Гравиметрический метод анализа

Гравиметрический метод анализа

План

Общая характеристика метода Расчеты в гравиметрическом анализе Основные операции гравиметрии

1.

Гравиметрическим анализом называют метод количественного химического анализа, основанный на точном измерении массы определяемого компонента пробы, выделенного в виде соединения известного состава или в элементарном виде.

В гравиметрии применяют методы осаждения, выделения  и отгонки, используя при этом  реакции обмена, замещения, разложения и комплексообразования.

Методы выделения: основаны на получении нужного компонента в свободном состоянии  и точном взвешивании его массы. Методом выделения можно найти, например, содержание золы в твердом топливе, золота и меди в сплавах и т. д.

Методы отгонки: состоят в том, что какой либо компонент количественно отгоняют в виде летучего соединения (газа, пара), действием кислот, оснований или высокой температуры. О количестве анализируемого вещества судят либо по увеличению массы приемника-поглотителя (прямые методы отгонки), либо по уменьшению массы навески исследуемого вещества (косвенные методы отгонки). Методом отгонки находят содержание углерода в сталях, CO2 в карбонатных породах, кристаллизационной воды в солях, гигроскопической влаги в различных материалах.

Методы осаждения: чаще всего в гравиметрическом анализе используют методы осаждения. В этом случае гравиметрический анализ проводят по массе осадка, образовавшегося при взаимодействии определяемого компонента с раствором какого-либо реагента (осадителя). Гравиметрический анализ с использованием включает несколько последовательных операций:

Осаждение  определяемого компонента в виде малорастворимого соединения, называемого осаждаемой формой Отделение осадка от раствора фильтрованием Промывание осадка Нагревание осадка для удаления воды или его прокаливание для превращения осадка в подходящую для взвешивания химическую форму, называемую  гравиметрической. Взвешивание полученного осадка (гравиметрической формы) Вычисление содержания вещества (или элемента) в процентах от взятой навески по массе осадка.

Относительная погрешность этого анализа от 0,1 до 0,01 %.

В гравиметрическом анализе различают осаждаемую и гравиметрическую формы вещества. Например:

FeCl3 + 3 NaOH > Fe(OH)3 + 3 NaCl

2Fe(OH)3 > Fe2O3 + 3H2O

осаждаемая  весовая

форма  форма

BaCl2 + H2SO4 > BaSO4 + 2HCl

BaSO4  >  BaSO4

осаждаемая  весовая

форма  форма

Иногда весовая и осаждаемая формы являются одним и тем же веществом. К веществам в осаждаемой и весовой форме предъявляют  разные требования.

Для осаждаемой формы:

Осадок должен быть практически нерастворим, после осаждения и промывания осадка его потери  не должны превышать погрешности взвешивания на аналитических весах (? 0,0002 г.) Осадок должен образовываться в форм удобной для его отделения от раствора фильтрованием и промыванием, а так же в чистом виде Осадок должен легко и полностью превращаться в вещество гравиметрической формы

Для весовой формы:

Осадок должен после высушивания и прокаливания соответствовать определенной химической формуле Быть химически устойчивым на воздухе, т. е. малогигроскопичным, не поглощать CO2 и другие газы, входящие в состав воздуха Иметь по возможности большую молекулярную массу. Тогда относительная погрешность взвешивания уменьшается

Гравиметрический анализ является одним из наиболее старых и наиболее точных методов анализа. Основной недостаток этого метода – его продолжительность.

2.

Обычно результаты определенной массы выражают в процентах от исходного вещества. Часто при определениях массы вещества для вычисления в гравиметрическом анализе используют факторы пересчета или аналитический множитель. Фактор пересчета – это отношение молекулярной (атомной) массы определяемого вещества (элемента) к молекулярной массе осадка (весовой формы). В расчетах обычно участвуют величины переменные и постоянные. К первым относятся например, масса навески, масса осадка; ко вторым – атомные и молекулярные массы, не зависящие ни от условий задачи, ни от условий опыта.

Задача № 1.

Вычислите фактор пересчёта для определения Fe, FeO, FeCl3, по Fe2O3.

Дано:  Решение 

Fe 

FeO  F =

FeCl3        А(Fe) = 56 г/моль

Fe2O3        М(FeO) = 72 г/моль

       М(FeCl3) = 162,5 г/моль

F Fe| Fe2O3 - ?        М(Fe2O3) = 160 г/моль

F Fe | Fe2O3 - ?  F Fe| Fe2O3 = = 0,7

F FeCl3 | Fe2O3 - ?  F FeO | Fe2O3 =

  F FeCl3 | Fe2O3 =

Ответ: F Fe| Fe2O3 = 0,7

  F FeO | Fe2O3 =

  F FeCl3 | Fe2O3 =

Задача № 2

Взята навеска 1,0150 г  каменного угля. После анализа гравиметрическим методом прокаленный осадок  BaSO4 составил 0,289 г.  Вычислите процентное содержание серы в образце.

Дано:  Решение

mнав  = 1,0150 г.  • 100%

mос.  = 0,289 г. 

w (S) -?  mв-ва = F • mос

  F =

  А(S) = 32 г\моль

  М(BaSO4) = 137+ 32+ 16•4 = 233 г\моль

  FBa\BaSO4 = = 0,14

  mв-ва = 0,14 • 0,289 = 0,04

  • 100% = 3,9 %

Ответ: w (S) = 3,9 %

Задача № 3.

Из навески магнезита получено 0,2164 г. осадка Mg2P2O7. Найти массу магния в навеске.

Дано:  Решение

mос.  = 0,2164 г.  mв-ва = F • mос 

m (Mg) -? 

  F =

  А(Mg) = 24 г\моль

  М(Mg2P2O7) = 24• 2 + 31• 2 + 16• 7 = 222 г\моль

  FMg\Mg2P2O7 = = 0,2162 г

  mв-ва = 0,2162 • 0,2164 = 0,0468

Ответ: m (Mg) = 0,0468 г.

Задача № 4.

Определить процентное содержание влаги в образце по следующим данным: вес бюкса – 8,1748 г; вес бюкса с образцом – 11,8245 г; после высушивания вес бюкса с образцом оказался равным 11,3248 г.

Дано:  Решение

mб  = 8,1748 г.  • 100%

mб+н.  = 11,8245 г. 

  mб+н – H2O = 11,3248 г. 

w (H2O) -?  mнав. = mб+н.  - mб

  mнав = 11,8245 - 8,1748 = 3,6497 г.

  mH2O = 11,8245 - 11,3248 = 0,4997 г.

  • 100% = 13,69%

Ответ: w (H2O) = 13,69%

3.

Весовой анализ основан на том, что из определенного взвешенного количества вещества (навески) посредством соответствующих химических реакций выделяют определенную составную часть в виде нерастворимого осадка. Этот осадок отфильтровывают, промывают и после прокаливания или высушивания взвешивают на аналитических весах. Затем по массе осадка вычисляют количество этой составной части.

Весовой анализ включает несколько этапов:

1. Отбор средней пробы и подготовка вещества к анализу.

2. Взятие навески.

3. Растворение навески.

4. Осаждение.

5. Определение полноты осаждения (проба на полноту осаждения).

6. Фильтрование и промывание осадка.

7. Определение полноты промывания.

8. Высушивание или прокаливание осадка.

9. Вычисление результатов анализа.

Важнейшей операцией в количественном анализе, и особенно в
гравиметрическом анализе, является взвешивание.

В зависимости от задачи, стоящей перед аналитиком, используют весы
различных типов. Для приближенного взвешивания масс до 1 кг с точностью
0,1 – 0,01 г применяют технохимические весы. Для аналитических работ
используют аналитические весы с предельной нагрузкой 100 или 200 г и
точностью 0,2 мг. Аналитические весы представляют собой прибор высокой
точности, требующий осторожного обращения.

Чтобы избежать влияния механических колебаний, весы ставят на
кронштейнах, укрепленных в капитальной стене. Не допускается установка
весов вблизи отопительных приборов, так как изменение температуры
снижает их точность.

Для анализа взвешивают определенную массу вещества, называемую навеской.
В химическом анализе принято выражение “взять навеску”, т. е. отвесить
на аналитических весах определенное количество вещества. Величина
навески зависит от свойств вещества и методики анализа.

Химическое вещество нельзя взвешивать на чашке весов непосредственно.
Для взвешивания его помещают в бюкс – стаканчик с притертой крышкой или
на часовое стекло.

Существуют различные правила взвешивания на аналитических весах, ниже
приведены некоторые из них:

К каждым весам дается свой аналитический разновес.

Все взвешивания необходимо проводить на одних и тех же весах и одним и
тем же разновесом.

Установленные весы нельзя сдвигать с места. После перестановки вновь
установить весы по уровню.

Нагрузка на весах изменяется только после арретирования (выключения).

Взвешиваемый предмет должен находится в температурном равновесии с
весами.

Взвешиваемый предмет должен быть сухим и не иметь загрязнений на
поверхности.

Во время взвешивания открывают только боковые дверцы весов.

Нельзя нагружать весы выше их предельной нагрузки.

Разновес берут только пинцетом.

Разновес помещают в центре чашки.

Твердые вещества взвешивают только на часовом стекле, в пробирке или в
стаканчике. Жидкости, летучие и гидростатические вещества в бюксе с
закрытой крышкой.

Пред взвешиванием на аналитических весах предварительно определяют вес
на технических весах с большей нагрузкой.

Взвешивают на аналитических весах только сидя.

Перед взвешиванием устанавливают нулевую точку весов и уровень.

Взвешиваемый предмет помещают на левую чашку весов, а гирьки на правую.

Гирьки подбирают равномерно, последовательно.

Кольцевой разновес подбирают последовательно (сначала десятые, затем
сотые).

Записывают в журнал массу взвешиваемого вещества, весы выключают.

Убирают разновес.

Лимфы ставят на нулевое положение.

Проверяют нулевую точку весов.

Основные операции гравиметрического анализа.

Растворение. Взятую навеску переносят в химический стакан и растворяют,
используя в качестве растворителя воду кислоту или щелочь. Количество
растворителя и условия растворения указаны в методиках анализа.

Чтобы ускорить растворение, содержимое стакана подогревают и
перемешивают стеклянной палочкой. При этом нужно следить, чтобы ни одна
капля раствора не была потеряна, - это приведет к ошибке в анализе.

Осаждение. Осаждение – это одна из основных операций гравиметрического
анализа. Цель ее – перевести определяемую часть анализируемого вещества
в химическое соединение, удобное для определения весовым способом.
Например, барий в хлориде бария определяют в форме сульфата бария,
который осаждают из водного раствора хлорида бария добавлением серной
кислоты.
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl

Также необходимо чтобы осаждение происходило количественно, т. е.
определяемый ион полностью переходил в осадок. Для этого выбранная
осаждаемая форма, т. е. соединение, осаждаемое из раствора, должна
обладать очень малой растворимостью. Для количественного анализа
выбирают соединения, произведение растворимости которых не превышает
1·10-8 . Исходя из этого, подбирают и реактивы для осаждения.

Осаждение ведут, приливая раствор осадителя в стакан с раствором
анализируемого вещества при непрерывном перемешивании стеклянной
палочкой. Полноту осаждения определяют после отстаивания осадка и
образования над ним прозрачного раствора. К нему осторожно добавляют
несколько капель раствора осадителя – отсутствие помутнения указывает на
полноту осаждения.

Фильтрование  Цель операции – отделение осадка от раствора, из которого
он выпал (маточного раствора). Для фильтрования используют беззольные
фильтры бумажные фильтры. Эти фильтры при сгорании образуют так мало
золы, что ее массой можно пренебречь. В зависимости от характера осадка
используют беззольные фильтры различных марок. Их различают по цвету
ленты на упаковке фильтра. Самые плотные ( т. е. с наименьшим размером
пор) – с синей лентой, фильтры средней плотности – с белой лентой,
наименее плотные, быстро фильтрующие – с красной лентой.

Бумажный фильтр помещают в стеклянную воронку. Для этого круглый фильтр
складывают пополам по диаметру, затем снова пополам и вкладывают в сухую
воронку. Затем наполняют фильтр дистиллированной водой и плотно
прижимают к воронке. Воронку помещают в кольцо, укрепленное на штативе.
Под воронку помещают стакан.

Фильтрацию ведут, декантируя жидкость: сливают на фильтр по стеклянной
палочке отстоявшеюся жидкость, не взмучивая осадок. Когда почти весь
раствор слит, добавляют 50-70 мл промывной жидкости, перемешивают
осадок, дают ему отстоятся и вновь декантируют. Декантацию повторяют 2-3
раза и, наконец, сливают на фильтр жидкость вместе с осадком. Стакан
споласкивают 2-3 раза маленькими порциями промывной жидкости и сливают
на фильтр. Промывную жидкость удобно подавать из промывалки. Затем
ополаскивают стеклянную палочку, по которой сливали осадок. При этом
недопустима потеря частиц осадка – он должен быть перенесен на фильтр
количественно.

Фильтрацию продолжают до тех пор, пока с носика воронки не перестанут
стекать капли жидкости. После этого струей жидкости из промывалки
ополаскивают верхний край фильтра, смывая осадок в нижнюю часть фильтра.
Основное правило фильтрации и промывки: наливать на фильтр новую порцию
только после того, как полностью отфильтровалась предыдущая.

По окончании делают пробу на полноту протекания промывки, т. е. на
отсутствие в жидкости, стекающей с воронки, отмываемого вещества.
Например, для проверки на полноту отмывания сульфат-ионов к нескольким
каплям жидкости, стекающей с воронки, добавляют каплю раствора хлорида
бария. Отсутствие помутнения указывает на окончание промывки.
Далее воронку с осадком накрывают листом фильтрованной бумаги, смоченной
дистиллированной водой, плотно прижимают бумагу к краям воронки и
помещают в сушильный шкаф. После подсушивания фильтр с осадком
количественно переносят в прокаленный и взвешенный фарфоровый тигель.

Прокаливание осадка. После фильтрации и промывки на фильтре находится
чистый осадок. Чтобы узнать его массу, в большинстве случаев фильтр
сжигают, а осадок подсушивают и прокаливают. Прокаливание ведут в фарфоровых тиглях. Тигель предварительно прокаливают до постоянной массы в тех же условиях, в которых будет прокаливаться осадок. Фильтр с подсушенным осадком осторожно отделяют от воронки, стеклянным шпателем осторожно загибают края фильтра, так чтобы осадок оказался внутри фильтра, и переносят в тигель.

Тигель с осадком помещают в специальный фарфоровый треугольник,
положенный на кольцо штатива, и газовой горелкой нагревают тигель таким
образом, чтобы фильтр постепенно обуглился. Тигель с обугленным фильтром
и осадком помещают в муфельную печь, отрегулированную на заданную
температуру, и прокаливают в течение 2 ч. затем тигельными щипцами
вынимают тигель и ставят его в эксикатор, который защищает содержимое
тигля от влаги воздуха. В эксикаторе гель постепенно охлаждается до
комнатной температуры. Его взвешивают, затем снова ставят в муфель,
прокаливают еще 20-30 мин, охлаждают и взвешивают, если масса при двух
последовательных взвешиваниях различается не более чем на 0,0002 г,
прокаливание закончено. Осадок прокален до постоянной массы.