Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

Факультет фундаментальной физико-химической инженерии

Зачётная задача по аналитической химии

Выполнил: студент 202 группы

Паланкоев Тимур Ахметович

Преподаватель: к.х.н. асс. Кубышев С. С.

Москва 2011



Оглавление

Введение

Качественный анализ образца

Внешний вид образца

Определение типа сплава

Качественный анализ

Обзор литературы. Методы определения железа

Методы восстановления железа

Методика окисления железа

Выбор методики

Количественный анализ. Определение железа

Схема количественного анализа

Дихроматометрическое определение железа

Комплексонометрическое определение железа

Вывод



Введение

Целью данной работы является проведение анализа выданного образца. В задачу входит определение качественного состава объекта и определение процентного содержания основного компонента.



Качественный анализ образца

Внешний вид образца

Выданный объект представляет собой черные стружки сплава с металлическим блеском.

Определение типа сплава

Тип сплава определялся характерными для основного элемента реакциями.

Таблица 1

Анализируемый объект	Реагент	Наблюдения	Вывод
Сплав	NaOH (30 %)	Выделения газа не наблюдалось	Сплав не является сплавом алюминия
Сплав	Fe2(SO4)3 3% раствор	Выделения газа и бурого осадка не произошло	Сплав не является сплавом магния
Сплав	HCl (конц), 6М HNO3, 10% NH4SCN	Появление ярко-красной окраски	Анализируемый сплав представляет собой сплав на основе железа.

Качественный анализ

Согласно литературным данным в состав сплава на основе железа могут входить такие элементы, как Mn, Ni, Co, Cu, Al, присутствие которых проверено дробным методом по соответствующей схеме (таблица 2).



Таблица 2

№	Анализируемый объект	Реагент	Наблюдения	Выводы	Состав после разделения
					Осадок	Раствор
1	Сплав	H2SO4 (1:5) при нагревании	Образец растворяется	Сплав можно полностью растворить в серной кислоте	Отсутствует	Раствор 1 Mn, Ni, Co, Cu, Al, Ti, V, Mo, W
2	Раствор 1	HNO3 конц	Получен раствор 2, выделение осадка не происходило	Т.к. осадка не образовалось, то сплав не содержит вольфрам	Нет	Раствор 2 Кроме ионов Fe также Mn, Cr,Co,Al,Cu,Ti, Mo,V
3	Раствор 2	Na2S кислая среда, нагрев	Выпал чёрный осадок 1и образовался раствор 3	В сплаве могут присутствовать медь или молибден.	Осадок 1. Mo, Cu	Раствор 3. Остальные
4	Осадок 1	Растворение в 6М HNO3 и выпаривание с 4М H2SO4 конц NH3	Окрашивания раствора не происходило	В сплаве нет Cu
5	Раствор 3	Подкисление 6М HNO3 и 4М H2SO4. Выпаривание. Избыток 30% NaOH	Образуется осадок 2 и раствор 4		Осадок 2. Ti, Mn, Cr, Ni, Co, Fe.	Раствор 4. VO3- Al(OH)4-
6	Раствор 4	Подкисление 4М HCl H2O2	Образования красно-коричневого перксосоединения ванадия не наблюдалось	В сплаве отсутствует V
7	Раствор 4.	Ализарин	Осадка ярко-красного цвета не образовалось	Отсутствует Al
8	Осадок 2.	Растворение в 4М H2SO4	Осадок растворился и был разделён на несколько порций.			Раствор 5. Ti, Mn, Cr, Ni, Co, Fe.
9	Раствор 5.	конц HNO3 NaBiO3(тв)	Образовался раствор фиолетового цвета	В состав сплава входит Mn
10	Раствор 5.	NH4SCN NaF (для маскирования Fe)	Изменений не наблюдалось	В сплаве нет Co
11	Раствор 5.	Диметилглиоксим	Ало-красный осадок	В сплаве присутствует Ni
12	Раствор 5.	H2O2 3%-ый раствор в присутствии H3PO4	Окрашивания раствора не наблюдалось	В сплаве отсутствует титан

Реакция обнаружения марганца:

2Mn(NO₃)₂ + 5NaBiO3 + 16HNO₃ = 2HMnO₄ + 5Pb(NO₃)₂ + 5NaNO₃ +7H₂O

Ni + 2H₂D = Ni(HD)₂ + 2H⁺

nNH₄SCN + Fe³⁺ = Fe(SCN)_n^(3-n)+ + nNH₄⁺

Вывод:

Исследуемый сплав на основе железа в качестве примесей содержит марганец и никель.

Была поставлена задача определить содержание основного компонента сплава.



Обзор литературы. Методы определения железа

1. Комплексонометрическое титрование основано на реакциях образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами, из которых наиболее часто используют ЭДТА, этилендиаминтетрауксусную кислоту, (H₄Y), которая, независимо от заряда катиона, образует комплексы с соотношением компонентов 1:1.

Комплексонометрическое определение железа происходит в сильнокислой среде при pH < 0,9. Комплексы железа с ЭДТА образуются в соответствии с уравнением

Fe³⁺+H₅Y⁺ = FeHY + 4H⁺

При pH>1,3 преобладает комплекс FeY^- с константой устойчивости 1,26•10²⁵ (ионная сила 0,1; 20⁰С)

В качестве индикаторов используют тайрон, салициловую или сульфосалициловую кислоты. Эти индикаторы в растворах бесцветны, но с железом (III) образуют интенсивно окрашенные комплексы: красного с тайроном, фиолетового цвета с салициловой или сульфосалициловой кислотами.

Комплексонат железа(II) значительно менее устойчив (константа устойчивости 2,0•10¹⁴ в тех же условиях) и крайне неустойчив по отношению к окислителям. Уже кислородом воздуха он окисляется до комплексоната железа(III). Поэтому комплексонометрически определяют только железо(III).

Метод комплексонометрического титрования железа с сульфосалициловой кислотой в качестве индикатора (pH 1,5 - 3) селективен, так как другие металлы, присутствующие в сплаве не будут титроваться ЭДТА.

2. Иодометрический метод^[1] основан на восстановлении трехвалентного железа избытком йодид иона и последующем титровании образовавшегося йода раствором тиосульфата в присутствии крахмала в качестве индикатора

Fe³⁺ + I^- = Fe²⁺ + I₂

I₂ + 2S₂O₃^2- = 2I^- + S₄O₆^2-

При титровании данным методом необходимо соблюдать следующие условия:

1. Раствор должен быть сильнокислым, т.к. трёхвалентное железо образует устойчивые гидроксокомплексы, что мешает процессу восстановления железа.

2. Необходимо исключить возможность присутствия анионов образующих устойчивые комплексы с трёхвалентным железом (PO₄^3-,P₂O₇^4-, F^-)

3. Необходим избыток иодид-ионов для полноты протекания реакции, а также для связывания образующегося йода.

4. В сильнокислом растворе иодид-ион окисляется кислородом воздуха, поэтому перед добавлением иодида калия необходимо вытеснить из колбы воздух путём добавления карбоната натрия.

5. Скорость реакции восстановления не велика, поэтому, прежде чем титровать раствор тиосульфатом, необходимо дать ему постоять около пятнадцати минут.

3.Дихроматометрия^[1]. Данный метод основан на титровании восстановленного железа Fe²⁺ раствором бихромата калия с применением дифениламина в качестве редокс индикатора (E=0,76 В).

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺ = 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

В процессе титрования повышается концентрация ионов железа(III), и потенциал системы Fe³⁺/ Fe²⁺ возрастает, что приводит к преждевременному окислению индикатора. Если к титруемому раствору прибавить фосфорную кислоту, то окраска индикатора изменяется в КТТ (становится синей), т.к. фосфорная кислота понижает потенциал системы Fe³⁺/ Fe²⁺, образуя устойчивый комплекс с ионами железа(III).

Редокс индикатором при окислительно-восстановительном титровании железа может служить также ферроин (комплекс Fe(II) с 1,10-фенантролином), переходящий при окислении в комплекс Fe (III). Оба комплекса очень устойчивы (lgЯ₃=21,3 и 14,1 соответственно). Они не разрушаются в сильнокислых средах и в присутствии фосфорной кислоты. Для ферроина E=1,06 В.

4. Перманганатометрический метод^[1]. Титрование железа основано на реакции

5Fe²⁺ + MnO₄^- + 8H⁺ = 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O

Титровать можно в сернокислой или солянокислой средах. В присутствии хлорид-ионов происходит перерасход перманганата и получению нечеткого конца титрования. Это вызвано индуцированной реакцией между MnO₄^- и хлорид-ионами. Поэтому титрование ведут в присутствии защитной смеси Рейнгарда-Циммермана, состоящей из серной, фосфорной кислот и сульфата марганца (II), до появления бледно-розовой окраски, устойчивой 30 с.

5. Цериметрический метод основан на титровании раствора двухвалентного железа раствором Ce(IV) в сернокислой или солянокислой среде.

Ce⁴⁺ + Fe²⁺ = Ce³⁺ + Fe³⁺

Раствор титруют в присутствии 1,10-фенотролина до перехода от розовой окраски к почти бесцветной.

6. Ванадатометрический метод^[4] основан на окислении железа ванадатом аммония в кислой среде

4H⁺ + Fe²⁺ + VO₃^- = VO²⁺ + Fe³⁺ + 2H₂O

В качестве индикатора используется фенилантраниловую кислоту. Об окончании титрования судят по появлению розово-фиолетового окрашивания.

Методы восстановления железа

железо сплав титрование восстановление

Для определения железа вышеупомянутыми методами окислительно-восстановительного титрования необходимо сначала восстановить железо (III) до железа(II).

1) Восстановление хлоридом олова (II). В раствор вносят небольшой избыток SnCl₂. Введенный хлорид затем окисляют хлоридом ртути.

2FeCl₃ + SnCl₂ = 2FeCl₂ + SnCl₄

2) Восстановление металлическим цинком. К раствору трёхвалентного железа добавляют концентрированную соляную кислоту и 3-4 гранулы металлического цинка. Восстановление ведут до тех пора, пока раствор полностью не обесцветится и цинк полностью не растворится.

Методика окисления железа

Согласно [1], для окисления железа(II) к аликвоте раствора прибавляют 5 мл конц. HCl, 2 мл конц. HNO₃, накрывают часовым стеклом, помещают на песочную баню и нагревают до кипения. Раствор кипятят 3 - 5 мин, не допуская бурного кипения. После этого колбу снимают с бани, ополаскивают над колбой часовое стекло и охлаждают. Раствор нейтрализуют раствором NH₃ до появления легкой оранжевой мути, которую растворяют в нескольких каплях 2 М HCl.

Выбор методики

В данной работе для количественного определения железа выбрали дихроматометрический метод, так как в ходе качественного анализа было установлено, что сплав полностью растворяется в 4M H₂SO₄ (кислоте неокислителе) и в растворе железо находилось в виде ионов железа(II). Таким образом, определяемое в растворе железо не нужно восстанавливать перед началом титрования. Также дихромат калия является первичным стандартом, что тоже упрощает подготовку к титрованию, так как не требуется стандартизация титранта, что удобнее по сравнению с перманганатометричсеким и другими окислительно-восстановительными методами. Кривая титрования содержит большой скачок титрования, так как велика разница потенциалов окислителя (E^0?=1,37 В) и восстановителя (

поэтому в качестве индикатора выбран ферроин, так как, согласно обзору литературы, Е_перех этого индикатора ближе к точке эквивалентности, и он не требует введения в систему фосфорной кислоты для понижения потенциала.

Второй методикой для определения железа выбрали комплексонометрическое титрование, так как железо может быть селективно оттитровано при pH 1,5 - 3 в присутствии других компонентов сплава. Благодаря большой константе устойчивости комплекса железа с ЭДТА (lgЯ=25,1) другие компоненты сплава не мешают титрованию.

Количественный анализ. Определение железа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема количественного анализа

+H₂SO₄ 4M

Расчёт массы навески

Исходя из того, что содержание железа в сплаве примерно 90% и желаемая концентрация раствора железа равна 0,05 М:

Взятие навески:

Масса бюкса с веществом: 10,2707 г.

Масса бюкса после пересыпания вещества: 9,9516 г.

Масса взятой навески: 0,3191 г.

Вскрытие сплава

Навеску сплава поместили в стакан, добавили 4M H₂SO₄, накрыли стакан часовым стеклом и грели на песочной бане до полного растворения образца. После чего раствор количественно перенесли с часового стекла и из стакана в колбу вместимостью 100 мл. Разбавили водой до метки.

Дихроматометрическое определение железа

Дихроматометрическое определение железа проводилось по методике, описанной в [1] и упомянутой в обзоре литературы.

метод основан на титровании восстановленного железа Fe²⁺ раствором бихромата калия

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺ = 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Реагенты: дихромат калия, K₂Cr₂O₇, 0,0502 М (1/6 K₂Cr₂O₇) стандартный раствор;

Серная кислота, H₂SO₄, концентрированная пл.1.17;

Индикатор ферроин.

Приготовление раствора титранта:

M(K₂Cr₂O₇)=294,181 г/моль

дихромата необходимо для приготовления 200 мл (так как дихромат растворяли в мерной колбе объёмом 200,0 мл) 0,0500 М р-ра K₂Cr₂O₇.

Отбор навески:

Масса тары с веществом: 12,2005 г

Масса тары после пересыпания вещества: 11,7082 г

Масса взятой навески: 0,4923 г.

Концентрация полученного раствора:

Выполнение. Так как сплав растворялся в кислоте-неокислителе, то железо в растворе восстанавливать не нужно. Аликвоту анализируемого раствора титровали до изменения окраски индикатора из красной в голубую.

V₁ (K₂Cr₂O₇) = 10,64 мл

V₂ (K₂Cr₂O₇) = 10,55 мл

V₃ (K₂Cr₂O₇) = 10,55 мл

V_ср(K₂Cr₂O₇) = 10,58 мл

Комплексонометрическое определение железа

Реагенты: ЭДТА, стандартный раствор с титром по Fe₂O₃: 4,33 мг Fe₂O₃/1 мл ЭДТА;

Индикатор сульфосалициловая кислота, 25% водный раствор;

Соляная кислота, HCl, 1M, 2M растворы и концентрированная с пл. 1,17;

Азотная кислота, HNO₃, концентрированная с плотностью 14;

Аммиак, NH₃, концентрированный.

Выполнение: Аликвотную часть 5,00 мл пипеткой перенесли в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл, ввели 5 мл конц. HCl и 2 мл конц. HNO₃ для окисления железа (II). Накрывают колбу часовым стеклом и нагрели на песочной бане до кипения и оранжево-жёлтой окраски раствора. Колбу сняли с бани, ополоснули водой часовое стекло над колбой, колбу охладили струёй воды. Нейтрализовали аммиаком до появления слабой неисчезающей мути и жёлтой окраски раствора. Затем ввели 1 -2 капли 2М HCl, 1 мл 1 М HCl, разбавили до 50 мл водой и нагрели. В горячий раствор добавили несколько капель сульфосалициловой кислоты и оттитровали раствором ЭДТА до изменения окраски раствора из фиолетовой в жёлтую.^[1]

1 мл ЭДТА ~ 4,33 мг Fe₂O₃

M(Fe₂O₃)=160 г/моль

V₁ (ЭДТА) = 4,83 мл

V₂ (ЭДТА) = 4,85 мл

V₃ (ЭДТА) = 4,76 мл

V_ср(ЭДТА) = 4,81 мл



Вывод

1. Проведён качественный анализ сплава, установлен его основной компонент

2. Проведён обзор литературы по титриметрическим методам определния железа. Выбраны наиболее оптимальные методы количественного определния.

3. Проведено количественное определение основного компонента сплава - железа. Его содержание составляет 92,95% и 91,38% согласно дихроматометрическому и комплексонометрическому методам соответственно. Полученные результаты сопоставимы.

Размещено на Allbest.ru

...