Количественный анализ. Метод гравиметрического анализа

2.На основе уравнения ионизации вычисляют концентрацию каждого

нона. 1 г-мол Аg2СО3 распадается на 2 г-иона Аg2+ и 1 г-ион СО32-. Следовательно, 1,15∙10-4 г-мол Аg2СО3 дают

2∙1,15∙10-4 г-ион Аg+ и 1,15∙10-4 г-ион СО32-.

3.На основе уравнения ионизации составляют общее выражение произведения растворимости:

.

4.Подставляют в это выражение числовые значения и получают величину ПР:

.

Пример 16.Произведение растворимости РЬ3(Р04)2 при 25 °С равно 7,9. 10-43.

Вычислить растворимость этой соли в граммах на литр и концентрацию каждого из ионов в насыщенном растворе при той же температуре.

Решение:

1.В растворе РЬ3(Р04)2 диссоциирует на 100 % по схеме:

2.Если молярную концентрацию (г-мол/л) насыщенного раствора РЬ3(Р04)2 обозначить через х, то на основании уравнения диссоциации концентрации ионов будут следующими:

.

3. Общее выражение произведения растворимости:

.

4. Подставляя в это уравнение алгебраическое значение концентраций ионов, приведенное в п. 2, решают новое уравнение относительно х:

,

21

откуда

.

5.Чтобы узнатьсодержание РЬ3(Р04)2, РЬ2+ или РО43- в граммах на литр, найденное значение в молях на литр следует умножить

соответственно на молекулярный вес РЬ3(Р04)2, утроенный атомный вес РЬ или удвоенный ионный вес РО43-:

.

Пример 17.Произведение растворимости Мg(ОН)2 равно 1,8.10-11. Вычислить растворимость этой гидроокиси в чистой воде и в 0,02 М растворе Мg(NO3)2.

Решение:

1.Осадок Мg(ОН)2 диссоциирует:

2.Если молярную концентрацию (г-мол/л) насыщенного раствора Мg(ОН)2 в воде обозначить через х, то концентрации ионов равны

.

3. Из произведения растворимости Мg(ОН)2 следует

,

откуда

.

4.В 0,02 М растворе Мg(NО3)2 концентрация Мg2+ равна 0,02 (концентрацией Mg2+ из Мg(ОН)3 можно пренебречь). Тогда из произведения растворимости следует:

,

22

откуда

.

Сравнивая растворимость Мg(ОН)2 в воде с растворимостью ее в 0,02 М растворе Mg(NОз)2, видим, что она снизилась в 1 раз. Для точных вычислений необходимо учитывать влияние соленого эффекта Mg(NОз)2 .

4.Вопросы и задачи

1.Какие требования предъявляются к осаждаемой и гравиметрической формам?

2.От каких фактов зависят размер и число частиц осадка?

3.Какие требования предъявляются к осадителям в гравиметрическом анализе?

4.Как влияют на растворимость осадка присутствие одноименных с осадком ионов, pH среды, ионная сила раствора, конкурирующие реакции комплексонообразования?

5.Какими причинами обусловлено загрязнение кристаллических и аморфных осадков?

6.Обоснуйте условия осаждения кристаллических и аморфных осадков.

7.Какими преимуществами обладают органические осадители перед неорганическими? Какие органические осадители вы знаете?

8.Предложите и обоснуйте состав промывной жидкости для промывания осадков: Fe(OH)3, Al(C9H6NO)3, AgCl.

9.Какие фильтры применяют в гравиметрии для отделения осаждаемой формой?

10.Раствор иодида калия обработали для осаждения йода хлоридом палладия. Осадок PdI2 прокалили в токе водорода, причем он восстановился до металлического палладия. Вычислить содержание KI в первоначальном растворе, если вес металлического палладия был равен 0,2345 г.

23

11. Осадок, содержащий SiО2, А12O3 и Fе2О3, обработали смесью плавиковой и серной кислот для удаления SiO2; при этом осадок потерял в весе 0,2607 г. Написать уравнение реакции и вычислить количество кремния в первоначальном осадке.

12. Из навески чугунных стружек в 2,851 г, после соответствующей обработки, было получено 0,0824 г прокаленного 0,0824 осадка SiO2. Вычислить процентное содержание кремния в анализируемом чугуне.

13.В навеске 0,1341 г хлорида калия, загрязненного хлоридом натрия, определяли содержание калия осаждением в виде КСlО4, вес которого оказался равным 0,2206 г. Вычислить процентное содержание КСl в исследуеом образце хлорида калия.

14.Какую навеску железной руды следует брать для анализа на железо, чтобы вес прокаленного осадка Fе2О3, умноженный на 100, показал процентное содержание железа в руде?

15.Какую навеску магнетита следует брать для анализа, чтобы вес прокаленного осадка Fе2O3, умноженный на 100, показал процентное содержание Fe3O4 в магнетите?

16.Какую навеску руды следует брать для анализа на олово, чтобы при умножении веса прокаленного осадка SnO2 на 200 найти процентное содержание олова в образце?

17.При анализе руды на содержание олова, которое взвешивали в виде SnO2, взяли навеску, численно (в граммах) равную удвоенному относительному содержанию Sn в SnO2 (или иначе—удвоенному фактору пересчета), и получили осадок SnO2 весом 0,7389 г. Чему равно процентное содержание олова в руде?

18.При анализе хлорида бария на содержание хлора взята навеска, численно (в граммах) равная половине фактора пересчета, и получен осадок АgС1 весом 0,1052 г. Чему равно процентное содержание хлора в исследуемом образце хлорида бария?

19.Вычислить произведение растворимости СаСО3, если в 1 л насыщенного раствора при 25 °С содержится 6,93 ∙10-2 г этой соли.

24

20. Сколько граммов ВаСгО4 содержится в 200 мл насыщенного

раствора этой соли, если произведение растворимости ее при 25 °С равно 2,4 ∙10-10?

21.Для насыщения 200 мл воды требуется 0,71 мг Na2СгО4. Рассчитать ПР (BaCrO4).

22.Произведения растворимости при 25 °С РЬSО4, МgСО3, ВаСгО4 и Zn(ОН)2 составляют:

.

Определить концентрации ионов:

а) Pb2+

б) Mg2+,

в) Ва2+,

г) Zn2+

в граммах на литр насыщенного раствора каждой из перечисленных солей.

23.Сколько граммов нона РЬ2+ и иона I - — содержится в 1 мл насыщенного раствора РbI2, если при 25 °С ПР (РbI2 )= 8,7 ∙ 10-9?

24.Растворимость СаС2О4 при 18 °С равна 4,2 ∙ 10-5 - г-моль/л. Вычислить ПР(СаС2О4) при той же температуре.

25.Произведение растворимости оксалата кальция равно 2 ∙ 10-9 моль/л.Сколько потребуется воды для растворения 1 г этой соли?

26.Растворимость Аg3РО4 при 20 °С равна 2,0 ∙ 10-3 — г/л.

Вычислить ПР(Аg3РО4) при той же температуре.

27. Какова разность (в граммах) между количеством серебра, содержащимся в 400 мл насыщенного раствора АgВг (ПРАgВг = 4,0 ∙ 10-13), и

количеством серебра в 400 мл насыщенного раствора АgСl (ПРАgСl = 1,0 ∙ 10- 10) при 20 °С?

25

28.Сколько граммов иона Аg+ находится в 1 л насыщенного раствора Аg2SО4, если ПР (Аg2SО4) = 7,7 ∙ 10-5? Можно ли количественно определять серебро в виде его сульфата?

29.Выпадает ли осадок AgС1, если к 10 мл 0,01 М раствора АgNО3 прибавить 10 мл 0,01 М раствора NaCl?

30.Вычислить, сколько граммов бария было потеряно при промывании

осадка ВаСгО4 120 мл воды.При промывании вода насыщалась хроматом бария на 50 %: ПР (ВаСгО4) = 1,6 ∙ 10-10 (при 18 °С).

31.Определить нормальность и молярность насыщенного раствора Со(ОН)2. ПР(Со(ОН)2 )= 1,6 ∙10-18 (при 18 °С).

32.Определить ПР (MgNH4PO4), если в 300 мл насыщенного раствора MgNH4PO4 содержится 2,58 ∙ 10-3 г этой соли.

33.ПР(СаС2О4) = 1,78 ∙ 10-9 (при 18 °С).

Рассчитать: а) растворимость этой соли в 0,05 М растворе (NН4)2С2О4; б) во сколько раз эта растворимость будет меньше растворимости в чистой воде?

34. К 100 мл насыщенного раствора хлорида серебра добавили 1,7 мг

нитрата серебра. Рассчитать концентрацию ионов хлора в растворе ПР(AgCl )= 2 ∙ 10-10.

35. ПР (SrSO4) = 2,8 ∙ 10-7 (при 25 °С).

Образуется ли осадок SrSO4, если смешать равные объемы 0,001 н. растворов SrCl и K2SO4?

36.Во сколько раз уменьшится концентрация ионов Ag+ в насыщенном

растворе AgCl, если к нему прибавить столько соляной кислоты, чтобы концентрация HCl в растворе оказалась равной 0,03 М. ПР(AgCl )= 1,0 ∙ 10-10

(при 20 °С)?

37.Определить концентрацию Ag+ в насыщенном растворе AgCl,

содержащем кроме AgCl избыток Cl -. Концентрация Cl – в этом растворе равна 6 ∙ 10-3 г-ион/л; ПР (AgCl )= 1,56 ∙ 10-10 (при 25°С).

26

38.Определить концентрацию ОН- в растворе, необходимую для образования осадка Fe(OH)3 из 0,1 М раствора FeCl3. ПР (Fe(OH)3) = 3,8 ∙ 10-38

(при 25°С).

39.Вычислить концентрацию ионов ОН-, при которой возможно осаждение Mg(OH)2 из 0,1 М раствора MgSO4. ПР (Mg(OH)2 )= 5,0 ∙ 10-12 (при 25 °С).

40.Смешали равные объемы 0,2 М раствора MgSO4 и 0,2 раствора NH4OH. К этой смеси добавили NH4Cl, концентрацию которой довели до 0,2

М. Произойдет ли при этих условиях осаждение Mg(OH)2, если известно, что ПР (Mg(OH)2 )= 5,0 ∙ 10-12, а константа диссоциации NH4OH равна 1,8 ∙ 10-5?

41.К раствору, содержащему Cl- и CrO42-, прибавляли по каплям раствор нитрата серебра. Концентрация ионов CrO42- в растворе равна 0,1 г-ион/л. Рассчитать: а) при какой наименьшей концентрации ионов хлора в растворе начнется осаждение Ag2CrO4,

б) сколько граммов хлора будет при этом в 1 л раствора? ПР (AgCl) = 1,56 ∙ 10-10; ПР (Ag2CrO4) = 4,05 ∙ 10-12 (при 25 °С).

42. Раствор в 1 л содержит 20 мг Ag+ и 20 мг Pb2+.

Какая соль выпадает в осадок раньше, если к этому раствору прибавить по каплям K2CrO4? ПР(Ag2CrO4)= 4,05 ∙ 10-12; ПР(PbCrO4)= 1,8 ∙ 10-14 (при 25

°С).

43.Произведение растворимости Ag3PO4 равно 1,8 ∙ 10-18, а произведение растворимости Ag2CrO4 равно 4,05 ∙ 10-12. Какая из этих солей даст меньшую концентрацию Ag+ в насыщенном растворе?

44.Для осаждения Ca2+ был взят избыток (NH4)2C2O4. Над осадком

образовавшегося при этом CaC2O4 осталось 200 мл 0,1 М раствора (NH4)2C2O4. Сколько Ca2+ осталось в растворе?

45.Сколько граммов сульфата бария растворится при промывании его: а) 250 мл чистой воды; б) 250 мл воды, содержащей 0,83 г сульфата аммония?

46.Осадок CaC2O4 был промыт 250 мл 1%-ного раствора (NH4)2C2O4. Сколько Ca2+ потеряется из осадка CaC2O4 за счет растворения его в промывной жидкости?

27

47. Осадок BaC2O4 (ПР(BaC2O4) = 1,62 ∙ 10-7) был обработан раствором K2SO4. Определить: а) образуется ли при этом осадок BaSO4 ( ПР (BaSO4)= 1,1 ∙ 10-10,б) при каких соотношениях концентраций в насыщенном растворе, содержащем BaC2O4 и BaSO4, наступит равновесие.

48.Какой объем 3%-го раствора 8-гидроксихинолина (C9H7NO) следует взять для осаждения алюминия из раствора, содержащего 0,1500 г сульфата алюминия (ρ=1 г/мл)?

49.Какой объем 4%-го раствора тетрафенилбората натрия (С6Н5)4Ва следует взять для осаждения калия из раствора, содержащего 0,1011 г нитрата калия (р=1 г/мл)?

50.Какую массу бензидина С12H12N2 следует взять для осаждения сульфат-ионов в слабокислой среде в виде C12H12N2∙H2SO4 из раствора, содержащего 0,1920 г сульфата натрия?

51.Какую навеску технического карбоната кальция, содержащего 80 % СаСО3, следует взять для гравиметрического анализа, если осаждаемая форма СаС2О4, гравиметрическая форма CaO?

52.Чему равен гравиметрический фактор:

H3PO4 →Mg 2P 2O7

53.Вычислить процентное содержание железа в сплаве, если масса гравиметрической формы Fe2O3 0,8000 г, навеска сплава, взятая для гравиметрического анализа, 0,5600 г.

54.Вычислить процентное содержание кремния в чугуне, если из навески чугунных стружек, равной 1,4255 г, в результате гравиметрического аниализа получена гравиметрическав форма SiO2 с массой 0,0420 г.

55.Определить процентное содержание калия в навеске гербицида, равной 0,8100 г, если масса гравиметрической формы КВ(С6H5)4 равна

3,4780 г.

56.Какую навеску органического вещества, содержашего 6 % фосфора, следует взять для анализа, если после соответствующей обработки масса гравиметрической формы Mg2P2O7 равна 0,5000 г?

28

57.Сколько граммов салициловой кислоты С6Н4(ОH)СООH содержалось в растворе, если при определении ее гравиметрическим методом масса гравиметрической формы С2Н4О2I4 равна 0,5780 г?

58.Вычислить процентное содержание хлоромицина C11H12O5N2Cl2 в навеске глазной мази, равной 0,5150 г, если после соответствующей обработки масса гравиметрической формы АgСl равна 0,0065 г.

59.Вычислить процентное содержание серы, в навеске образца угля (влажность образца– 1,30 %), равной 0,8460 г, если после соответствующей обработки масса гравиметрической формы BaSO4, равна 0,1025 г.

60.Рассчитать содержание алюминия (в г) в анализируемом растворе, если масса гравиметрической формы Al(C9H6NO)3 равна 4,5900 г.

61.Выпадет ли осадок АgCl при смешении равных объемов 0,2 М

раствора NaСl и 0,1 М раствора AgNO3? ПР(AgCl) = 1,78∙10-10.

62.Выпадет ли осадок Са3(РО4)2 при смещении равных объемов 0,1 М раствора СаСl2 и 0,05 М раствора Na3PO4? ПР (Са3(РО4)2) = 2,0∙10-29.

63.Сколько молей и граммов бария останутся неосажденными при приливании 50 мл 0,1 М раствора серной кислоты к 100 мл 0.1 М раствора хлорида бария?

64.Сколько граммов MgNH4PO4 перейдет в раствор при промывании

осадка: а) 200 мл воды; б) 200 мл 0,1 М раствора МgСl2; в) 200 мл 2,8%-го водного раствора аммиака (р =0,98 г/мл)? ПР(MgNH4PO4) = 2,5∙10-13.

65.Сколько процентов ВаSО4 будет потеряно при промывании навески

ВаSО4, равной 0,4200 г: а) 250 мл воды; б) 250 мл 0,1 М Na2SO4? Пр(ВаSО4) = 1,1∙10-10.

66.Вычислить растворимость АgI: а) в воде; б) в 0,1 М растворе

AgNO3; в) в 0,01 М растворе KNO3. ПР(AgI) = 8,3∙10-17.

67.Вычислить растворимость в 0,001 М растворе HCl: а) ВаСО3 (ПР

(ВаСО3)=4,0∙10-10; К1=4,5∙10-7; К2=4.8∙10-11 ); б) АlРO4 (ПР(АlРO4) = 5,75∙10-

19); в) Ca3(PO4)2 (ПР (Ca3(PO4)2)= 2,0∙10-29; K1=7,1∙10-3; K2=6,2∙10-8; K3=5,0∙10-

13).

29

68. Вычислить растворимость: а) АgСl в 1 М водном растворе аммиака

(ПР (AgCl) = 1,78∙10-10; K1=2,1∙103; K2=1,7∙107); б) FePO4 в 1 М растворе NH4F (ПР(FePO4)=1,310-22; K1=1,10∙106; K2=5,49∙1010; K3=5,49∙1013; K4=5,49∙1015; K5=1,03∙1016; K6=1,03∙1016).

5. Техника эксперимента

5.1 Оборудование

Стаканы. В гравиметрическом методе анализа применяют химические стаканы различной вместимости. Для осаждения кристаллических осадков обычно применяют стаканы с носиком вместимостью 200 – 250 мл, для осаждения аморфных осадков – стаканы вместимостью 100 – 150 мл. При одинаковой вместимости стаканы могут быть различной высоты, лучше применять более низкие стаканы, так как их дно легче очищать от осадка.

Воронки, применяемые для фильтрования, могут быть различного диаметра, в зависимости от количества отделяемого осадка: они должны иметь наклон стенок 60˚ и удлиненный косо срезанный конец, внутренний диаметр которого в верхней части меньше, чем в нижней, благодаря чему увеличивается скорость фильтрования и промывания осадка. Применяют также воронки с ребристой внутренней поверхностью и с шарообразным расширением в месте перехода воронки в трубку, что дает возможность увеличить скорость фильтрования почти в 3 раза.

Тигли. Фарфоровые тигли применяют для высокотемпературного прокаливания осадков. Фарфоровые тигли можно нагревать до температур не выше 1200 ˚С. При работе с несколькими тиглями их надо пронумеровать специальной огнестойкой краской или концентрированными растворами хлорида железа, после нанесения надписи тигли прокаливают. Кроме фарфоровых тиглей в гравиметрическом анализе для высокотемпературного сплавления и прокаливания применяют металлические (платиновые, золотые, серебряные, никелевые, стальные), кварцевые и другие тигли. До окончания всех операций (взвешивание, прокаливание) тигли нельзя брать руками, а только при помощи металлических тигельных щипцов.

Фарфоровые треугольники для прокаливания тиглей на газовых горелках состоят из железной проволоки, продетой сквозь фарфоровые трубки; тигель, вставленный в треугольник, должен выдаваться наружу не более чем на 1/3 высоты.

30