Количественный анализ. Метод гравиметрического анализа

Таблица 2. Условия гравиметрического определения неорганических ионов

Таблица 3. Условия гравиметрического определения функциональных групп

Гравиметрические методы анализа менее избирательны, чем другие методы анализа. Избирательность, как было отмечено выше, может быть повышена при использовании органических аналитических реагентовосадителей, реакций внешнесферного комплексообразования, приемов маскирования, регулирования рН среды и др.

3.Расчеты в гравиметрическом анализе

3.1.Расчет количества осадителя

Вычисления весового и процентного содержания определяемого вещества в весовом анализе производят по уравнению реакций образования взвешиваемого осадка, имеющего после прокаливания (или высушивания) постоянный состав. Такой осадок называют весовой формой.

Гравиметрический фактор F (аналитический множитель, фактор пересчета),–постоянный множитель, который служит для вычисления содержания какого-либо компонента в анализируемой пробе, если известна масса весовой формы этого компонента.

x, y – стехиометрические коэффициенты.

Пример 1. Вычислить F

CaC2O4 ∙ H2O→CaO + CO2↑+ CO↑ + H2O, x=1, y=1.

Решение:

Пример 2: Вычислить процентное содержание SO3, который взвешивают в виде BaSO4.

Решение:

где a – вес прокаленного осадка BaSO4 (весовая форма), A – навеска вещества.

Пример 3. При гравиметрическом определении свинца из 2,0 г сплава получено 0,6048 РbSO4. Вычислить массовую долю свинца в сплаве.

Решение:

(Pb) 0,4138 100 20,69%. 2,0

Ответ: 20,69 %.

Пример 4. В растворе, содержащем ионы Cl -, например в растворе KCl хлор был осажден в виде AgCl, вес которого после высушивания оказался равным 0,1562 г. Написать уравнение реакции и вычислить весовое содержание Cl – в растворе.

Решение:

KCl + AgNO3 = AgCl↓ + KNO3.

1 моль AgCl 143,4 (г) - 35,5 Cl – (г-ат.)

X 35,5 0,1562 0,0386г 143,5

0,1562 г - 100 %

0,0386 г - Х %

13

X 0,0386 100 24,73% 0,1562

Из двух возможных методов определения какого-либо элемента при прочих равных условиях тот будет более точным, для которого фактор пересчета меньший.

Пример 5. Рассчитать фактор пересчета F весовой формы Аl2O3 на алюминий.

Эмпирические факторы следует отличать от стехиометрических фактов. Эмпирические факторы применяют, когда состав взвешиваемого осадка не вполне отвечает его формуле и поэтому стехиометрический расчет не дает точного результата, так что требуется ввести известную эмпирическую поправку.

Fэмпир . 0,0764 .

14

3.2. Расчет навески анализируемого вещества

Расчет навески анализируемого вещества для проведения анализа в случае получения кристаллических осадков проводят, принимая, что рекомендуемая масса гравиметрической формы – 0,5 г. Рекомендуемая масса гравиметрической формы для аморфных осадков – 0,1 г.

Результаты количественного анализа можно выражать различно: расчет ведется на элементы (Cu, Fe, P, C и т. д.), на ионы (Ca2+, Mg2+, HCO3 -, PO4 3- и

т. д.), на окислы (SiO2, Fe2O3, Al2O3 и т. д.), на соли и т.д.

Пример 7. Какую навеску Na2SO4 необходимо взять для определения -

ионов осаждением в виде BaSO4?

Решение:

M(Na2SO4) – M(BaSO4)

______________________________.

Пример 8. Сколько граммов железа содержится в образце Fe3Al2Si3O12, если при определении гравиметрическим методом масса гравиметрической формы

Fe2O3 равна 0,1000 г?

Решение:

2Fe3Al2Si3O12 → 3Fe2O3

F=6Ar(Fe) / 3M(Fe2O3)=6∙55,80/(3∙159,69)=0,6988,

gFe=0,1000∙0,6988=0,0699 г.

В практике химических лабораторий обычно пользуются методиками, в которых приведены готовые формулы для расчета результатов анализа. В эти формулы входит постоянный множитель, называемый фактором пересчета F.

Пример 9. Какой должна быть навеска чугуна с массовой долей серы 2 % для ее гравиметрического определения в виде сульфата бария, чтобы при анализе можно было получить 0,5 г осадка?

Решение:

15

Находим массу серы в 0,5 г осадка.

0,1373∙0,5 = 0,0687г.

0,0687 - 2%.

Х г - 100%.

X 0,0687 100 3,435г. 2

Ответ: 3,435 г.

Пример 10. Вычислить объем раствора серной кислоты с массовой долей 4 %, необходимый для осаждения бария из навески 0,3025г BaCl2∙2H2O.

Решение:

ВаСl2 + H2SO4 = ВаSO4 + 2НСI.

244г BaCl2∙2H2O - 98г H2SO4.

0,3025г BaCl2∙2H2O - Х г H2SO4.

X 0,3025 98 0,1215г. 244

0,1215г - 4 %.

Х г - 100 %.

X 0,1215 100 3,04г. 4

Ответ: V = 3,04 см3 .

Пример 11.В растворе бромида натрия осадили бром в виде AgBr. После высушивания вес осадка был равен 0,2510 г. Вычислить содержание NaBr в растворе.

16

Решение:

NaBr + AgNO3 = AgBr↓ + NaNO3.

m(NaBr) 103 0,2510 0,1375г. 188

Пример 12.В растворе сульфата железа (III) осадили железо аммиаком в виде гидроксида железа (III) Fe(OH)3 и прокалили. Вес прокаленного осадка Fe2O3 оказался равным 0,3288 г.Написать уравнение реакций и вычислить:

а) содержание Fe3+ в растворе,

б) содержание Fe2(SO4)3 в растворе.

Решение:

Fe2(SO4)3 + 6 NH4OH → 2 Fe(OH)3 + 3 (NH4)2SO4

1) 2 Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3 H2O

1 моль Fe2O3 160 г - 2 Fe3+ 112 г-ат.

0,3288 г Fe2O3 - Х (г) Fe3+.

х 0,3288 112 0,23016г; 160

2)Fe2(SO4)3 + 6 NH4OH → Fe2O3 + 3 H2O + 3 (NH4)2SO4

3.3.Расчет объема осадителя

Плотность водного раствора с малой концентрацией близка к 1 г/см3. Объем раствора осадителя рассчитывают, исходя из уравнения соответствующей реакции. Практически количество осадителя должно превышать теоретически рассчитанное в 1,5 раза.

17

Пример 13. Рассчитать объем 1%-го раствора осадителя (ρ=1г/мл), необходимого для осаждения Ni2+-ионов из раствора, содержащего 0,0300 г NiCl2, в виде диметилглиоксимата никеля.

Решение:

1) M(NiCl2) – 2M( .

_______________________

.

мл – 1 г.

- 0,0536 г

___________________

. 3) .

Содержание определяемого вещества вычисляют в граммах или в процентах. Массу определяемого вещества g рассчитывают по формуле

g=mгф ·F,

где mгф – масса гравиметрической формы, г; F– гравиметрический фактор.

Пример 14.Рассчитать объем осадителя в виде 0,05 М раствора Na2НРO4 для осаждения магния в виде МgNH4PO4 из 100 см3 0,02 М раствора МgСl2 с использованием избытка осадителя до 120 %.

Решение:

MgCl2 + Na2HPO4 + NH4OH → MgNH4PO4 + 2NaCl +H2O

n MgCl2 = 0,02∙0,1 = 0,002 моль.

18

n = m/M.

Cм = m/M∙V.

V(MgNH4PO4) = n/C = 0,002/0,05 = 0,04 дм3 = 40 см3 (мл).

V(120%) = 40 ∙ 120% / 100% = 48 см3.

Ответ : 48 см3.

Расчет результатов гравиметрических определений производится по формуле m = (ma/a)∙100,

где ma – масса определяемой составной части вещества; a – навеска анализируемого вещества, г.

Пересчет на сухое вещество осуществляется по формуле

m m0 (100 mH2O ), 100

где m0 – навеска влажной пробы; m (H2O) – содержание воды.

Для расчета процентного содержания вещества после удаления воды используют формулу

m0 (100 mH2O)

где ma – масса определяемого вещества; m0 – масса влажной пробы.

Для оценки результатов анализа рассчитывают абсолютную и относительную погрешность и систематическую погрешность взвешивания:

sx 1 sa /a 2 , n

где sa – точность взвешивания на аналитических весах, г; a – определяемая масса (навеска); n – число взвешиваний.

19

3.4. Растворимость осадков в воде и в присутствии одноименных ионов

Задачи данного раздела решаются на основе произведения растворимости (ПР) – константы, характеризующей растворимость осадков.

Для солей, заряд катионов которых равен заряду аниона, образующему данную соль, произведение растворимости выражается произведением концентраций ионов, например:

.

Для солей, заряд катионов которых не совпадает с зарядом анионов, произведение растворимости выражается произведением концентраций ионов, взятых в соответствующих степенях:

.

Произведение растворимости может быть вычислено по растворимости соли в чистой воде, и наоборот — по произведению растворимости может быть вычислена растворимость соли при тех же условиях.

Пример 15. Растворимость Аg2СО3 при 20 °С равна 3,17- 10-2 г/л. Вычислить произведение растворимости.

Решение:

1. Пересчитывают концентрацию Аg2СО3, выраженную по условию задачи в граммах на литр, в моли (грамм-молекулы) на литр. Для этого делят количество граммов Аg2СО3 в литре на молекулярный вес Аg2СО3 :

.

1. Составляют уравнение ионизации Аg2СО3:

.

20