Лабораторная работа № 6.1

Определение Fe³⁺ в виде тиоцианатного комплекса

Цель работы – определить массу Fe³⁺ (г) или массовую долю Fe³⁺ (%) в одной из предложенных проб, используя фотометрический метод анализа:

§ Проба А – модельный раствор, содержащий Fe³⁺;

§ Проба Б – минерал доломит (реальный объект анализа);

§ Проба В – железосодержащая руда лимонит (реальный объект анализа).

Сущность работы. Определение основано на получении окрашенного тиоцианатного комплекса железа (III) и последующем измерении светопоглощения окрашенного раствора.

Фотометрическая реакция и условия ее проведения. В зависимости от концентрации SCN^–-ионов могут образовываться комплексы различного состава кроваво-красного цвета:

где n = 1–6.

Тиоцианатный комплекс железа (III) является малоустойчивым: lg K _уст = 3, 03–4, 63 в зависимости от числа лигандов, поэтому необходимо вводить в раствор большой избыток SCN^–-ионов.

Красная окраска раствора неустойчива во времени, поскольку раствор быстро бледнеет вследствие восстановления железа (III) тиоцианат-ионами, поэтому раствор необходимо фотометрировать сразу же после приготовления, а также вводить в него окислитель – раствор HNO₃.

Условия проведения измерений. В ходе выполнения работы выбираются важнейшие условия фотометрирования:

1. Длина волны λ _max – область наибольшего поглощения на кривой A = f (l);

2. Толщина кюветы l должна быть такой, чтобы измеренное значение А входило в оптимальный интервал или было близко к оптимальному значению светопоглощения (при этом погрешность измерения А минимальна):

Δ А _оптим = 0, 1–0, 7 или А _оптим = 0, 434.

3. Рабочий диапазон – область концентраций, в которой зависимость А = f (С) линейна.

Прием нахождения неизвестной концентрации. Анализ выполняется с использованием метода градуировочного графика.

Оборудование, посуда, реактивы: фотоколориметр; кюветы; мерные колбы вместимостью 50, 0 мл, мерная пипетка вместимостью 5, 00 мл; мерные цилиндры (5 и 10 мл); стандартный раствор железа (III) с Т(Fe³⁺) = 0, 1 мг/мл; 10 %- ныйраствор KSCN; раствор HNO₃ (1: 1). При анализе пробы Б дополнительно: технические и аналитические весы; стакан; стеклянная палочка; бюкс или тигель; бумажный фильтр; воронка; HCl (конц.). При анализе пробы В дополнительно: электроплитка.

Выполнение работы

1. Выбор условий фотометрирования (λ _max). Готовят эталонный раствор железа (III) максимальной концентрации. Для этого в мерную колбу вместимостью 50, 0 мл отбирают пипеткой 5, 0 мл стандартного раствора железа (III), добавляют 1 мл раствора HNO₃ и 5 мл раствора KSCN. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и заполняют им кювету. В такой же мерной колбе готовят раствор сравнения, содержащий все компоненты в таких же количествах, кроме железа (III). Заполняют им кювету.

Затем проводят измерения светопоглощения (А) при всех светофильтрах или в интервале длин волн 350–500 нм через каждые 10 нм для приборов с дифракционной решеткой. По зависимости A = f (l) выбирают λ _max для работы.

2. Построение градуировочного графика. Готовят в той же мерной колбе остальные эталонные растворы, отбирая пипеткой поочередно 0, 50; 1, 00; 2, 00; 3, 00 и 4, 00 мл стандартного раствора Fe³⁺, 1 мл раствора HNO₃ и 5 мл раствора KSCN. Объем каждого раствора доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Измеряют оптическую плотность всех растворов при выбранной оптимальной длине волны λ _max. Обрабатывают данные методом наименьших квадратов, желательно с использованием ПК. Строят градуировочный график в координатах A – Т (Fe³⁺), мг/мл.

3. Проведение анализа выполняют исходя из того, какая проба выдана для анализа.

 

Проба А. Модельный раствор, содержащий Fe³⁺

Получают анализируемый раствор в мерную колбу вместимостью 50, 0 мл, обрабатывают и фотометрируют его точно так же, как эталонные растворы. По градуировочному графику определяют титр железа (III) в анализируемом растворе (мг/мл), затем рассчитывают массу Fe³⁺ в пробе (г).

 

Проба Б. Минерал доломит

Доломит относится к карбонатным породам. Основным компонентом доломита является двойной карбонат кальция-магния
CaCO₃ · MgCO₃. Соединения железа (III) в доломите присутствуют в качестве примесей.

Карбонатные породы хорошо растворимы в сильных кислотах (HCl, HNO₃), при этом содержащиеся в них примеси железа (III) количественно переходят в раствор.

Выполнение анализа:

1. Взвешивают в бюксе или тигле на технических весах 1–3 г доломита. Затем бюкс с навеской взвешивают на аналитических весах и переносят доломит в стакан. Взвешивают бюкс с остатками вещества и по разности рассчитывают точную массу доломита (г), взятую для проведения анализа.

2. Растворяют навеску доломита в минимальном количестве концентрированной HCl, добавляя ее небольшими порциями и перемешивая содержимое стакана стеклянной палочкой. После прекращения выделения пузырьков газа содержимое стакана фильтруют в мерную колбу (50, 0 мл) через бумажный фильтр. Стакан несколько раз промывают небольшим количеством дистиллированной воды и переносят промывные воды также на фильтр. После фильтрования содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

3. Из полученного раствора отбирают произвольную аликвоту в другую мерную колбу (50, 0 мл). Добавляют 1 мл раствора HNO₃ и 5 мл раствора KSCN. Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают, заполняют им кювету и фотометрируют как градуировочные растворы. Если значение оптической плотности анализируемого раствора выходит за границы рабочего диапазона градуировочного графика, то подбирают другую аликвоту.

4. По результатам фотометрирования, используя подготовленный заранее градуировочный график, определяют титр железа (III) в анализируемом растворе (мг/мл), затем рассчитывают массу Fe³⁺ в колбе и в навеске доломита (г).

5. На основании полученных данных рассчитывают массовую долю (%) железа в доломите.

Проба В. Железосодержащая руда лимонит

Водный оксид железа (III) часто образует природные месторождения лимонита (бурого железняка). Обычно этот минерал по составу приближается к формуле FeO(OH) или Fe₂O₃ · H₂O, т. е. Fe³⁺ является основным компонентом пробы. Этот минерал хорошо растворяется в концентрированной соляной кислоте при нагревании.

Выполнение анализа:

1. Рассчитывают ориентировочную навеску руды для проведения анализа, считая, что формула руды точно соответствует приведенной выше и анализируемый раствор будет приготовлен в мерной колбе вместимостью 50, 0 мл.

2. Взвешивают в бюксе (тигле) на технических весах навеску железной руды, близкую к рассчитанной. Затем бюкс с навеской взвешивают на аналитических весах и переносят железную руду в стакан. Взвешивают пустой бюкс и по разности рассчитывают точную массу железной руды (г).

3. Обрабатывают навеску минимальным количеством концентрированной HCl при нагревании на электроплитке (под тягой!) до полного растворения. При этом раствор HCl добавляют небольшими порциями и перемешивают содержимое стакана стеклянной палочкой. Затем содержимое стакана фильтруют в мерную колбу (50, 0 мл) через бумажный фильтр. Стакан несколько раз промывают небольшим количеством дистиллированной воды и переносят промывные воды на фильтр. Содержимое колбы доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

4. Далее действуют так же, как в п. 3 – п. 5 при определении железа в доломите.

5. На основании полученных данных рассчитывают массовую долю (%) железа в руде.