Методические рекомендации по решению задач. Весовые определения разнообразны, но их можно разделить на 3 типа

Весовые определения разнообразны, но их можно разделить на 3 типа. I тип. Когда определяемая составная часть количественно выделяется из анализируемого вещества в свободном виде и взвешивается.

По этому типу делают анализы на зольность, содержание СаО в кальците, МgО в магнезите.

Расчет массовой доли ω, % ведут по формуле;

m_{остатка} ∙ 100

ω = m_{навески}

где m_{остатка} - масса остатка после прокаливания до постоянной массы.

m_{навески} - масса навески, взятая для анализа.

II тип. Когда определяемая составная часть полностью удаляется из анализируемого вещества, а остаток взвешивается. Расчет массовой доли ω, % ведут по формуле:

m_{остатка} ∙ 100

ω = m_{навески}

где m_{остатка} - разность между массой навески до и после высушивания. m_{навески} - масса навески, взятая для анализа.

По этому типу анализируют сырье на содержание гигроскопической воды (влажность), также определяют кристаллизационную воду в кристаллогидратах (типа BaСl ₂ 2H ₂ O), CO ₂ в кальците, магнезите.

III тип. Когда определяемую составную часть связывают в химическое соединение, в виде которого она будет выделена и взвешена. Образовавшийся при этом осадок в большинстве случаев прокаливают. При этом аморфные осадки изменяют свой химический состав, теряя воду, а кристаллические - нет. Вследствие этого различают две формы анализируемого вещества: осаждаемую и весовую. Например: при анализе сплава на содержание Al его осаждают в виде Al(ОН) ₃

Al ⁺³ +3OH ^- → Al(OH) ₃

При прокаливании Al(OH) ₃ разлагается

2Al(OH) ₃ → Al ₂ O ₃ +3H ₂ O

Al(OH) ₃ - осаждаемая форма

Al ₂ O ₃ - весовая форма

Иногда химический состав осаждаемой и весовой форм одинаков. Например, при определении бария в солях бария осаждаемая и весовая форма в этом случае BaSO ₄ Расчет массовой доли ω, % ведут по формуле:

m_осадка ∙ 100 ∙ F

ω = m_{навески}

где m _осад - масса осадка, получаемого в результате прокаливания до постоянной массы;

m _{навески} - масса навески анализируемого вещества, взятая для анализа;

F – фактор пересчета, равный отношению молярной массы определенного вещества к молярной массе весовой формы.

По этому типу в основном делают все анализы, когда нужно определить составную часть смеси (сплава).

Кроме расчета массовой доли компонента часто приходится рассчитывать массу навески анализируемого вещества. При этом необходимо учесть, что, если не известна масса остатка для I и II весовых определений, то ее принимаем 0,01-0,1 г. Для III типа определений массу осадка принимаем (если она не известна) в зависимости от формы осадка:

для кристаллических 0,3-0,5 г

для аморфных 0,1-0,3 г

В гравиметрическом анализе часто приходится рассчитывать объём растворителя (осадителя). Теоретической основой этих расчётов является закон эквивалентов: все вещества реагируют друг с другом нацело в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

Причем, если растворитель (осадитель) вещество летучее, его берут в два-три раза больше рассчитанного, если нелетучее в полтора раза больше рассчитанного.

Расчет массы, фактора пересчета проводят с точностью до того знака + 0,0002г.

Расчет массовой доли, объема осадителя (растворителя) выполняют с точностью не более одной - двух значащих цифр.

ПРИМЕР 2.I.2. Рассчитать массу навески известняка для анализа на содержание влаги, если предполагаемая влажность образца около 10%.

Решение.

Это определение относится ко II типу, поэтому применяем формулу

m_{остатка} ∙ 100

ω = m_{навески}

отсюда

m_{остатка} ∙ 100

m_{навески} = ω

Так как масса остатка по условию не дана, принимаемой ее равной 0,1 г

0,1 ∙ 100

m_{навески} = 10 = 1 г

Масса навески известняка для анализа должна быть 1 г.

ПРИМЕР 2.1.3. Какую массу навески угля следует взять для анализа на зольность, если она составляет около 15%

Решение.

Определение относится к I типу, поэтому можем воспользоваться соответствующей формулой для этого типа. Соответственно можем принять массу остатка равной 0,1г., так как она не дана.

m_{остатка} ∙ 100

ω = m_{навески}

Отсюда

m_{остатка} ∙ 100 0,1 ∙ 100

m_{навески} = ω = 15 = 0,7 г

Навеску угля следует взять массой 0,7 г.

ПРИМЕР 2.1.4. Рассчитать массу навески силикатной породы содержащей около 5% СаО, которая необходима для определения кальция в виде СаSО ₄ , если масса осадка СaSO ₄ - 0,3 г.

Дано. Решение.

m осадка = 0,3 г Определение относится к III типу, поэтому

ω СаО = 5 % воспользуемся соответствующей формулой

m_{навески} -? для этого типа

m_осадка ∙ 100 ∙ F

ω = m_{навески}

М (СаО)

F = М (СaSO ₄) = 56,68/136,14 = 0,4119

М(СаО) = 56,68 г.моль ^-; М (СaSO ₄) = 136,14 г.моль^-

m_{навески} = 0,4119 ∙ 0,3 ∙ 100/5 = 2,5 г

Масса навески силикатной породы, взятой для анализа, должна быть 2.5г.

ПРИМЕР 2.1.5. Рассчитать факторы пересчета при определении

а) S по BaSO ₄

б) Al поAl ₂ O ₃

Решение.

а) Рассчитываем фактор пересчета: F = Аг(S)/Мг(BaSO₄)

Аг(S) = 32

Mг(BaSO₄) = 233

F = S / BaSO₄ = 32/233 = 0,1374

б) Рассчитаем фактор пересчета: F = 2 Аг(Аl)/Мг(Al₂O₃), так как в числителе и знаменателе должно быть одинаковое число атомов.

Аг(Аl) = 27

Мг(Al₂O₃) = 102

F = 2 Аl / Al₂O₃ = 54 / 102 = 0,5293

ПРИМЕР 2.1.6. Определить массовую долю хлора в хлористом натрии (NaCl), если навеска ее 0,1245 г осаждена азотнокислым серебром (АgNO ₃), а масса весовой формы равна 0,1563 г.

Дано: Решение.

m _H = 0,1245 г Это третий тип весовых определений

m _вф = 0,1563 г NaCl + АgNO ₃ → NaNO ₃ + ↓AgCl

ω_Cl -? Cl^- m_осадка ∙ 100

ω_Cl = F AgCl ∙ m_{навески}

F Cl^-/AgCl = A(Cl)/M(AgCl) = 35,5/143,5 = 0,2473

0,1563∙0,2473∙100

ω_Cl = 0,1245 = 29%

A(Cl) - aтомная масса хлора - 35,5 г.моль ^-1

M(AgCl) - молярная масса AgCl - 143,5 г.моль ^-1

Ответ: 29%

ПРИМЕР 2.1.7. Навеска 0,5062 г магнезита высушена при 15°С до постоянной массы 0,5043 г. Высушенный образец прокален, после чего масса стала 0,2512г. Вычислить массовую долю

а) гигроскопической влаги;

б) СО₂

Дано. Решение.

m _H = 0,5062 г (до выпаривания) Для решения воспользуемся m _H = 0,5043 г (после высушивания) формулами I и II типа весовых m _осад = 0,2512 (после прокаливания) определений

ω(СО₂) -? m_{остатка} ∙ 100

ω(H₂O) -? ω = m_{навески}

m_осадка = m_{навески (до выпаривания)} - m_{навески (после высушивания)} = 0,50620 – 0,5043 = 0,0019 г

ω(H₂O) = 0,0019∙100/0,5062 = 0,375%

m_осадка ∙ 100

ω(СО₂) = m_{навески} = (0,5043 – 0,2512)∙100/0,5062 = 50%

Ответ: ω(H₂O) = 0,375%, ω(СО₂) = 50%.

ПРИМЕР 2.1.8. Какой объем 10%-ного раствора H ₂ SO ₄ пойдет на растворение 0,2 г железа.

Решение.

Fе + H ₂ SO ₄ → FеSO ₄ + Н₂↑(уравнение реакции, проходящей при растворении)

1)Используя закон эквивалентов, определим массу в граммах

М(fэкв(Fе)Fе) = fэкв(Fе)∙М(Fе) = 56 г∙моль^-1

М(fэкв(H ₂ SO ₄) H ₂ SO ₄) = fэкв(H ₂ SO ₄)∙М(H ₂ SO ₄) = ½ М(H ₂ SO ₄) = 49 г∙моль^-1

Рассмотрим соотношение

М(Fе) М(½H ₂ SO ₄)

m(Fе) m(H ₂ SO ₄)

Отсюда

m(H ₂ SO ₄) = 0,2∙49/56 = 0,175 г

2) Так как серная кислота не 100%, a 10%, сделаем пересчет. Масса серной кислоты будет равна

m(H ₂ SO ₄) = 0,175∙100/10 = 1,75 г

3)Чтобы перейти к объему; воспользуемся формулой

m(H ₂ SO ₄)

V(H ₂ SO ₄) = ρ (см³)

где ρ - плотность H ₂ SO ₄ для разбавленных растворов, равная 1г/см ³.

V – объем H ₂ SO ₄

V(H₂SO₄) = 1,75/1 = 1,75 см³

Учитывая, что объем растворителя должен быть в 2-3 раза больше иного, ответ будет таким:

V(H₂SO₄) = 2∙1,75 = 3,5 см³

Литература: [1, с. 11 – 64].

Вопросы для самоконтроля

1. Раскройте сущность гравиметрического метода анализа.

2. Опишите типы количественных определений, которые можно проводить при помощи гравиметрического анализа.

3. Как рассчитывается навеска вещества, необходимая для анализа, например, золы?

5. Объясните, что собой представляет весовая, осаждаемая форма.

6. Изложите требования, которым должна удовлетворять осаждаемая, весовая форма вещества.

7. Опишите применение гравиметрического метода анализа в контроле качества пищевых производств.