Тема 3.1. Гравиметрический анализ

Химическое равновесие в анализе. Константа химического равновесия. Применение закона действующих масс к системе «насыщенный раствор - осадок». Понятие о произведении растворимости.

Принцип метода гравиметрии. Гравиметрические методы отгонки (прямой и косвенный). Типы гравиметрических определений. Этапы гравиметрического анализа (взятие навески, растворение навески и подготовка раствора для анализа, осаждение определяемого вещества и отделение его от раствора, фильтрование и промывание осадка, высушивание или прокаливание).

Условия образования и растворения осадка.

Приборы и посуда для гравиметрического анализа.

Расчеты в гравиметрическом анализе.

Общая оценка гравиметрического метода.

 

Практическая работа № 2

Расчет количества вещества в гравиметрическом анализе.

 

Методические указания к теме 3.1.

При изучении данной темы, прежде всего, необходимо усвоить закон действующих масс и его применение к системе «насыщенный раствор-осадок», т.к. реакции осаждения труднорастворимых соединений и их растворения широко применяют в аналитической химии для обнаружения ионов и их разделения.

В насыщенном водном растворе малорастворимого в воде сильного электролита устанавливается равновесие между кристаллами твердого вещества (осадком) и его ионами, находящимися в растворе.

Например,

АgСl_(тв)D Аg⁺ + Сl‾

 

Выражение, отражающее приведенное равновесие, имеет вид:

 

[Аg⁺] [Сl‾] = ПР_АgСl ,

где [Аg⁺] и [Сl‾] – равновесные концентрации соответствующих ионов в насыщеном растворе, моль/л;

ПР_АgСl – произведение растворимости хлорида серебра.

 

Таким образом, произведение растворимости – произведение молярных концентраций катионов и анионов малорастворимого сильного электролита в его насыщенном растворе или данной температуре.

Для малорастворимого электролита с формулой М_gА_h:

 

ПР_МgАn = [М^h+]^g [А^g-]^h

 

Использование произведения растворимости позволяет сделать важные для аналитического процесса выводы и произвести необходимые расчеты.

В насыщенном растворе малорастворимого соединения произведение концентраций ионов в растворе равно произведению растворимости. Например, для соединения МА:

[М⁺] [А‾] = ПР_МА

 

Для этого же соединения, если произведение концентраций его ионов в растворе меньше произведения растворимости, т.е. [М⁺] [А‾] < ПР_МА, раствор не насыщен. Осадок при этом не образуется.

Если произведение концентраций ионов в растворе будет больше произведения растворимости, т.е. [М⁺] [А‾] > ПР_МА, из раствора будет выпадать осадок.

После рассмотрения вышеуказанных вопросов необходимо перейти к изучению гравиметрических методов анализа.

Гравиметрический анализ - совокупность методов количественного анализа, основанных на выделении определяемого количества в виде какого-либо соединения и определения его массы.

В гравиметрическом анализе используются методы:

- отгонки определяемого вещества в виде какого-либо летучего соединения;

- осаждения из раствора в виде малорастворимого соединения.

Чаще всего в гравиметрическом анализе используют методы осаждения, которые включают несколько последовательных операций:

1. Осаждение определяемого компонента в виде малорастворимого соединения, называемого осаждаемой формой.

2. Отделение осадка от раствора фильтрованием.

3. Промывание осадка.

4. Нагревание осадка для удаления воды или его прокаливание для превращения осадка в подходящую для взвешивания химическую формулу, называемую гравиметрической.

5. Взвешивание полученного осадка (гравиметрической формы)

Необходимо усвоить сущность каждой операции гравиметрического анализа и требования, которые предъявляются к осаждаемой и гравиметрической форме.

 

Примерные решения задач.

Пример 1. Выпадет ли осадок сульфата бария присмешении оди­наковых объемов 0,002М растворов сульфата натрия (Na₂SО₄) и хлоридабария (BaC1₂)?

Решение:Запишем уравнение химической реакции в краткой ионной форме:

 

Ва² + SO = BaSО₄$

 

 

После смешения растворов сильных электролитов концентрации ионов Ва²⁺ и SO :

 

[Ва²⁺]= С₀ (Ва²⁺) = 0,002 = 0,001 моль/л,

2 2

 

[SО ]= С₀ (SO )= 0,002 = 0,001 моль/л,

2 2

где С₀(Ва²⁺) и С₀(SО ) - концентрации ионов до смешения растворов.

 

Произведение этих концентраций:

 

С(Ва²⁺)С(SО ) = 1·10^-3·1·10^-3 = 1·10^-6, а ПР_ВаSО = 1,1·10^-10

 

Поскольку 1·10^-6 > ПР_ВаSО то сульфат ба­рия выпадет в осадок.

 

Пример 2. Вычислить растворимость хлорида серебра в молях и миллиграммах на литр в чистой воде при 20ºС, если известно, что при этой температуре ПР_AgCl = 1,78·10^-10.

Решение:Уравнение, описывающее равновесие в растворе:

 

AgCl(тв.) D Ag⁺ + Cl‾

 

Произведение растворимости для AgCl:

 

ПР_АgС1 = [Аg⁺] [Cl‾].

 

Выразим растворимость AgCl в молях на литр:

 

S_AgC1 = = = 1,33·10^-5 моль/л.

 

Вычислим растворимость AgCl в миллиграммах на литр:

m_АgС1 = n(AgCl)·M(AgCl);

 

M(AgCl) = 143,3 г/моль, n(AgCl) = SАgСl;

 

m_АgСI = 1,33·10^-5·143,3 = 1,91·10^-3 г/л = 1,91 мг/л.

 

Итак, 1 л насыщенного при 20ºС раствора хлорида серебра содержит 1,33·10^-5 моль/л или 1,91 мг/л этой соли.

Пример 3. Произведение растворимости CaF₂ при 25ºС равно 4,0·10^-11. Найти растворимость этой соли, г/л, в чистой воде при той же температуре.

 

Решение. Уравнение реакции:

СаF₂(тв.) D Са²⁺ + 2F‾

 

Произведение растворимости

ПР_СаF = [Ca⁺] [F‾]².

 

Найдем растворимость S _СаF моль/л:

 

[Са²⁺] = S, [F‾] = 2S;

 

тогда ПР _СаF = S (2S)² = 4S³ и

 

S = = = 2,15·10^-4 моль/л.

 

Растворимость CaF₂, мг/л:

m_СаF = SМ(CaF₂),

M(CaF₂) = 78,08 г/моль,

 

m_СаF = 2·15·10^-4·78,08 = 1,68·10^-2 г/л = 16,8 мг/л.

 

Таким образом, растворимость фторида кальция в чистой воде со­ставляет 16,8 мг/л.