Лабораторные работы (метод гравиметрии).

Лабораторная работа № 1

Определение процентного содержания бария в хлориде бария

Ион Ba²⁺ образует много труднорастворимых солей, однако наименее растворимой и поэтому пригодной в качестве осаждаемой формы является сульфат бария BaSO₄ (ПР=1,1·10^-10). Так как при прокаливании состав BaSO₄ не изменяется, то BaSO₄ является и весовой формой. Осадок BaSO₄ является мелкокристаллическим и иногда проходит сквозь поры фильтра, что искажает результат анализа. Для получения более крупных кристаллов при осаждении его нужно повысить растворимость вещества, а для этого следует соблюдать следующие условия:

а) навеску BaCl₂·2H₂O растворить в большом объеме воды (сильно разбавить);

б) раствор осадителя (2 н. H₂SO₄) также сильно разбавить водой;

в) перед осаждением растворы соли и кислоты нагреть почти до кипения;

г) осадитель приливать к раствору соли по каплям, постоянно перемешивая палочкой;

д) фильтрование проводить не сразу, а по истечении нескольких часов (в это время происходит "созревание", укрупнение осадка).

При осаждении в таких условиях осадок получается более чистым, свободным от соосажденных примесей. Практически полное осаждение иона бария достигается добавлением полуторного избытка осадителя.

Приступая к выполнению анализа, нужно внимательно прочитать ход анализа, приготовить и тщательно вымыть всю необходимую посуду: стаканы на 200 мл и 100 мл "с носиком"; стеклянную палочку, стаканчик для взятия навески, воронку, фильтр типа "синяя лента" (мелкопористый, беззольный), штатив с кольцом, фарфоровый тигель, эксикатор, промывалку с дистиллированной водой.

План работы

1. Доведение тигля до постоянной массы

Пустой фарфоровый тигель нужно довести до постоянной массы: взвесить его на аналитических весах; поставить прокаливать в муфельную печь при температуре 900-1000°С на один час; вынуть его тигельными щипцами, слегка охладить на воздухе на фарфоровой подставке, а потом поставить охлаждаться до комнатной температуры в эксикатор (если крышка эксикатора холодная, то и тигель охладился); взвесить снова тигель на тех же весах (тигель брать только щипцами); снова поставить его в печь на 15-30 минут, охладить, взвесить. Все значения масс записать в лабораторный журнал. Например,

Масса пустого тигля: 1 взвешивание 12,2300 г

2 взвешивание 12,2233 г

3 взвешивание 12,2231 г

Постоянная масса пустого тигля 12,2231 г

Массу тигля можно считать постоянной, когда результаты двух последних взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,0002 г. Хранить тигель в эксикаторе

2. Взять навеску исходного вещества хлорида бария (m(BaCl₂·2H₂O)). Так как BaSO₄ – кристаллический осадок, то нужно взять около 0,5 г препарата (масса осадка BaSO₄ тоже будет около 0,5 г); Взвесить на техно-химических весах, а затем и на аналитических весах сухой чистый стаканчик, получить в него соль бария и снова взвесить на аналитических весах (все взвешивать на одних и тех же весах!). По разности масс стаканчика с солью и пустого стаканчика определить массу навески (m(BaCl₂·2H₂O)).

3. Перенести количественную навеску в стакан на 200 мл дистиллированной водой, растворить её и довести объем раствора приблизительно до 100,00 мл добавить 3-5 мл 2 н. HCl.

4. Рассчитать объем 2 н. раствора H₂SO₄, необходимый для полного осаждения иона бария по реакции

244,3 г/моль – 98 г/моль – 1000 МЛ

0,5 г x мл

мл.

Увеличить объем в 1,5 раза: 2 мл · 1,5=3 мл

5. Отмерить мерным цилиндром 3 мл 2 н. H₂SO₄, перелить в стакан на 100 мл, разбавить дистиллированной приблизительно до 30-50 мл.

6. Осадить ион бария следующим образом: нагреть почти до кипения стаканы с растворами хлорида бария и серной кислоты: приливать медленно по каплям по стеклянной палочке почти всю серную кислоту к раствору соли (все время перемешивать не касаясь дна и стенок стакана). Дать осадку отстояться и прилить по стенке 1-2 капли оставшегося раствора серной кислоты, чтобы убедиться, что ион бария полностью осажден. Накрыть стакан бумагой, наколов её на палочку (на бумаге написать свою фамилию и группу), оставить осадок до следующего занятия.

Внимание! Палочку из стакана вынимать и класть на стол нельзя, так как к ней прилипли частицы осадка.

7. Отфильтровать осадок следующим образом:

а) сложить вчетверо фильтр «синяя лента» и подогнать его к сухой воронке, (воронку подбирают с таким расчетом, чтобы фильтр не доходил до краев её на 5-15 мм), так, чтобы он плотно подходил к стенкам её, затем налить в него дистиллированной воды и подогнать фильтр к стенкам воронки (так, как показано на плакате), осторожно, чтобы не порвать фильтр. Если фильтр хорошо подогнан к воронке, то носик воронки заполнится водой и фильтрование будет проходить быстрее. Воронку с фильтром поместить в кольцо штатива и подставить под неё чистый стакан;

б) потереть пальцем под "носиком" стакана с осадком (он не будет смачиваться водой, и капли фильтруемой жидкости по внешней стенке стакана стекать не будут); осадок не взмучивать, осторожно по палочке сливать прозрачный раствор на фильтр, заполняя его не более чем на 2/3. Поднимать стакан тоже по палочке, тогда раствор не будет попадать на внешнюю сторону стакана (смотрите плакат). Палочка должна находиться только над фильтром или в стакане, нельзя дотрагиваться ею до фильтра. Таким образом отфильтровать почти весь раствор с осадка, стараясь меньше взмучивать его. Такой метод фильтрования и промывания осадка называется "декантацией". Проверить, не прошли ли частички осадка через поры фильтра. Для этого фильтрат в стакане раскрутить и посмотреть на темном фоне. Если осадка в фильтрате нет, вылить его.

8. Промыть осадок 3-4 раза декантацией промывной жидкостью (около 5 мл 2 н. HCl на 100 мл воды) порциями по 10-15 мл. прилить порцию промывной жидкости, перемешать осадок, дать отстояться и фильтровать.

9. Перенести осадок на фильтр дистиллированной водой: прилить 10-15 мл воды, перемешать и фильтровать, повторить эту операцию пока весь осадок не окажется на фильтре (осторожно, не допускайте разбрызгивания жидкости с осадком и не забывайте проверять фильтрат на наличие осадка).

Оставшиеся в стакане частички осадка собрать кусочком фильтровальной бумаги с помощью палочки и эту бумагу положить в фильтр и струей воды из промывалки смыть осадок в центр фильтра.

10. Высушить фильтр на воронке в сушильном шкафу до слегка влажного состояния, свернуть его так, чтобы осадок оказался внутри, поместить в доведенный до постоянной массы тигель и поставить под тягу на электрическую плитку для обугливания (фильтр нее должен гореть пламенем). Обугливание закончено когда фильтр уже не дымит.

Поставить тигель с осадком прокаливаться в муфельную печь на 1,5-2,0 часа. Остудить в эксикаторе, взвесить. Поставить в печь еще раз на 15-20 минут и снова взвесить охлажденный тигель. (Внимание! Брать тигель только щипцами). Повторять прокаливание и взвешивание до постоянной массы. Все результаты взвешивания записывать в журнал.

11. Найти массу BaSO₄ (m(BaSO₄)) по разности масс тигля с осадком и пустого тигля.

Пример.

Масса тигля с BaSO₄: 1 взвешивание - 12,6890 г

2-е взвешивание - 12,6878 г

3-е взвешивание - 12,6876 г

Постоянная масса тигля с осадком BaSO₄ - 12.6876 г

Постоянная масса пустого тигля – 12,2231 г.

Постоянная масса осадка BaSO₄(m(BaSO₄) – 0,4645 г.

12. Рассчитать результаты анализа, составив пропорцию:

в 233,4 г BaSO₄ содержится 137,3 г Ва,

в m(BaSO₄) г содержится x г Ва

Вычислить процентное содержание бария в навеске хлорида бария:

Расчет также можно вести по формуле:

,

где F – фактор пересчета, равный отношению молярных масс определяемого вещества (Ва) к молярной массе весовой формы . В нашем случае F=137,3/233,4=0,5883

13. Показать результат анализа преподавателю, составить подробный отчет о работе.

 

4.2. Задачи и примеры решений.

I. Расчет навески

 

Навеской называют небольшое количество (0,1-1,0 г) образца анализируемого вещества, которое точно взвешивают и далее количественно подвергают всем аналитическим операциям.

Если определяемую составную часть навески превращают в осаждаемую форму, то навеска должна быть такой величины, чтобы массы полученной осаждаемой формы были равны, в зависимости от формы осадка, (г):

аморфный (гидроксиды) – 0,07-0,1;

кристаллический легкий (большинство солей) – 0,1-0,15;

кристаллический тяжёлый (BaSO₄) – 0,2-0,4;

кристаллический очень тяжёлый (PbSO₄, AgCl) – до 0,5.

Величина навески рассчитывается приближенно.

Примеры:

1). Какую навеску каменного угля, содержащего около 4% серы, следует взять для анализа на содержание серы, если её определяют в виде BaSO₄,?

Решение: Масса BaSO₄ должна быть около 0,3 г. Тогда масса серы (x) в BaSO₄ равна:

М(BaSO₄)=233 г/моль – М(S)=32 г/моль

0,3 г - х

Масса навески каменного угля равна:

0,04×100% = 4%×y; y»1 г

Ответ: 1 г.

2). Какую навеску CuSO₄×5H₂O следует взять для анализа на содержание меди, если её определяют в виде CuO после осаждения гидроксида?

Решение:

М(CuO)=80 г/моль – М(CuSO₄×5H₂O)=250 г/моль

0,1 г - х

Ответ: 0,3 г.

 

1. Рассчитать навеску сульфида железа, содержащего около 30% серы, для определения в нём серы в виде BaSO₄.

2. Какую навеску BaCl₂×2H₂O следует взять для анализа на содержание бария, если его определяют в виде BaSO₄?

3. Какую навеску железной проволоки, содержащей около 98% железа, следует взять для определения железа, если его осаждают в виде Fe(OH)₃?

4. Какую навеску железной руды, содержащей около 70% железа, следует взять для определения железа, осаждаемого в виде Fe(OH)₃?

5. Какую навеску сидерита надо взять для анализа на содержание железа, если образец содержит около 75% FeCO₃, а осаждаемая форма Fe(OH)₃?

6. Рассчитать навеску известняка, содержащего около 8% примесей, для анализа на содержание CaCO₃, если осаждаемая форма CaC₂O₄×H₂O.

7. Рассчитать навеску кальцита для анализа на содержание кальция, если кальций осаждают в виде CaC₂O₄×H₂O, а кальцит почти не содержит примесей.

8. Рассчитать навеску мрамора для анализа на содержание в ней кальция в виде CaO.

9. Образец гашеной извести содержит около 15% примесей. Какую навеску извести следует взять для определения в ней Ca в виде CaO?

10. Рассчитать навеску технической поваренной соли, содержащей около 6% примесей, для анализа на содержание хлора в виде AgCl.

11. Масса прокаленного осадка BaSO₄ составила 0,4128 г. Какова масса навески химически чистого FeS, из которой получен осадок BaSO₄.

12. Какова должна быть масса навески химически чистого железа, чтобы масса прокаленного осадка Fe₂O₃ составила 0,4136 г?

13. Сульфат алюминия содержит 88% Al₂(SO₄)₃×18H₂O. Рассчитать навеску, необходимую для определения алюминия в виде Al₂O₃, если масса Al₂O₃ 0,1 г.

14. Сколько мл раствора HCl (r=1,028) необходимо для осаждения серебра, если на приготовление раствора взяли 1,5 г сплава, содержащего 10% серебра?

15. 2 г сплава, содержащего около 70% серебра, растворили. Раствор довели до 500 мл. Сколько мл раствора HCl (r=1,018) необходимо для осаждения серебра из 25 мл приготовленного раствора.

 

II. Расчёт осадителя

Расчёт количества осадителя относится к предварительным вычислениям и поэтому проводится приблизительно. Теоретической основой является закон эквивалентов. На основании которого получаем формулу:

, где х – масса осадителя (г); Э_ос – эквивалент осадителя; Э – эквивалент осаждаемого вещества; m – масса навески осаждаемого вещества.

Если осадитель не 100%, а a%, то искомое весовое количество реактива (m¢), будет

 

Чтобы перейти к объёмным единицам, величину m¢ делят на плотность раствора (её можно принять за единицу). Чтобы реакция прошла до конца, раствора осадителя обычно берут в полтора раза больше. Если концентрация реактива (х_мл) 1 н., то объём его находят по формуле

Если концентрация реактива не 1н., то найденный объём изменяют обратно пропорционально его концентрации.

 

Пример:

Какой объём 0,5 н. раствора (NH₄)₂C₂O₄×H₂O нужен, чтобы количественно осадить кальций из раствора, приготовленного из 1 г мела, содержащего 25% влаги и нерастворимых примесей.

Решение:

1). Найдём массу чистого CaCO₃ в навеске

1 г – 100%

х - 75%

2). Найдём эквиваленты CaCO₃ и осадителя.

Э(CaCO₃)= ; Э((NH₄)₂C₂O₄×H₂O= .

3). Найдём объём 1 н. раствора осадителя

50 г - 1000 мл×(1 н)

y=

0,75 г - y мл×(1н)

4). Объём 0,5 н раствора равен

5). С учётом увеличения в полтора раза: 30×1,5=45 мл.

 

Ответ: 45 мл.

 

1. Какой объём (с учётом избытка) 1 н. раствора HCl потребуется для осаждения Ag⁺ из раствора, полученного растворением 1 г серебра?

2. Какой объём 2 н. раствора аммиака следует взять, чтобы осадить Fe³⁺ из раствора, содержащего 0,2 г железа.

3. Какой объём 2 н. H₂SO₄ потребуется, чтобы осадить барий из раствора, содержащего 0,6 г BaCl₂×2H₂O?

4. Какой объём 1 н. раствора H₂SO₄ пойдет на осаждение бария из раствора, полученного растворением 0,9 г BaCl₂×2H₂O c 40% примесей?

5. Какой объём 4 н. раствора Na₂HPO₄ пойдёт на осаждение магния из раствора, полученного растворением 0,4 г сплава с 60% Mg?

6. Какой объём 0,2 н раствора H₂C₂O₄ пойдёт на осаждение кальция, если исходить из того, что для приготовления раствора взяли 0,6 г мрамора?

7. Сколько граммов H₂C₂O₄×2H₂O требуется для полного осаждения кальция из 50 мл, полученного растворением 1 г мрамора в 250 мл раствора?

8. Какой объём 0,5 н. раствора хлорида бария потребуется для осаждения бария в виде BaSO₄ из раствора, полученного после соответствующей обработки из 1,5 г каменного угля, если он содержит около 2% серы?

9. Какой объём 10%-ного раствора аммиака следует взять для осаждения 0,15 г железа?

10. Какой объём 5%-ного раствора аммиака следует взять для осаждения железа, если на приготовление раствора взяли 0,3 г Fe₂O₃, содержащего около 10% пустой породы?

11. Какой объём 10%-ного раствора аммиака потребуется для осаждения железа, если на приготовление раствора взяли 0,4 г Fe₃O₄?

12. Какой объём 7%-ного Na₂HPO₄×12H₂O потребуется для осаждения магния из раствора 0,4 г MgSO₄×7HO (плотность принять 1)?

13. Сколько мл раствора аммиака (r=0,980 г/мл) потребуется для количественного осаждения железа, если на приготовление раствора взяли 0,2 г шпатового железняка, содержащего 30% железа?

14. Сколько мл раствора HCl (r=1,028 г/мл) необходимо для осаждения серебра, если на приготовление раствора взяли 1,5 г сплава, содержащего 10% серебра?

15. 2 г сплава содержащего около 70% серебра растворили. Раствор довели до 500 мл. Сколько мл раствора HCl (r=1,018 г/мл) необходимо для осаждения серебра из 25 мл приготовленного раствора?