ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ В РАСТВОРЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться применять метод осаждения для определения массы вещества в растворе путем получения в качестве осаждаемой формы кристаллического осадка и прокаливания последнего до постоянной массы.

ЦЕЛЕВЫЕ ЗАДАЧИ:

1. Доведение тигля до постоянной массы.

2. Расчет оптимального объема осадителя – раствора бария хлорида.

3. Получение осаждаемой формы в виде мелкокристаллического осадка бария сульфата. «Созревание» осадка.

4. Отделение осадка бария сульфата от маточного раствора фильтрованием.

5. Промывание осадка бария сульфата.

6. Получение гравиметрической формы путем прокаливания осадка бария сульфата до постоянной массы.

7. Расчет массы серной кислоты в растворе.

8. Математико-статистическая обработка результатов параллельных определений массы серной кислоты в растворе.

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Посуда (в расчете на одного студента):

1. Тигель фарфоровый с крышкой 1шт.

2. Стакан химический термостойкий вместимостью 400 мл 1 шт.

3. Стакан химический термостойкий вместимостью 100 мл 1 шт.

4. Воронка для фильтрования 1 шт.

5. Палочка стеклянная с резиновым наконечником 1 шт.

6. Палочка стеклянная с острым концом 1 шт.

7. Промывалка  1 шт.

8. Пипетка с резиновым колпачком 1 шт.

9. Полумикропробирка 1 шт.

10. Цилиндр мерный вместимостью 100 или 200 мл 3 шт.*

11. Эксикатор большой 1 шт.*

12. Эксикатор малый             3 шт.*

* – в расчете на 15 человек

Реактивы (квалификация «ч. д. а.» или «х. ч.»):

1. Кислота серная, анализируемый раствор,

2. Кислота соляная, 2 моль/л раствор,

3. Бария хлорид, 0,2 моль/л раствор,

4. Серебра нитрат, 0,1 моль/л раствор.

Приборы (в расчете на 15 человек):

1. Весы аналитические с разновесом 5 шт.

2. Горелка газовая 15 шт.

3. Печь муфельная 1 шт.

4. Шкаф сушильный   1 шт.

Другое необходимое оборудование:

1. Штатив с набором лапок и колец 15 шт.

2. Щипцы тигельные  5 шт.

3. Щипцы муфельные 1 шт.

4. Сетка асбестовая              15 шт.

5. Треугольник фарфоровый 15 шт.

6. Фильтр беззольный «синяя лента» - 15 шт.

7. Средства моющие,

8. Ерши для мытья посуды,

9. Спички,

10. Полотенце, мыло.

Методика определения массы серной кислоты в растворе

Сущность методики

    Определение серной кислоты (сульфат-иона) основано на осаждении, прокаливании и взвешивании осадка бария сульфата. При этом определении осаждаемая и гравиметрическая формы (бария сульфат) совпадают.

    Данный способ широко применяется при анализе различных серосодержащих материалов для определения содержания сульфат-иона, а также для определения общего содержания серы (после предварительного окисления ее до сульфат-иона).

    Сульфат-ион осаждают в виде малорастворимого (К_S = 1,1 • 10^–10) мелкокристаллического осадка бария сульфата путем добавления к анализируемому раствору раствора бария хлорида:

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO_4(T) + 2HCl

    Растворимость бария сульфата довольно высока и составляет 1 • 10^–5 моль/л. Поэтому для достижения полноты осаждения необходимо прибавлять некоторый избыток осадителя. При осаждении следует иметь в виду, что осадок бария сульфата во время образования способен захватывать различные ионы, не осаждаемые ионом бария, но соосаждаемые вместе с бария сульфатом (например, хлорид-, нитрат-ионы, катионы щелочных металлов и другие). Соосаждение приводит к неудовлетворительным результатам анализа, причем соосаждение некоторых ионов, например, нитрат-иона, приводит к увеличению массы прокаленного осадка (M (Ba(NO₃)₂) > M (BaSO₄)), а соосаждение других ионов, например, хлорид-иона, приводит к уменьшению массы прокаленного осадка (M (BaCl₂) < M (BaSO₄)). В связи с этим осаждение нужно вести в отсутствие больших количеств соосаждаемых ионов и не добавлять слишком большого избытка осадителя. Опасность соосаждения является наиболее существенным недостатком использования бария сульфата в качестве осаждаемой формы.

Другим недостатком бария сульфата является его способность образовывать очень мелкие кристаллы, которые при фильтровании проходят через поры фильтра, что приводит к частичной потери осадка. Для укрупнения частиц осадка осаждение поводят в условиях, обеспечивающих невысокую степень пересыщения раствора относительно осаждаемой формы:

    а) осаждение ведут из разбавленного раствора разбавленным раствором

осадителя,

    б) раствор осадителя прибавляют по каплям при непрерывном

перемешивании смеси,

    в) осаждение ведут из горячего раствора горячим раствором осадителя,

    г) осаждение ведут в присутствии реагентов, повышающих

растворимость осадка (перед осаждением к анализируемому раствору

добавляют разбавленный раствор соляной кислоты).

После осаждения полученный мелкокристаллический осадок выдерживают в маточном растворе в течение длительного времени (12-24 ч.) для укрупнения частиц осадка («созревание», или рекристаллизация кристаллического осадка). Иногда для сокращения времени «созревания» осадка последний вместе с маточным раствором нагревают в течение часа при температуре, близкой к кипению.

Отделение осадка бария сульфата от маточного раствора осуществляют путем фильтрования через беззольный фильтр «синяя лента». Из-за довольно большой растворимости бария сульфата осадок отмывают от примесей холодной дистиллированной водой и избегают слишком длительного промывания осадка.

Гравиметрическая форма – бария сульфат, идентична осаждаемой. Ее получают путем прокаливания осадка бария сульфата до постоянной массы при температуре около 800ºС (700-900ºС), при которой осадок теряет окклюдированную воду. (Осадок, высушенный при 100-110ºС, содержит еще 2-3% воды, которая прочно удерживается в мелких порах и трещинах кристаллов).

Следует учитывать, что при озолении фильтра может произойти частичное восстановление бария сульфата до бария сульфида:

BaSO₄ + 2C = BaS + 2CO_2(Г)

Для окисления бария сульфида прокаливание проводят при наклонном положении тигля, чтобы обеспечить к осадку доступ кислорода воздуха, необходимого для протекания реакции:

BaS + 2O₂ = BaSO₄

Прокаливание осадка при более высокой температуре (около 1400ºС) приводит к разложению гравиметрической формы:

BaSO₄ = BaO + SO_3(Г)

Массу серной кислоты в растворе рассчитывают по массе гравиметрической формы.