента в анализируемом объекте и математико-статистическую обработку результатов анализа.
1. Расчет массы навески
Масса анализируемого вещества, достаточная для единичного гравиметрического определения (аналитическая проба, навеска), зависит от задаваемой точности анализа, чувствительности используемых аналитических весов, массовой доли определяемого компонента в анализируемом объекте, природы осаждаемой и гравиметрической форм.
Как правило, масса гравиметрической формы - m(ГФ) является наименьшей из масс, определяемых в ходе анализа. Поэтому относительная погрешность в определении массы гравиметрической формы – Еr = Еr(взв.) чаще всего определяет и общую точность анализа.
Так как погрешность единичного взвешивания на наиболее распространенных аналитических весах составляет ±1·10-4 г, а масса гравиметрической формы m(ГФ) определяется по разности результатов двух взвешиваний, то абсолютная погрешность ее определения ∆m(ГФ) может составить 2∙10-4 г. Поэтому, чтобы относительная погрешность гравиметрического определения не превышала 0,2%, масса аналитической пробы должна быть такой, чтобы масса полученной из нее гравиметрической формы была не меньше 0,1 г:
m(ГФ) =
г
Очевидно, что точность гравиметрического определения, при прочих равных условиях, тем выше, чем больше масса гравиметрической формы, а, следовательно, и осаждаемой формы. Однако получение большого количества осадка существенно увеличивает временные затраты на проведение анализа. Оптимальной считается масса гравиметрической формы 0,1 г, получаемая из объемных аморфных осадков, 0,1 – 0,2 г – из легких кристаллических осадках и 0,2 – 0,5 г – из тяжелых кристаллических осадков.
Масса навески анализируемого вещества зависит также от массовой доли определяемого компонента Х в нем и от массовой доли Х в гравиметрической форме (величины гравиметрического фактора, фактора пересчета, аналитического множителя, обозначаемого как F(x/xayb).
С учетом перечисленных выше факторов масса навески вещества, достаточная для единичного определения в нем компонента Х, гравиметрической формой которого является соединение XaYb, вычисляется по формуле:
=
где m(нав.) – масса навески, г.;
m(ГФ) – масса гравиметрической формы, г;
ω%(Х) – массовая доля Х в анализируемом веществе, %;
– гравиметрический фактор.
Примеры решения типовых задач
Пример 1.1. Рассчитайте массу навески образца воздушно-сухого растительного лекарственного сырья для определения его влажности, если взвешивание проводить на технохимических весах с точностью ±0,1 г, а определение желательно выполнить с относительной погрешностью 1%. Анализируемое сырье содержит предположительно до 10% влаги.
Дано: Еr (анализа) = 1%.
∆m(взвешивания) = 0,1 г
ω(H2O) = 10%
______________________________________________
Найти: m(навески)
Решение. Влажность растительного лекарственного сырья определяется обычно методом отгонки, т.е. по разности масс анализируемого образца до и после высушивания до постоянной массы при температуре 100 – 150ºС. Поскольку масса воды является наименьшей из масс, определяемых в ходе анализа, то относительная погрешность ее определения должна составлять 1%. Следовательно,
Так как влажность анализируемого образца составляет 10%, то
m(нав.) =
Ответ: 200 г.
Пример 1.2. Рассчитайте массу навески сплава, которую необходимо взять для гравиметрического определения цинка в виде пирофосфата цинка Zn2P2O7, если сплав содержит около 10% цинка, а оптимальная масса гравиметрической формы равна 0,4 г.
Дано: ω%(Zn) = 10%
m(ГФ) = 0,4 г
__________________________
Найти: m(навески)
Решение. Вычислим гравиметрический фактор, а затем массу навески:
m(нав.) =
1,7 ≈ 2 г.
Ответ: 2 г.
Пример 1.3. Образец алюмокалиевых квасцов содержит предположительно до 15% примесей, не осаждающихся ионами бария и хлорид-ионами. Какой должна быть навеска квасцов для определения сульфат-ионов в виде сульфата бария, если оптимальная масса гравиметрической формы составляет 0,3 г?
Дано: ω%(примесей) = 15%
m(ГФ) = 0,3 г
__________________________
Найти: m(навески)
Решение. Вычисляем гравиметрический фактор:
Рассчитываем массу навески квасцов с учетом того, что ω%(квасцов) = 85%:
Ответ: 0,4 г.
Задачи для самостоятельного решения
1.1. Рассчитайте массу навески сплава, которую необходимо взять для гравиметрического определения серебра в виде AgCl, если сплав содержит около 75% серебра, а оптимальная масса гравиметрической формы составляет 0,5 г.
Ответ: 0,5 г.
1.2. Массовая доля железа в образце составляет приблизительно 25%. Рассчитайте массу навески образца для гравиметрического определения железа, если оптимальная масса гравиметрической формы оксида железа(III) равна 0,1 г.
Ответ: 0,3 г.
1.3. Образец содержит приблизительно 1,8% серы. Рассчитайте массу навески данного образца для гравиметрического определения серы в нем в виде сульфата бария, если считать оптимальной массу гравиметрической формы равной 0,40 г. Ответ: 3,2 г.
1.4. Технический образец медного купороса содержит приблизительно 85% основного вещества и примеси, которые не осаждаются действием хлорида бария. Рассчитайте массу навески образца медного купороса для гравиметрического определения в нем сульфат-ионов в виде сульфата бария, если оптимальная масса гравиметрической формы составляет 0,4 г. Ответ: 0,5 г.
1.5. Образец железоаммонийных квасцов содержит приблизительно 5% примесей, которые не осаждаются совместно с гидратированным оксидом железа(III). Рассчитайте массу навески для гравиметрического определения железа в виде оксида железа(III), принимая оптимальной массу гравиметрической формы равную 0,1 г. Ответ: 0,6 г.
2. Расчет объема осадителя
Количество вещества осадителя и соответственно объем его раствора рассчитывается по уравнению реакции осаждения определяемого компонента исходя из примерного его содержания в анализируемом растворе.
В гравиметрическом анализе осаждение считается практически полным, если в растворе остается не более 1·10-4 г осаждаемых ионов, т.е. масса неосажденного компонента не превышает погрешности единичного взвешивания на аналитических весах. Так как растворимость осаждаемой формы понижается в присутствии избытка осадителя, то для достижения полноты осаждения определяемого иона осадитель всегда берется в количестве, превышающем рассчитанное по уравнению реакции. На практике применяют обычно 2-3-кратный избыток, если осадитель летучий, и 30-50% избыток, если осадитель нелетучий.
Примеры решения типовых задач
Пример 2.1. Образец железоаммонийных квасцов содержит приблизительно 20% примесей, не осаждаемых раствором аммиака. Рассчитайте объем 2,0 моль/л раствора аммиака, необходимый для осаждения железа(III) из навески квасцов массой 0,8995 г, если осадитель взять в трехкратном избытке.
Дано: ω%(примесей) = 20%
C(NH3) = 2,0 моль/л
m(навески) = 0,8995 г
V(NH3)практ. = 3V(NH3)теор.
________________________________________
Найти: V(NH3)
Решение. Исходя из уравнения реакции осаждения ионов железа (III) аммиаком
и с учетом того, что осадитель берется в 3-х кратном избытке, требуемое количество вещества аммиака равно:
Вычислим количество вещества ионов железа(III) в образце квасцов:
Следовательно,
моль,
а объем 2,0 моль/л раствора аммиака равен:
Ответ: 6,7 мл.
Задачи для самостоятельного решения
2.1. Образец алюмокалиевых квасцов содержит 90% основного вещества. Рассчитайте объем 0,20 моль/л раствора хлорида бария для осаждения бария сульфата из навески массой 0,3534 г, если осадитель брать с 30% избытком. Ответ: 8,7 мл.
2.2. Образец содержит 50% бария хлорида. Рассчитайте объем 0,10 моль/л раствора серной кислоты, необходимой для осаждения бария сульфата из навески образца массой 0,4243 г. Примите, что осадитель взят в полуторакратном избытке. Ответ:15мл.
2.3. Образец известняка содержит около 90% основного вещества (карбоната кальция) и примеси, которые не осаждаются совместно с оксалатом кальция. Рассчитайте с точностью до целых миллилитра объем 0,25 моль/л раствора оксалата аммония, необходимый для осаждения кальция из навески массой 0,4003 г. Объем осадителя рекомендуется взять в полуторакратном избытке.
Ответ: 22 мл.
2.4. Рассчитайте объем 0,20 моль/л раствора хлорида бария, необходимый для осаждения хромат-ионов из навески хромата калия массой 0,3942 г. Известно, что анализируемый образец содержит приблизительно 98% хромата калия. Осадитель желательно взять с 40% избытком. Ответ: 14 мл.
2.5. Образец содержит приблизительно 97% нитрата серебра. Вычислите объем раствора хлороводородной кислоты с концентрацией 0,15 моль/л, необходимый для осаждения ионов серебра их навески массой 0,3165 г, если осадитель брать в 1,3-кратном избытке. Ответ: 16 мл.
3. Расчет потерь вещества при промывании осадка
Для очистки осадков от адсорбированных на их поверхности примесей используют промывание. Кристаллические осадки с очень малой растворимостью промывают обычно дистиллированной водой. Кристаллические осадки с достаточно высокой растворимостью промывают разбавленными растворами электролитов, содержащих общие с осадками ионы. Аморфные осадки, для предотвращения их пептизации, промывают разбавленными растворами сильных электролитов, удаляемых при получении гравиметрической формы.
Независимо от того, как промывают осадок – на фильтре или декантацией, очистка его тем эффективнее, чем больше порций промывной жидкости использовано при одном и том же суммарном ее объеме.
При расчете объема промывной жидкости и потерь вещества при промывании принимается, что между осадком и промывной жидкостью устанавливается равновесие.
Примеры решения типовых задач
Пример 3.1. Осадок хромата бария массой 0,40 г промыт 100 мл Н2О. Определите потери осадка в результате его растворения при промывании (в граммах и процентах).
Дано: m(BaCrO4) = 0,40 г
V(H2O) = 100 мл
_________________________________
Найти: Δm(BaCrO4)
Решение. Считая, что между осадком и промывной жидкостью устанавливается равновесие, определим молярную растворимость хромата бария в воде:
Масса BaCrO4 в100 мл раствора, составляющая потери при промывании осадка, равна:
=
7,0·10-2 %
Ответ: 2.76∙10-4 г, 7,0·10-2 %
Пример 3.2. Рассчитайте потери (в граммах и процентах) при промывании 0,40 г осадка фторида кальция 200 мл 0,010 моль/л раствора фторида аммония.
Дано: m(CaF2)= 0,40 г
V(H2O) = 200 мл
C(NH4F) = 0,010 моль/л
________________________________________
Найти: Δm(CaF2)
Решение. Так как промывная жидкость содержит общий с осадком ион, то молярная растворимость фторида кальция в 0,010 моль/л растворе фторида аммония равна:
Потери фторида кальция, вследствие его растворимости в промывной жидкости, составляют:
г.
Ответ: 1,2∙10-5 г; 3,0
Задачи для самостоятельного решения
3.1 Осадок фторида кальция массой 0,40 г промыт 100 мл воды. Рассчитайте потери осадка в результате его растворения при промывании (в граммах и процентах). Ответ: 1,8∙10-3 г; 0,44%.
3.2. Для промывания 0,41 г осадка магний-аммоний фосфата использовали 100 мл воды. Рассчитайте потери осадка в результате его растворения при промывании (в граммах и процентах).
Ответ: 8,7∙10-4 г; 0,21%.
3.3. Осадок сульфата бария массой 0,42 г промыт 150 мл воды. Рассчитайте потери осадка в результате его растворения при промывании (в граммах и процентах). Ответ: 3,6∙10-4 г, 0,09%.
3.4 Осадок оксалата кальция массой 0,45 г промыт 250 мл воды. Рассчитайте потери осадка в результате растворения осадка при промывании (в граммах и процентах). Ответ: 1,6∙10-3 г, 0,36%.
3.5 Осадок хромата бария массой 0,45 г промыт 250 мл воды. Рассчитайте потери осадка в результате растворения осадка при промывании (в граммах и процентах). Ответ: 6,9∙10-4 г, 0,15%.
4. Расчет результатов гравиметрического анализа
Результаты гравиметрического анализа представляются чаще всего в виде массы или массовой доли определяемого компонента Х в анализируемом веществе.
Если анализ выполнен по методу осаждения, то расчеты проводятся по следующим формулам:
Расчет массы и массовой доли летучего компонента Х, определяемого косвенным методом отгонки, выполняется по формулам:
m(X) = m(навески) – m(остатка) и
Примеры решения типовых задач
Пример 4.1. Рассчитайте массовую долю свинца в препарате, если из навески массой 0,8354 г получено 0,5002 г хромата свинца.
Дано: m(навески) = 0,8354 г
m(PbCrO4) = 0,5002 г
_____________________________________
Найти: ω(Pb)
Решение. Вычисляем гравиметрический фактор, а затем массовую долю свинца:
Ответ: 38,39%
Пример 4.2. При определении влажности препарата в бюкс массой 10,1420 г поместили навеску препарата массой 0,8215 г. После высушивания препарата до постоянной массы при 125 0С масса бюкса с остатком составила 10,7865 г. рассчитайте массовую долю влаги в анализируемом препарате.
Дано: m (бюкса) = 10,1420 г
m1(навески) = 0,8215 г
m2(бюкса с остатком) = 10,7865 г
________________________________________________
Найти: ω%(H2O)
Решение. Определим вначале массу сухого остатка, а затем массовую долю влаги в образце ω%(Н2О):
m(остатка) = m2(бюкса с остатком) – m(бюкса) = 10,7865 – 10,1420 = 0,6445 г.
Ответ: 21,54%.
Задачи для самостоятельного решения
4.1. Рассчитайте массовую долю фторид-ионов в образце, если из навески массой 0,4893 г получено 0,4032 г кальция фторида. Ответ: 40,11%.
4.2. Рассчитайте массовую долю оксида алюминия в образце, если из навески массой 0,9521 г получено 0,4486 г ортофосфата алюминия. Ответ: 19,69%.
4.3. Рассчитайте массовую долю хлорида натрия в образце, если из навески массой 0,4002 г получено 0,3575 г хлорида серебра. Ответ: 36,43%.
4.4. Рассчитайте массовую долю цинка в препарате, если из навески массой 0,3241 г получено 0,1822 г Zn2P2O7. Ответ: 24,12%.
4.5. Рассчитайте массовую долю гигроскопической влаги и кристаллизационной воды в кристаллогидрате хлорида бария по следующим данным анализа: масса пустого бюкса – 20,5863 г; масса бюкса с навеской соли – 22,1255 г; масса бюкса с навеской после высушивания до постоянной массы при 100°С – 22,0438 г, а при 125°С – 21,8291 г. Ответ: 5,31%, 13,95%.
