Гравиметрический метод анализа. Определение кристаллизационной воды в различных кристаллогидратах
методическая разработка на тему

Содержание

Цель работы: Научиться применять косвенный метод отгонки для определения массовой доли летучего компонента в образце. Расчет абсолютной и относительной погрешности опыта.

1. Правила работы в лаборатории

        Студент должен соблюдать правила работы в химической лаборатории:

1. Работа должна быть предварительно спланирована студентом и одобрена мастером производственного обучения. Проводить анализ следует строго в той последовательности, которая указана в руководстве.
2. Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать тишину и порядок.
3. На рабочем месте во время работы не должно быть посторонних предметов.
4. В лаборатории следует работать в хлопчатобумажном халате, в защитных перчатках, волосы должны быть убраны.
5. Работать нужно аккуратно, результат эксперимента зависит от чистоты его проведения. Для получения более точных результатов эксперимента в работе следует использовать незагрязненные реактивы, чистую химическую посуду.
6. Химические реактивы брать только шпателем, ложечкой (не руками!)
7. Неизрасходованные реактивы не высыпать и не выливать обратно в те сосуды, откуда они были взяты.
8. При работе с электронными весами необходимо соблюдать аккуратность, не допускать перегрузки весов, избегать попадания воды в весы.
9. Со всеми возникающими вопросами сразу же обращаться к мастеру производственного обучения.
10. По окончанию работы необходимо вымыть посуду, тщательно убрать рабочее место.

2. Теоретические основы. Гравиметрический метод анализа основан на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, выделенных в виде соединений точно известного постоянного состава. Гравиметрия- это абсолютный, т.е. безэталонный метод.

Недостатком метода является длительность определения, особенно при серийных анализах большого числа проб.

Методы гравиметрического анализа делятся на:

1. метод выделения- определяемую составную часть выделяют в свободном состоянии и взвешивают;
2. метод осаждения- определяемую составную часть осаждают в виде малорастворимого соединения определенного состава. Осадок промывают, прокаливают и взвешивают;
3. метод отгонки- определяемую составную часть превращают в летучее соединение и отгоняют при нагревании.

Для определения кристаллизационной воды в кристаллогидратах используют косвенный метод отгонки.

Кристаллизационная вода- это вода, входящая в структуру кристаллов некоторых веществ, называемых кристаллогидратами. Содержание кристаллизационной воды отражается в химических формулах, например: BaCl2·2H2O, H2C2O4·2H2O, CuSO4·5H2O, Na2SO4·10H2O. Могут быть и более сложные кристаллогидраты, как, например, оксихинолят магния Mg(C9H6ON)2·2H2O.

Кристаллогидраты могут терять кристаллизационную воду при стоянии на воздухе- выветривании, например, Na2SO4·10H2O. Некоторые кристаллогидраты могут даже поглощать водяные пары из воздуха- расплывание кристаллов, например CaCl2·2H2O, что используют для осушения газов. Прочность связи между основным веществом и водой может быть различной. Поэтому та температура, при которой теряется кристаллизационная вода, бывает неодинаковой. Кристаллогидрат CuSO4·5H2O теряет воду при 140-150ºС, Na2СO3·10H2O- при температуре около 270ºС, Na2SO4·10H2O- при температуре выше 300ºС. Определение воды в кристаллогидратах основано на их способности полностью терять ее при определенной температуре. Например, кристаллогидрат хлорида бария полностью теряет кристаллизационную воду при 120-125ºС:

BaCl2·2H2O          BaCl2+2H2O

Кроме кристаллизационной воды существует адсорбционная,  или гигроскопичная вода, которую твердые вещества адсорбируют (поглощают) на своей поверхности. Содержание гигроскопичной воды не постоянно и зависит от условий получения и хранения вещества. Гигроскопичная вода находится в динамическом равновесии с водяными парами воздуха. Чем больше поверхность вещества, тем больше воды оно может адсорбировать. Такая вода связана с веществом непрочно и удаляется при более низкой температуре, чем кристаллизационная вода. Определение влажности- это определение количества гигроскопичной воды.    

3. Экспериментальная часть.

Определение кристаллизационной воды требует значительных затрат времени. За одно занятие работу выполнить нельзя. Но данную работу можно прекратить на любой стадии. В этом случае бюкс с навеской (или без нее) закрывают крышкой и помещают до следующего занятия.  

3.1. Методика выполнения анализа «Определение кристаллизационной воды в кристаллическом хлориде бария».

Посуда и реактивы. Бюкс, эксикатор, весы электронные, шкаф сушильный, щипцы тигельные, моющие средства, ерш для мытья посуды, хлорид бария.

Предварительная подготовка. Для проведения работы необходимо подготовить бюкс диаметром не менее 3-4см. Его тщательно моют и споласкивают дистиллированной водой. Снаружи вытирают чистым полотенцем. На шлифе твердым простым карандашом записывают свой условный номер (или инициалы) и ставят на определенное место в сушильный шкаф. Этого места следует придерживаться постоянно, так как это исключает возможность спутать свой бюкс с бюксом работающего рядом. Бюкс выдерживают при температуре 120-125ºС около 30 минут в сушильном шкафу, при этом крышку бюкса кладут на ребро. По истечению указанного срока бюкс переносят тигельными щипцами в эксикатор, поднесенный к сушильному шкафу, закрывают крышку бюкса, затем крышку эксикатора и выдерживают бюкс в эксикаторе около 15 мин. После этого бюкс взвешивают на аналитических весах, результат взвешивания записывают в дневник производственного обучения. Затем вновь помещают бюкс в сушильный шкаф на 25 минут, не забывая поставить крышку на ребро. Затем вновь охлаждают в эксикаторе и взвешивают на тех же аналитических весах. Повторные высушивания ведут до тех пор, пока не доведут бюкс до постоянной массы. В этом случае результаты двух последних взвешиваний не должны различаться более чем на 0,0002г, записи в дневнике производственного обучения должны фиксировать изменение массы пустого бюкса после каждого высушивания.    

Расчет навески. Удаляемая или выделяемая часть при гравиметрических определениях имеет массу 0,01-0,1 г. В данном случае удаляемой составной частью является вода. Масса удаляемой воды может быть принята равной около 0,1г. Один моль кристаллогидрата BaCl2·2H2O выделяет 2 моль H2O.

Найдем, сколько граммов кристаллогидрата выделяет 0,1г воды:

       BaCl2·2H2O   -   2H2O

                   244г   -   36г                                  Х= (244·0,1)/36≈0,7г

                      Х    -    0,1                                        

Если в бюксе можно распределить тонким слоем большое количество соли, то размер навески можно увеличить до 1г и даже несколько больше. Это будет способствовать большей точности определения.

Взятие навески. На электронных весах взвешивают около 1г, но не менее 0,7г. хч кристаллогидирата хлорида бария. В дневник производственного обучения записывают массу бюкса с навеской.

Высушивание навески. Высушивание навески проводят так же как высушивание пустого бюкса с открытой крышкой. Первый раз бюкс с навеской выдерживают в сушильном шкафу около 2 часов при температуре 120-125 ºС. При более высокой температуре BaCl2 разлагается, а при более низкой будет удалена не вся кристаллизационная вода. Затем охлаждают в эксикаторе, не забывая при этом закрыть крышку, и взвешивают, фиксируя массу бюкса в дневнике производственного обучения. Затем ставят бюкс с навеской в сушильный шкаф на 1 час, охлаждают в эксикаторе, взвешивают и фиксируют массу в дневнике производственного обучения. Каждый  раз сокращая время высушивания, доводят бюкс с навеской до постоянной массы (разница не более 0,0002г).

Образец записи в дневнике производственного обучения.

Дата_______________

Название работы «Определение кристаллизационной воды в кристаллическом хлориде бария (BaCl2·2H2O)

Взвешивание хлорида бария до высушивания

Взвешивание хлорида бария после высушивания

Массу кристаллизационной воды определяют по разности между массой бюкса с навеской до высушивания и массой бюкса с навеской после высушивания: 22,7365г -22,6038г =0,1327г

Расчет результата анализа.

Из полученных данных можно рассчитать содержание кристаллизационной воды в навеске Х (в %):

0,8964г BaCl2·2H2O содержит 0,1327г  H2O

100 % BaCl2·2H2O            -             Х H2O

Х=(0,1327·100)/0,8964=14,80%

Полученный результат сравниваем с теоретическим содержанием кристаллизационной воды У (в %):

244,28г BaCl2·2H2O содержит 36,03г H2O

100 % BaCl2·2H2O            -           У H2O

,где  244,28 г- молекулярная масса BaCl2·2H2O, 36,03г – молекулярная масса 2H2O  

У= (36,03·100)/244,28= 14,75%

Разность между результатом анализа и теоретическим содержанием (Х-У) составляет абсолютную ошибку определения:

14,80-14,75=0,05%

Относительную ошибку ΔХотн (в %) находим из пропорции:

14,75- 0,05

100   - ΔХотн                                 ΔХотн= (0,05·100)/14,75=0,34%

Таким образом, погрешность измерения 14,80±0,05.

3.2. Методика выполнения анализа «Определение кристаллизационной воды в кристаллическом сульфате меди».

Посуда и реактивы. Бюкс, эксикатор, весы электронные, шкаф сушильный, щипцы тигельные, моющие средства, ерш для мытья посуды, сульфат меди.

Предварительная подготовка. Для проведения работы необходимо подготовить бюкс диаметром не менее 3-4см. Его тщательно моют и споласкивают дистиллированной водой. Снаружи вытирают чистым полотенцем. На шлифе твердым простым карандашом записывают свой условный номер (или инициалы) и ставят на определенное место в сушильный шкаф. Этого места следует придерживаться постоянно, так как это исключает возможность спутать свой бюкс с бюксом работающего рядом. Бюкс выдерживают при температуре 140-150ºС около 30 минут в сушильном шкафу, при этом крышку бюкса кладут на ребро. По истечению указанного срока бюкс переносят тигельными щипцами в эксикатор, поднесенный к сушильному шкафу, закрывают крышку бюкса, затем крышку эксикатора и выдерживают бюкс в эксикаторе около 15 мин. После этого бюкс взвешивают на аналитических весах, результат взвешивания записывают в дневник производственного обучения. Затем вновь помещают бюкс в сушильный шкаф на 25 минут, не забывая поставить крышку на ребро. Затем вновь охлаждают в эксикаторе и взвешивают на тех же аналитических весах. Повторные высушивания ведут до тех пор, пока не доведут бюкс до постоянной массы. В этом случае результаты двух последних взвешиваний не должны различаться более чем на 0,0002г, записи в дневнике производственного обучения должны фиксировать изменение массы пустого бюкса после каждого высушивания.    

Расчет навески. Удаляемая или выделяемая часть при гравиметрических определениях имеет массу 0,01-0,1 г. В данном случае удаляемой составной частью является вода. Масса удаляемой воды может быть принята равной около 0,1г. Один моль кристаллогидрата CuSO4·5H2O выделяет 5 моль H2O.

Найдем, сколько граммов кристаллогидрата выделяет 0,1г воды:

       CuSO4·5H2O -   5H2O

                   250г   -   90г                                 Х= (250·0,1)/90≈0,3г

                      Х    -    0,1                    

Если в бюксе можно распределить тонким слоем большое количество соли, то размер навески можно увеличить до 1г и даже несколько больше. Это будет способствовать большей точности определения.

Взятие навески. На электронных весах взвешивают около 1г, но не менее 0,3г. хч кристаллогидрата сульфата меди. В дневник производственного обучения записывают массу бюкса с навеской.

Высушивание навески. Высушивание навески проводят так же как высушивание пустого бюкса с открытой крышкой. Первый раз бюкс с навеской выдерживают в сушильном шкафу около 2 часов при температуре 140-150 ºС. Затем охлаждают в эксикаторе, не забывая при этом закрыть крышку, и взвешивают, фиксируя массу бюкса в дневнике производственного обучения. Затем ставят бюкс с навеской в сушильный шкаф на 1 час, охлаждают в эксикаторе, взвешивают и фиксируют массу в дневнике производственного обучения. Каждый  раз сокращая время высушивания, доводят бюкс с навеской до постоянной массы (разница не более 0,0002г).

Образец записи в дневнике производственного обучения.

Дата_______________

Название работы «Определение кристаллизационной воды в кристаллическом сульфате меди (CuSO4·5H2O)

Взвешивание сульфата меди до высушивания

Взвешивание сульфата меди после высушивания

Массу кристаллизационной воды определяют по разности между массой бюкса с навеской до высушивания и массой бюкса с навеской после высушивания: 22,4022г -22,1995г =0,2027г

Расчет результата анализа.

Из полученных данных можно рассчитать содержание кристаллизационной воды в навеске Х (в %):

0,5621г CuSO4·5H2O содержит 0,2027г  H2O

100 % CuSO4·5H2O            -             Х H2O

Х=(0,2027·100)/0,5621=36,06%

Полученный результат сравниваем с теоретическим содержанием кристаллизационной воды У (в %):

250г CuSO4·5H2O      содержит 90г H2O

100 % CuSO4·5H2O            -           У H2O

,где  250г- молекулярная масса CuSO4·5H2O, 90г – молекулярная масса 5H2O  

У= (90·100)/250= 36,00%

Разность между результатом анализа и теоретическим содержанием (Х-У) составляет абсолютную ошибку определения:

36,06-36,00=0,06%

Относительную ошибку ΔХотн (в %) находим из пропорции:

36,00- 0,06

100   - ΔХотн                                 ΔХотн= (0,06·100)/36,00=0,17%

Таким образом, погрешность измерения 36,06±0,06.

4. Использованная литература

1. Алексеев, В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев.- М.:Химия, 1972.- 504с.
2. Крешков, А.П. Основы аналитической химии: в 3т.- М.: Химия, 1971.-Т.1.-456с.
3. Пономарев, В.Д. Аналитическая химия / В.Д. Пономарев.-М.: Высш. шк., 2000.-564с.
4. Тикунова, И.В. Справочник молодого лаборанта-химика / И.В. Тикунова, А.И. Артеменко, В.А. Малеванный.-М.:Высш.шк., 1985.-247с.
5. Шапиро, С.А. Аналитическая химия: Учебник для учащихся техникумов / С.А. Шапиро, М.А. Шапиро.-М.:Высш.шк., 1979.-384с.