Гравиметрические методы

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Методы контроля и анализа веществ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Физико-химические методы определения марганца

 

Автор:

студент гр. ОНГ-09-1

Мамедов И.С.

Руководитель проекта

ассистент Цыбизов А.В.

 

Санкт-Петербург 2011

Оглавление

 

Введение

Гравиметрические методы

Титриметрические методы

Метод перманганатометрии

Метод йодометрии

Метод броматометрии

Потенциометрическое титрование

Амперометрические методы

Методы кулонометрического титрования

Фотометрические методы

Люминесцентные методы

Заключение

Список используемой литературы

 

Введение

Марганец - один из первых редких металлов, применяемых в промышленности, например, для производства стали. Поэтому интерес к аналитической химии марганца возник очень давно. Однако наибольшие успехи в разработке новых методов анализа для определения марганца в различных природных и промышленных материалах достигнуты за последние два десятилетия. В настоящее время марганец определяют при анализе сталей, сплавов, полупроводниковых материалов, особо чистых веществ, органических веществ, почв, биологических материалов, горных пород различного происхождения, минералов, руд и, наконец, космического вещества в виде метеоритов и лунных пород.

 

Гравиметрические методы

 

Гравиметрическими методами марганец определяют в виде Mn₃0₄, MnS, MnS0₄, Мn₂Р₂0₇ и других соединений, а также в виде соединений с органическими реагентами. Однако применяют эти методы довольно редко.

Определение в виде окиси марганца. Раствор (желательно не содержащий других кислот, кроме азотной) выпаривают до сиропообразного состояния и прибавляют 50 мл конц. HN0₃. Стакан накрывают часовым стеклом, раствор кипятят несколько минут для удаления окислов азота и затем, поддерживая температуру близкой к температуре кипения, вводят в течение 10- 20 мин. очень малыми порциями 5 г КСlO₃, приоткрывая часовое стекло и быстро всыпая реагент при помощи стеклянной или фарфоровой ложечки. После прибавления всего КСlO₃ раствор продолжают кипятить, пока вспенивание почти не прекратится, но некоторое количество хлорноватой кислоты будет все же оставаться в растворе. Споласкивают часовое стекло и стенки стакана небольшим количеством воды, прибавляют 40 мл холодной воды и быстро охлаждают. Фильтруют через плотный фильтр или асбест и промывают стакан и осадок на фильтре малыми порциями холодной бесцветной азотной кислоты и ледяной водой. Фильтрат и промывные воды испытывают на присутствие в них марганца висмутатным методом. Осадок прокаливают.

Весовую форму Мn₃0₄ используют мало, так как метод недостаточно точен из-за непостоянства состава осадка и частичной адсорбции им других элементов (Fe, Со и т. д.). Более точные результаты получают, если осадок от действия твердой КClO₃ растворить в небольшом количестве HN0₃, содержащей Н₂0₂, и осадить вновь Мn0₂, обрабатывая раствор аммиаком и бромной водой.

Определение в виде сульфида марганца. Этот метод чаще всего применяют для определения марганца при наличии в растворе солей щелочноземельных элементов. Осаждение MnS при этом должно проводиться на холоду и в присутствии большого количества солей аммония.

Определение в виде фосфата марганца. Наиболее точным методом гравиметрического определения марганца является осаждение его в виде марганца аммонийфосфата. Метод основан на осаждении из слабощелочной среды, содержащей избыток аммонийных солей, марганца аммонийфосфата с последующим прокаливанием его при ~1050° С до Мn₂Р₂0₇.

Марганец можно определять также взвешиванием осадка MnNH₄P0₄×H₂0. В присутствии Fe(III), Al(III), Zn(II) и других ионов, также осаждающихся в этих условиях, марганец отделяют в виде Мn0₂ и затем уже после ее растворения осаждают двойной фосфат марганца и аммония.

К 100-200 мл кислого раствора, содержащего ≤ 0,001 г Мn /мл и не содержащего мешающих определению веществ, прибавляют 20 г NH₄Cl и 1-2 г (NH₄)₂HPO₄. Нагревают раствор до кипения, прибавляют конц. НСl (если необходимо для просветления раствора) и затем приливают по каплям при перемешивании разбавленный раствор аммиака. Как только появится осадок, добавление аммиака прекращают и перемешивают до тех пор, пока осадок не станет кристаллическим. Затем прибавляют раствор аммиака по каплям до полного осаждения марганца. Раствор с осадком охлаждают в ледяной воде. Дают постоять 2-3 часа, фильтруют через бумажный фильтр и промывают осадок холодным слабоаммиачным 10%-ным раствором NH₄N0₃. Высушивают, прокаливают сначала при возможно низкой температуре до выгорания углерода, а затем при ~1050° С.

Определение в виде пикролоната марганца. Осаждение марганца пикролоновой кислотой требует меньшей затраты времени по сравнению с методами его определения в виде MnS, MnSO₄, Мn₂Р₂O₇, Мn₃О₄. Присутствие в исследуемом растворе ионов Fe(III), А1(III), Ti(IV), Сr(III) не мешает определению марганца.

К 10 мл 0,01 N MnSO₄ добавляют 15 мл 0,01 N раствора пикролоновой кислоты. Смесь оставляют на 1,5-2 часа и затем отфильтровывают желтый мелкокристаллический осадок через тигель Шотта. Осадок промывают водой до отсутствия реакции на сульфат-ион и высушивают в виде (C_l0H₇O₅N₄)₂Mn при 105° С до постоянного веса.

Определение в виде перманганата тетрафенилфосфония. Mn(II) окисляют персульфатом аммония в присутствии ионов серебра до ионов MnO₄^-, которые затем осаждают в виде [(С₆Н₅)Р]МnO₄ добавлением нитрата тетрафенилфосфония и оставляют на ночь. Осадок промывают водой до отрицательной реакции на SO₄^2- и высушивают в вакуум-эксикаторе над конц. H₂SO₄. Определению не мешают окислители.

Определение в виде марганца бриллиантового желтого (C₂₆H₁₈O₈N₄S₂)Mn. При действии бриллиантового желтого на соли Мn(II) образуется кристаллический осадок, малорастворимый в воде и не разрушающийся от действия уксусной кислоты и 0,1 N НС1. Осадок растворим в щелочах, аммиаке и водно-метанольной смеси (1: 1). Ионы Fe(III), Al(III), Cr(III), Zr(IV), Th(IV), Ce(III) образуют осадки, растворимые в уксусной кислоте. Осадок не гигроскопичен.

К 10 мл исследуемого раствора Mn(II) прибавляют 7,5 мл СН₃СООН(1: 50), а затем 1,5-кратный избыток раствора бриллиантового желтого, перемешивают и оставляют стоять 60 мин. Осадок переносят во взвешенный стеклянный фильтр №4 и фильтруют с отсасыванием, затем промывают один - два раза 5-10 мл воды, подкисленной уксусной кислотой, и высушивают в термостате при 120° С до постоянного веса.

Определение марганца в виде соли 5-нитробарбитуровой кислоты можно проводить в присутствии ионов Fe(III), которые предварительно связывают в комплекс сульфосалициловой кислотой.

Анализируемую пробу (0,1 - 0,2 г Мn) растворяют в 25 мл воды, вводят 0,5 мл конц. СН₃СООН, 15 мл 95%-ного С₂Н₅ОН и 25-30 мл 2%-ного раствора 5-нитробарбитуровой кислоты в 50%-ном этаноле. Осадок (C₄H₂O₅N₃)₂Mn × 8Н₂0 отфильтровывают через фильтр №4, промывают последовательно водой (5 раз по 3-5 мл), 95%-ным этанолом (10 раз по 2 мл) и абсолютным диэтиловым эфиром (5 раз по 1-2 мл), высушивают под вакуумом и взвешивают. Ошибка определения Мn составляет 0,3-10%.

Определение марганца с помощью о- фенантролина. Мn(II) в слабокислой среде в присутствии ионов SCN^- образует с о-фенантролином малорастворимое соединение [Mn(C_l2H₈N₂)₂] × (SCN)₂. Определению не мешают ионы щелочных, щелочноземельных металлов, Sc(III), Al(III), Сr(III) в количестве 1-10 мг. Если присутствует Fe(III), то прибавляют в 20-25 раз большее количество реагента; Cd(II) мешает определению.

Анализируемый раствор (pH 3-6) разбавляют до 25-100 мл, нагревают почти до кипения, вводят 0,3-1,0 г NH₄SCN и перемешивают до полного растворения. Добавляют избыток раствора о-фенантролина (2 г солянокислой соли о-фенантролина в 100 мл воды). Смесь нагревают 2-3 мин. Через 5-10 мин. раствор отфильтровывают, осадок промывают горячим промывным раствором (3 г NH₄SCN/л + 10 мл 2%-ного раствора о-фенантролина), затем водой, смесью абсолютного этилового спирта и абсолютного диэтилового эфира (1: 3) и диэтиловым эфиром. Осадок высушивают в эксикаторе.