Навеска должна быть такой, чтобы из нее образовались следующие массы осаждаемой формы

Тема: Гравиметрический (весовой) метод анализа (часть 2)

 

Расчеты в гравиметрическом методе анализа

·.1. Расчёт массы навески.

Расчёт выполняется по 3-м методам гравиметрических определений.

-Метод выделения - анализируемую составную часть количественно (без потерь) выделяют (сжиганием, фильтрованием, электролизом) и взвешивают

Пример: определение содержания золы в топливе, пыли в воздухе, взвесей в промышленных водах

- Метод отгонки - анализируемую составную часть количественно удаляют из пробы и о ее содержании судят по убыли массы навески пробы.

Пример: определение влаги, летучих компонентов, потерь при прокаливании (ППП)

- Метод осаждения - анализируемую составную часть количественно связывают с помощью реагентов в осадок, в виде которого отделяют от других компонентов пробы и после ряда операций взвешивают.

Пример:

-определение серы SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄

-определение хлоридов Cl^- + Ag⁺ = AgCl

-определение кальция Ca²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O₄

Способ расчёта массы навески зависит от метода, к которому относится выполняемый анализ

Масса навески для метода выделения и отгонки должна быть такой, чтобы масса выделенной или удаленной из навески части составляла 0,1г.

В методе осаждения масса навески определяется природой осадка

Навеска должна быть такой, чтобы из нее образовались следующие массы осаждаемой формы

Таблица 1

Вид осадка	Масса осаждаемой формы, г
Аморфный лёгкий (гидроксиды Al(OH)3,Fe(OH)3)	0.1
Кристаллический легкий (осадки легких металлов) CaC2O4,Mg2P2O7,BaCrO4	0.2
Кристаллический тяжёлый (осадки тяжелых металлов) ВаS04, АgСl, Рb304	0.5

Для расчета необходимо знать примерное содержание анализируемого компонента или точную химическую формулу вещества анализируемой пробы

Пример 1.

Рассчитать массу навески каменного угля для определения его зольности, если предполагаема зольность 10%.

Дано:

%золы 10%,

m золы = 0.1 г

m _н =?

Решение

Масса золы в навеске должна быть 0.1г и от массы навески составлять 10%,следоватепьно вся навеска -100%

: . = = г

Ответ: масса навески равна 1г.

 

Пример 2.

Рассчитать массу навески образца кристаллической соды (Na₂СОз*10Н₂О)

для определения содержания кристаллизационной воды

 

Дано: m_Н20= 0.1г

, Nа₂СОз * 10Н₂0?

 

Решение:

М _{Na2СОз*10Н2О}= г/моль

М_{Н2О =} 18г/моль

 

г

Ответ: масса навески 0,2г.

 

Пример 3.

Рассчитать массу навески кристаллического хлорида магния МgСl₂*6Н₂0 для определения содержания хлора осаждением нитратом серебра Аg N0з в виде осаждаемой формы АgСl

 

Дано: m _АgСl = 0,5г ( Таблица 1)

m_н(_{МgСl2* 6Н20})?

 

Решение:

М _{МgСl2* 6Н20}= г/моль

М _АgСl =143 г/моль

 

г 2*143г

МgСl₂* 6Н₂0+2АgN0з=2АgСl +Мg(NO₃)_{2 +}6Н₂0

Х 0.5г

m_н = =0.35г.

Ответ: масса навески 0,35г.

 

Пример 4.

Рассчитать массу навески сплава алюминия для определения содержания алюминия осаждением в виде гидроксида.

Предполагаемая доля алюминия в сплаве 20%.

 

Дано:

Аl = 20%,

m Аl(ОН)з = 0,1 г( Таблица 1)

m_н?

Решение:

М _Аl=27г/моль

М _Al(OH)3=78 г/моль

 

 

27г 78г

Аl³⁺ +ЗNН₄ОН = Аl(ОН) з + ЗNH₄⁺

х 0.1г

2Al(OH)₃ Аl₂О₃ + 3H₂O

 

1. Рассчитаем массу алюминия из которой можно получить 0,1г.

. = = 0.035г.

2. Рассчитаем массу навески сплава, из которой можем получить 0,035г Al

Масса алюминия от навески составляет 20% следовательно вся навеска -100%

 

m_н = = 0.2г.

Ответ: масса навески 0,2г.

 

· 2.Расчет объема осадителя:

-по химическому уравнению рассчитываем массу вещества осадителя

-рассчитываем объем раствора осадителя с применением формул концентрации растворов (смотри 5 способов выражения концентраций)

Пример 1.

Рассчитать объем 15% раствора гидроксида аммония ( для осаждения железа из навески технического хлорида железа (III) массой 0.5235г

 

Дано:

NH₄OH = 15%,

P=0.943

m_н FeCl₃ = 0.5235 г

V(р-ра)?

 

Решение:

М _FeCl3 =162.5г/моль

М _NH4OH =35 г/моль

Находим массу NH₄OH по уравнению

162.5г 3*35

FeCl₃ + 3 NH₄OH = Fe (OH)₃ + 3 NH₄Cl

0.5235 х

 

Х= = 0.338г

По формуле массовой концентрации находим массу раствора

 

NH₄OH =

 

m (р-ра) = = = 2.25г

 

находим объем раствора

 

V(р-ра) = = = 2.4мл

Осадитель летучий, поэтому с учетом избытка 100% объем осадителя равен 4.8 мл

Ответ: V(р-ра) = 4.8 мл

 

Пример 2.

Рассчитать объем 0.5н раствора серной кислоты для полного осаждения ионов стронция из массы навески 0.5265г технического хлорида стронция SrCl₂*2H₂O

 

Дано:

m_{н SrCl2*2H2O} = 0.5265 г

C(_{1/2 H2SO4}) =0.5 мол/л

V(р-ра)?

 

Решение:

М _SrCl2*2H2O=195г/моль

М _H2SO4 =98 г/моль

 

Находим массу H₂SO₄ по уравнению

 

195г 98 г

SrCl₂*2H₂O + H₂SO₄ = SrSO₄ + 2 HCl + 2H₂O

0.5265 г х

 

Х= =0.265г

 

По формуле молярной концентрации эквивалента находим объем раствора

 

 

C(_{1/2 H2SO4}) = ; V = = =0.0054л (5.4мл)

 

Осадитель нелетучий, поэтому с учетом избытка 50% объем осадителя равен 8.1 мл

Ответ: V(р-ра) = 8.1 мл

 

 

· 3. Расчёт результатов весовых определений.

Расчёты по методу выделения и отгонки типам определений сводятся к вычислению массовой доли определяемой составной части по отношению к массе навески.

Метод выделения:

где: - массовая доля выделяемой составной части, %

m _в.ф - масса весовой формы (выделяемой составной части), г

m н - масса навески, г

ω % =

где:

ω % - массовая доля влаги (летучих),%

m _в.ф - масса остатка после высушивания, г

m н - масса навески, г

 

Пример 1.

Для определения зольности каменного угля взята масса навески 0,9214г. После прокаливания до постоянного веса масса остатка (золы) составила 0,1032г. Рассчитать массовую золы в каменном угле.

Дано:

m _в.ф (золы) = 0,1032г;

m н = 0,9214г;

ω% золы -?

Решение:

ω% золы = = 11,2%

Ответ: массовая доля золы 11,2%.

Пример 2.

Масса навески технического хлорида натрия 2,0828г. после высушивания до постоянного веса составила 1,9918г. Определить массовую долю влаги в образце.

 

Дано:

m н = 2,0828г;

m _в.ф = 1,9918г

ω_влаги -?

Решение:

ω_влаги =4,37%

Ответ: массовая доля влаги 4,37%.

 

. Расчёты по методу осаждения сводятся к вычислению:

- массы определяемой составной части в навеске

- массовой доли массы определяемой составной части по отношению

к массе навески.

Определение массы составной части ведут исходя из пропорции:

М(f’экв. х) опр. части —---------------М(f’экв.х)вес.формы

m опр. части -------------------------------m вес. формы

m опр. части =

где

m опр.части - масса определяемой части, г

М(f экв.(х)X) опр. части - молярная масса эквивалента определяемой части, г/моль

М(f экв.(х)) вес.формы - молярная масса эквивалента весовой формы, г/моль.

величина постоянная и называется аналитическим фактором (множителем).

Аналитическим фактором (F) называется отношение молярной массы эквивалента определяемой составной части к молярной массе эквивалента весовой формы. F

Вычисляя аналитический фактор обычно берут отношение масс соответствующих количеств молекул (атомов) определяемой составной части и её весовой формы.

Значение аналитических факторов занесены в справочные таблицы

Пример 1.

F _Ba/BaSO4 = = =0.5884

F _Al/Al2O3 = = = 0.5293

F _Fe/Fe2O3 = = = 0.6994

В соответствии с формулами получаем:

 

m опр.части = m вес.формы * F

О пределяя массовую долю массы анализируемой составной части по отношению к массе навески получаем формулу расчёта результатов весовых определений по методу осаждения:

 

ω%x =

где:.

ω%x –массовая доля определяемого компонента, %

F _/вес.форме- аналитический фактор определяемой части по весовой форме

m нав. - масса навески, г

 

Пример 1.

Из массы навески технического кристаллогидрата хлорида бария ВаСl₂ * 2H₂O 0,5010г получен осадок ВаSO₄ массой 0,4826г

Рассчитать массовую долю Ва в образце.

Дано:

m_н= 0,5010г;

m_{в.ф ВаSО4}=0.4826г

ω% _Ва -?

 

Решение:

ВаСl₂ + Н₂SO₄ = ВаSO₄↓ + 2НСl

F _Ва/ВаSO4 = = 0.5884

 

 

ω% Ва = = = 53,9%

Ответ: массовая доля бария ω% _Ва = 53,9%.

 

Пример 2.

Из массы навески 0,2017г сплава железа получен осадок оксида железа Fе₂0з массой 0,0871г. Определить массовую долю железа в сплаве.

Дано:

m_н = 0,2017г;

m_в.ф Fе₂О_з = 0,0871 г

ω% Fе -?
Решение:

FеСlз + ЗNН₄ ОН = Fе(0Н)_з + 3NН₄Сl.
2Fе(0Н)з → Fе₂0з + ЗН₂0
F _Fе/Fе20з =0.6994
ω% Fе = 30,45%
Ответ: массовая доля железа в сплаве ω% _Fе = 30,45%.