Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.students.chemport.ru/materials/zzad/zzad24.doc Дата изменения: Mon Jan 10 22:37:16 2011 Дата индексирования: Mon Oct 1 21:24:34 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: m 8

Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова
Химический факультет











Зачетная задача по аналитической химии










Студентки xxx группы:
Xxx Xxx
Преподаватель:
к.х.н., доцент XXX


Москва 20xx
Содержание:

I. Введение.....................................3
II. Раздел 1......................................4
1.1. Описание объекта...............................4
1.2. Качественный анализ.........................4
1.3. Вывод.................................6
III. Раздел 2. Обоснование выбора методики для проведения количественного
анализа образца. ....................................7
IV. Раздел 3..................................9
3.1. Расчет массы навески.........................9
3.2. Схема определения...........................10
3.3. Растворение образца............................10
3.4. Количественное определение железа...................11
3.5. Количественное определение кальция и магния..................12
3.6. Вывод...............................13
V. Раздел 4. Список литературы. .........................14


I. Введение


Целью данной работы является проведение качественного и количественного
анализа выданного образца, представляющего собой природный или промышленный
объект, а именно, определение его состава и нахождение процентного
содержания основных составляющих элементов исследуемого образца по
выбранным методикам.

II. Раздел 1


1.1. Описание объекта
Объект представляет собой мелкодисперсный порошок бежевого цвета.
Предположительно руда или минерал.
1.2. Качественный анализ
При обработке разбавленной соляной кислотой (2M) только при нагревании
наблюдалось интенсивное выделение пузырьков газа (без запаха) и его
растворение. После чего оставался незначительный нерастворимый остаток
белого цвета с черным налетом.
Анализируемый объект, скорее всего, относится к классу минералов -
природных карбонатов: кальцит (CaCO3), магнезит (MgCO3) или доломит (CaCO3
?MgCO3); все перечисленное может находиться в нестехиометрической смеси с
СаО и MgO. Предположительно, оставшийся осадок - примесь SiO2 + С.
Ход анализа представлен в приведенной ниже таблице 1.
Таблица 1.
|Анализи-|Реагенты и |Наблюдения |Предполага-|Предполага-ем|Выводы и |
|руемый |условия | |емый состав|ый состав |возможный |
|объект |проведения | |раствора, |осадка, |состав |
| |реакций | |уравнения |уравнения | |
| | | |реакций |реакций | |
|Образец |2М HCl |Образец |Начальный |Образование |Предположи-те|
| | |полностью |раствор |осадка не |льно в |
| | |растворяетс| |наблюдается |объекте |
| | |я с | | |отсутствуют: |
| | |выделением | | |Pb2+, |
| | |пузырьков | | |металлы, в |
| | |газа | | |ряду |
| | | | | |напряженности|
| | | | | |стоящие после|
| | | | | |H+ |
|Начальн.|1М H2SO4 |Изменений |Раствор 1: |Осадок 1: |Предположи-те|
|раствор | |не |Fe(II, |отсутствует |льно в |
| | |наблюдается|III), Mg2+,| |объекте |
| | | |Ca2+, Mn2+ | |отсутствуют: |
| | | | | |Sr2+, Ba2+ |
|Раствор1|3% Н2О2 + |Выпадает |Раствор 2: |Осадок 2: |Предположи-те|
| |2М |бурый |Ca2+ |Fe2O3?nH2O, |льно в |
| |NaOH(изб.) |осадок | |(MgOH)2СО3, |объекте |
| | | | |MnO2 |присутствуют:|
| | | | | | |
| | | | | |Fe3+, Mg2+, |
| | | | | |Mn2+ |
|Раствор2|6М H2SO4 |Выпадают |- |Кристаллы: |В объекте |
| | |кубические | |CaSO4 |присутствуют:|
| | |кристаллы в| | | |
| | |малом | | |Ca2+ |
| | |количестве | | | |
|Осадок2 |HNO3(конц.)|Растворение|Раствор 3: |- |В объекте |
| | |осадка |Fe3+ | |присутствуют:|
| | | | | | |
| | | | | |Fe3+ |
|Начальн.|Хинализа-ри|Фиолетовое |- |- |В объекте |
|раствор |н, NaOH |окрашивание| | |присутствуют:|
| | | | | | |
| | | | | |Mg2+ |
|Начальн.|K3[Fe(CN)6]|Синее |- |- |В объекте |
|раствор | |окрашивание| | |присутствуют:|
| | | | | | |
| | | | | |Fe2+ |
|Начальн.|NaBiO3, |Розовое |- |- |В объекте |
|раствор |HNO3(конц.)|окрашивание| | |присутствуют:|
| | | | | | |
| | | | | |Mn2+ в |
| | | | | |следовых |
| | | | | |количествах |
|Начальн.|K4[Fe(CN)6]|Синее |- |- |В объекте |
|раствор | |окрашивание| | |присутствуют:|
| | | | | | |
| | | | | |Fe3+ |
|Начальн.|Ализариновы|Образование|- |- |В объекте |
|раствор |й красный S|алюмин. | | |присутствуют:|
| | |лака не | | | |
| | |наблюдается| | |Al3+ |

1.3. Вывод:
В объекте присутствуют: Mg2+, Fe3+, Ca2+, Mn2+. Ca2+ и Mn2+ присутствуют в
маленьком количестве. Данный образец представляет собой карбонатную породу
- сидерит.

III. Раздел 2.

Обоснование выбора методики для проведения количественного анализа образца.

Основными компонентами смеси, которые было решено определять количественно,
являются Fe3+ и Mg2+. Главным требованием к анализу было использование
гравиметрической и титриметричекой методик.
Существует много титриметрических способов определения железа. Одним из
наиболее приемлемых является перманганатометрический метод. Он основан на
восстановлении Fe3+ до Fe2+ и последующем титровании раствора
двухвалентного железа простандартизированным раствором перманганата калия.
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H20
Титрование ведут в присутствии защитной смеси Рейнгарда-Цимермана.
Достоинством этого метода является отсутствие индикатора и доступность
реагентов, при этом присутствие магния не мешает проведению анализа.
Другим методом определения является комплексонометрическое титрование,
которое описывается реакцией:
Fe3+ + H5Y+ = FeY- + 5H+ (pH > 1.3)
Достоинством этого метода является быстрота выполнения и доступность
реагентов. Следует отметить, что магний и кальций титруют при pH = 9, что
позволяет определять железо в их присутствии.
Среди гравиметрических методов определения магния одним из наиболее
доступных является осаждение 8 - оксихинолином при pH 9.5 - 12.7. В данном
методе много преимуществ. Осадок получается крупнокристаллический,
следовательно, адсорбция примесей минимальна. Оксихинолин относится к
групповым реагентам, поэтому помимо осаждения магния произойдет также
осаждение железа. Реакция протекает при pH>10:
Mg2+ + 2HOx = Mg(Ox)2 + 2H+
Гравиметрически определять магний также возможно осаждением в виде магний
аммоний фосфата. Если провести переосаждение, то можно использовать
MgNH4PO4*6H2O в качестве гравиметрической формы. Необходимо отделить или
замаскировать кальций и железо. Маскирование железа можно произвести
триэтаноламином. Кальций можно осадить оксалатом. Реакцию проводят при
pH>10.
Mg2+ + NH4+ + PO43- = MgNH4PO4
Данный метод требует поддержание строго определенного значения pH.
Из всех методов количественного определения магния методы
комплексонометрического титрования имеют наибольшее значение. Анализ с
использованием комплексона выполняется быстро и в то же время с большой
точностью.
Mg2+ + H2Y2- = MgY2- + 2H+
Магний образует с ЭДТА комплекс, логарифм константы устойчивости. которого
составляет 8,7[1]. Таким образом комплексонат магния не очень прочный,
поэтому титрование магния возможно только в щелочной среде. Лучше всего
титровать при pH 10.
Гравиметрическое определение железа можно проводить двумя наиболее
доступными способами. Первый основан на осаждении гидроксида железа
аммиаком из исходного раствора. Во избежание совместного осаждения
гидроксида магния, добавляют соли аммония.
[Fe(H2O)6]3+ + 3 H2O = [Fe(OH)3(H2O)3] + 3 H3O+
Второй основан на осаждении 8 - оксихинолином. Оксихинолинат железа
осаждается при pH=6.5-7.0.
Fe3+ + 3HC9H6ON =Fe(C9H6ON)3v + 3H+ .
Оба выше приведенных метода можно использовать для отделения железа от
магния.
В данной работе отдано предпочтение комплексонометрическому способу
определения магния и гравиметрическому способу определения железа,
основанном на осаждении аммиаком. Такой выбор обусловлен несколькими
причинами. При использовании 8 - оксихинолина для осаждения магния,
мешающее влияние оказывает железо и кальций. Отделение этих элементов
усложняет анализ и увеличивает время его проведения. Традиционно магний и
кальций определяют комплексонометрическим титрованием, так как этот метод
является достаточно точным и быстрым. Выбранный метод определения железа
наиболее приемлем. Использование этого метода делает анализ более
оправданным., так как позволяет определять железо, кальций и магний из
одной аликвоты.
IV. Раздел 3

3.1. Расчет массы навески
Образец содержит примерно 30% железа и 10% оксида магния.
Рассчитаем массу навески, требуемой для титриметрического определения
оксида магния. Для простоты расчета массы навески примем концентрацию
оксида магния в исследуемом растворе равной концентрации ЭДТА. Так как
реакция строго стехиометрична, то отношение количеств прореагировавших
веществ будет равно единице. Тогда найдем необходимую массу по следующей
формуле:
m = C*M(MgO)*V/(W*1000) = 0.05*40*200/(0.1*1000) = 4 г
C - концентрация ЭДТА, М.
V - объем колбы, мл.
Навеска массой 4 г является слишком большой. Естественно предположить, что
концентрация магния в исследуемом растворе меньше, чем концентрация ЭДТА.
Поэтому пересчитаем массу навески исходя из того, что аликвота исследуемого
раствора будет составлять 30 мл.
m = C*MMgO*VЭДТА*V/(VMgO*W*1000) = 0.05*40*10*200/(30*0.1*1000) = 1.3 г
Согласно выбранной методике, на титрование суммы кальция и магния пойдет 6
аликвот по 25 мл, то есть 50 мл раствора остаются невостребованными.
Рассчитаем, какую аликвоту исследуемого раствора надо будет отобрать для
гравиметрического определения железа. Так как осаждаемая форма представляет
собой аморфный осадок, то оптимальная масса осадка должна составлять
примерно 0.1 г. Гравиметрический фактор оксида железа F = 0.6994.
V = m'*F*V/(m*W) = 0.1*0.6994*200/(1.3333*0.3) — 40 мл
V - объем колбы, мл.
m - масса навески, г.
m' - масса Fe2O3, г.
W - предположительная доля железа в образце.

3.2. Схема определения
Навеска

Растворение в смеси кислот HCl + HNO3

Раствор


Отбор аликвоты

Гравиметрическое определение железа
Осаждение железа

Расчет содержания железа






Отделение железа

Титриметрическое определение кальция и магния

Расчет содержания кальция и магния

3.3. Растворение образца [1]
Следующим этапом являлось растворение пробы. В данной работе был выбран
следующий ход анализа:
1) растворение точно взвешенного количества руды;
2) доведение до метки в мерной колбе;
3) отбор аликвоты на титриметрическое определение;
4) отбор аликвоты на гравиметрическое определение.
Масса навески анализируемого объекта на аналитических весах составила
1.3111 г.
Растворение проводили по следующей методике [1]:
Навеску анализируемого материала поместили в жаростойкий стакан
вместимостью 300 мл, прибавили 40 мл HCl(1:4), закрыли часовым стеклом и
растворили при нагревании на песочной бане. Затем добавили 5 мл конц. HNO3
и продолжили нагревание. Растворение пробы считалось законченным, когда на
дне стакана остался серый осадок, состоящий, по-видимому, в основном из
кремниевой кислоты и угля. Выпарили до влажных солей, остаток обработали 10
мл конц. HCl и снова выпарили раствор. Операцию выпаривания с конц. HCl
повторили два раза, затем добавили 4 мл конц. HCl и разбавили горячей водой
примерно до 50 мл. Раствор отфильтровали через фильтр «белая лента» в
мерную колбу вместимостью 200.0 мл. Хорошо промыли фильтр горячей 0.05 М
HCl, разбавили водой до метки и перемешали.
1) FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O
2) Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
3) CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O
4) MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O
5) FeCl2 + 4HNO3конц. = Fe(NO3)3 + 2HCl + NO2^ + H2O
3.4. Количественное определение железа.
Железо осадили в виде водного гидроксида, сместив вправо протолитическое
равновесие аква-комплексов железа в сторону образования гидроксида железа
добавлением аммиака:
[Fe(H2O)6]3+ + 3 H2O = [Fe(OH)3(H2O)3] + 3 H3O+
Гидроксид железа прокалили в муфельной печи при температуре 8000С до оксида
Fe2O3. Повышение температуры прокаливания до 12000С может привести к
погрешностям определения за счет реакции:
6 Fe2O3 = 4 Fe3O4 + O2
Реагенты:
- аммиак, 25%;
- твердый хлорид аммония;
- раствор нитрата серебра 1%;
- раствор нитрат аммония 1% .
Выполнение определения [1]:
Аликвоту (50.00 мл) исследуемого раствора отобрали бюреткой и поместили в
стакан на 300 мл, накрыли часовым стеклом и нагрели на песчаной бане до
кипения. К горячему раствору добавили твердый хлорид аммония для
предотвращения осаждения гидроксида магния. Затем добавили аммиак до
появления явного запаха. Дали осадку собраться на дне стакана и фильтровали
на фильтр «белая лента». Перенесли на фильтр оставшиеся на стенках стакана
частицы осадка с помощью палочки с резиновым наконечником. Осадок промывали
5 раз горячим раствором нитрата аммония. Проверили на полноту промывания
осадок на фильтре раствором нитрата серебра. Воронку с фильтром поместили в
сушильный шкаф, подсушили осадок и поместили фильтр с осадком в тигель,
доведенный до постоянной массы. Осторожно обуглили фильтр на горелке, затем
тигель
перенесли в муфельную печь, где довели осадок до постоянной массы.
Масса пустого тигля:
m1 = 12.2162 г
m2 = 12.2161 г
m3 = 12.2161 г
Масса тигля с Fe2O3
m1 = 12.3837 г
m2 = 12.3836 г
m3 = 12.3836 г

m (Fe2O3) = 0.1675 г
W(Fe2O3) = (m"*F*V/(m*V'))*100% = 0.1675*0.6994*200.0/(1.3111*50.00)*100% =
35.74%
V - объем колбы, мл.
m - масса навески, г.
m' - масса Fe2O3, г.
V' - объем аликвоты, мл.
3.5. Количественное определение кальция и магния.
Присутствующее железо (III) мешает комплексонометрическому определению
кальция и магния, поэтому необходимо отделять железо от титруемого
раствора[1]. Исключить железо можно осаждением его из раствора и
последующим отделением[2]. Полученный фильтрат пригоден для
комплексонометрического определения кальция и магния.
Реагенты
- стандартный раствор ЭДТА, 0,05000 М;
- аммиак, 25%;
- твердый хлорид аммония;
- гидроксид натрия, 2М раствор;
- индикаторы: Эриохром черный Т (при определении суммы Са и Mg); Мурексид
(Mg).
Выполнение определения [2]
Отбирали бюреткой 25.00 мл анализируемого раствора в стакан вместимостью
200 мл, нагревали. Затем прибавляли твердый хлорид аммония и аммиак до
появления запаха. Выпавший гидроксид железа отфильтровывали через фильтр
«белая лента» в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл. Осадок
промывали горячей водой. Полученный раствор имел pH порядка 10. Добавляли
на кончике шпателя 20-30 мг
смеси эриохромового черного Т и хлорида натрия. Перемешивали до полного
растворения индикаторной смеси и титровали раствором ЭДТА до изменения
окраски раствора из винно-красной в голубую.
Определение повторили 3 раза
M2+ + H2Y2- = MY2- + 2H+ (M=Mg, Ca)
V11(ЭДТА) = 10.10 мл
V12(ЭДТА) = 10.00 мл
V13(ЭДТА) = 9.90 мл
V1(ЭДТА) = 10.00 мл
1) Отбирали бюреткой 25.00 мл анализируемого раствора в стакан
вместимостью 200 мл, нагревали. Затем прибавляли твердый хлорид аммония и
аммиак до появления запаха. Выпавший гидроксид железа отфильтровывали через
фильтр «белая лента» в коническую колбу для титрования вместимостью 100 мл.
Осадок промывали горячей водой. Прибавляли 6 мл NaOH. Вводили 20-30 мг
индикаторной смеси мурексида и
титровали раствором ЭДТА до изменения окраски индикатора из розовой в
фиолетовую от одной капли раствора ЭДТА.
V21(ЭДТА) = 1.40 мл
V22(ЭДТА) = 1.30 мл
V23(ЭДТА) = 1.50 мл
V2(ЭДТА) = 1.40 мл
Объем титранта, израсходованный на титрование магния, вычислили по разности
объемов ЭДТА, пошедшей на титрование при pH 10 и при pH 12.
V3(ЭДТА) = 8.60 мл
W(MgO) = (C*V"*V*M/ (V'*m))*100% =
= (0.05000*8.60*200.0*40.3114/(25.00*1.3111*1000))*100% = =10.58%
V - объем колбы, мл.
m - масса навески, г.
V' - объем аликвоты MgO, мл.
C - концентрация ЭДТА, М.
V" - объем ЭДТА, мл.
M - молярная масса MgO, г/моль.
W(CaO) = (C*V"*V*M/ (V'*m))*100% =
= (0.05000*1.40*200.0*56.0794/(25.00*1.3111*1000))*100%= =2.40%
V' - объем аликвоты CaO, мл.
M - молярная масса CaO, г/моль.
3.6. Вывод:
В результате проведенного количественного анализа можно сделать следующие
выводы:
1. Содержание железа в образце составляет 35.74%
2. Содержание оксидов кальция и магния в образце составляет 2.40% и 10.58%
соответственно

V. Раздел 4.

Список литературы:
1. Золотов Ю. А. Основы аналитической химии. Практическое руководство.
М.: Высшая школа, 2001. 463 с.
2. Тихонов В. Н. Аналитическая химия магния. М.: Наука, 1973. 254 с.