Дихроматометрическое определение железа в окалине, продуктах коррозии и других матеріалах

Цель работи:

1. Освоить метод потенциометрического титрования с использованием платинового электрода.

2. Ознакомиться с работой редуктора.

3. Определить массовую долю железа в качестве основного компонента в образце.

1. Общие сведения

В основе методики лежит реакция

	Cr2O7^2-	+ 14H^+	+ 6e	D	2 Cr^3+	+ 7H2O,
	Fe^2+		‑ e	D	Fe^3+,
Cr2O7^2-	+ 6 Fe^2+	+ 14H^+	D	2 Cr^3+	+ 6 Fe^3++7H2O.

Чтобы перевести железо в Fe²⁺, раствор образца предварительно пропускают через кадмиевый редуктор,

	Сd (s)	‑ 2 e^‑	D	Cd^2+,
	Fe^3+	+ e^‑	D	Fe^2+,
	Сd (s)	+ Fe^3+	D	Cd^2+	+ Fe^2+,

При соответствующей пробоподготовке по методике определить массовые доли железа в степенях окисления ІІ и ІІІ. Без восстановления на редукторе определяют только Fe(II), а после восстановления - общее количество железа.

2.Реактивы и оборудование:

Дихромат калия, раствор с (K₂Cr₂O₇) = ¹/₆₀ моль/л; готовят растворением навески K₂Cr₂O₇ предварительно высушенной до 150 ⁰С;

Хлористоводородная кислота, концентрированная с с (НCl) = 1 моль/л;

Перекись водорода с массовой долей w(H₂O₂) = 30 %;

Кадмиевый редуктор (сохраняют заполненным дистиллированной водой);

Весы аналитические (типа ВЛР-200);

Иономер, типа ЕВ-74, с индикаторным Pt электродом и хлорид серебряным электродом сравнения;

Магнитная мешалка;

Бюретка;

Стакани обьемом 100-150 мл;

Шпателя, стеклянные палочки.

3. Ход работы

Навеску образца (m_o), которая содержит около 0,1 г железа, растворяют при нагревании с 20 мл концентрированной хлористоводородной кислотой. Если растворение неполное, добавляют по каплям перекись водорода. Добавляют 20 мл дистиллированной воды, кипятят в течение 3‑5 мин, охлаждают и добавляют дистиллированную воду до объема около 50 мл.

Раствор пропускают через редуктор со скоростью 2 мл/мин, редуктор промывают 10-15 мл раствора НCl (с = 1 моль/л). Растворы объединяют, переводят в электрохимическую ячейку и титруют раствором бихромата калия, регистрируя объем титранта и э.д.с. Первую пробу образца титруют грубо, порциями титранта по 1 мл. Перед второй, повторной пробой рассчитывают ориентировочное значение объема титранта, чтобы потом, титруя, в пределах скачка потенциала добавлять титрант порциями по 2-3 капли. После скачка продолжают титровать до избытка титранта в 15-20 %. Схему прибора и конструкцию редуктора приведены на рис. 3.3.

4. Обработка результатов

Используя экспериментальные данные зависимости ЭДС от объема титранта, строят кривую титрования, общий вид которой приведен на рис. 3.4. Ион дихромата - в равновесии с ионом гидрохромата,

Cr₂O₇^2‑ + H₂O D 2 HCrO₄^‑, lg K = 1,53 [I = 0], 1,97 [1,0], 2,17[3,0].

До точки стехиометрии концентрация [Cr₂O₇^2‑] мизерная в сравнении с [HCrO₄^‑]. Учитывая, что окислителем является преимущественно мономер HCrO₄^‑, в полуреакции восстановления которого участвует (только) 3 электрона, рассчитывают потенциал в стехиометрической точке (Е_S) и соответствующий обьем титранта (v_S), Е_S = (3 Е ₁ + Е₂) / (3 + 1).

Массовую долю железа в образце рассчитывают по уравнению:

w = v_S× с (K₂Cr₂O₇)× M (Fe)/m_o

где M (Fe) = 55,847 г/моль – молярная масса железа.

Рис.3.3.

А – прибор для потенциометрического титрования, Б – Редуктор.1 – штатив, 2 – ячейка для титрования, 3 – бюретка, 4 – платиновый электрод, 5 – электрод сравнения, 6 – магнитная мешалка, 7 – иономер, 8 – стеклянная трубка, частично заполнена гранулами металлического кадмия, 9 – гранулы металлического кадмия, 10 – устройство, регулирующее скорость истечения раствора, 11 – раствор восстановленного компонента.

 

Литература

1. Кольтгоф И. М., Сендел Е. Б. Количественный анализ – М.: Л., Госхимиздат, 1948. – 824 с.

2. Лайтинен Г.А. Химический анализ. Пер. с англ. – М.: Химия, 1966. – 656 с.

3. Шарло Г.. Методы аналитичесой химии. – М.: Л., Химия, 1965 – 976 с.

4. Умланд Ф., Янсен А., Тириг Д., Вюнш Г. Комплексныесоединения в аналитическойхимии – М.: Мир, 1975. – 532 с.

5. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование – М.: Химия, 1970. – 360 с.

 

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

 

Атомная спектроскопия - физический метод, основанный на зависимости между составом вещества и излучением или поглощением света в определенных условиях. Эмиссионный спектральный анализ основан на исследовании эмиссионных спектров, излучаемых возбужденными атомами, ионами или другими частицами. В качестве источников возбуждения используют пламя газа, дуговые и искровые разряды между электродами. Частица не может долго находиться в возбужденном состоянии. Возвращаясь в стационарное состояние, они излучают кванты света, энергию которых связана с определенной длиной волны и частотой. Поток излучаемого света, оптической призмой раскладывают на компоненты с разной длиной волной (спектральные линии), соответствующие определенным переходам между енергетическими уровнями соответственно с большей и меньшей энергией. Совокупность таких линий образует спектр. Интенсивные из спектральных линий, последние наблюдаются при уменьшении концентрации химического элемента, называют аналитическими линиями. Идентификация элемента основывается на том, что атомы или его иона соответствует определенная система енергетичческих уровней, следовательно и характерный только для него эмиссионный спектр с определенным набором линий. Используя простые приборы - стилоскоп, спектроскопы, стилометры - эмиссионный спектр регистрируют визуально, когда он возникает, а длину волны отдельных линий определяют примерно по шкале соответствующего прибора. В спектрографах спектр регистрируют на фотопластинке. В пламенных фотометрах и квантометрах спектр регистрируют фотоэлементом.

Спектр исследуют одним из двух способов:

1. Определив длину волны спектральной линии, по справочным данным находят соответствующий ей химический элемент.

2. Зная (по справочным данным) длину волн интенсивных спектральных линий элемента, определяющие, ищут их в спектрограме.

В случаях, когда приоритетными требованиями к анализу является скорость и низкий предел обнаружения, эмиссионный спектральный анализ оказывается очень эффективным. Однако этим методом никак возможно выявить такие элементы, как азот, кислород, сера, галогены. К тому же этот метод анализа является деструктивным - разрушает соответствующий образец. Если число нужных анализов является малым, метод становится слишком дорогим из-за большого необходимого оборудования.

Количественный анализ базируется на измерении итенсивности излучения или погинання света.