Oznaczanie zawartości metali w stopach

Podobne dokumenty
Podstawy elektrochemii

(Ćwiczenie nr 7) (stała Faradaya, F) (3)

RÓWNOWAŻNIKI W REAKCJACH UTLENIAJĄCO- REDUKCYJNYCH

ELEKTROGRAWIMETRIA. Zalety: - nie trzeba strącać, płukać, sączyć i ważyć; - osad czystszy. Wady: mnożnik analityczny F = 1.

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 7

Własności kwasów i zasad

( liczba oddanych elektronów)

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

ANALIZA OBJĘTOŚCIOWA

Ć W I C Z E N I E 5. Kinetyka cementacji metali

Celem dwiczenia są ilościowe oznaczenia metodą miareczkowania konduktometrycznego.

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

PRAKTIKUM Z CHEMII OGÓLNEJ

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

INŻYNIERIA PROCESÓW CHEMICZNYCH

Analiza ilościowa. Kompleksometria Opracowanie: mgr inż. Przemysław Krawczyk

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 5

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

ALKACYMETRIA. Ilościowe oznaczanie HCl metodą miareczkowania alkalimetrycznego

STĘŻENIE JONÓW WODOROWYCH. DYSOCJACJA JONOWA. REAKTYWNOŚĆ METALI

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 6. Manganometryczne oznaczenia Mn 2+ i H 2 O 2

ĆWICZENIE 7 WSPÓŁOZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU I OBLICZANIE TWARDOŚCI WODY. DZIAŁ: Kompleksometria

Pracownia analizy ilościowej dla studentów II roku Chemii specjalność Chemia podstawowa i stosowana. Argentometryczne oznaczanie chlorków w mydłach

ELEKTROLIZA. Oznaczenie równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz stałej Faradaya.

TWARDOŚĆ WODY. Ca(HCO 3 ) HCl = CaCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2. Mg(HCO 3 ) 2 + 2HCl = MgCl 2 + 2H 2 O + 2CO 2

XLVII Olimpiada Chemiczna

Fragmenty Działu 8 z Tomu 1 PODSTAWY ELEKTROCHEMII

Zadanie 2. Przeprowadzono następujące doświadczenie: Wyjaśnij przebieg tego doświadczenia. Zadanie: 3. Zadanie: 4

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 8. Argentometryczne oznaczanie chlorków metodą Fajansa

Schemat ogniwa:... Równanie reakcji:...

Spis treści. Wstęp... 9

Analiza miareczkowa. Alkalimetryczne oznaczenie kwasu siarkowego (VI) H 2 SO 4 mianowanym roztworem wodorotlenku sodu NaOH

Analiza ilościowa ustalenie składu ilościowego badanego materiału. Można ją prowadzić: metodami chemicznymi - metody wagowe - metody miareczkowe

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

MIANOWANE ROZTWORY KWASÓW I ZASAD, MIARECZKOWANIE JEDNA Z PODSTAWOWYCH TECHNIK W CHEMII ANALITYCZNEJ

CHEMIA ŚRODKÓW BIOAKTYWNYCH I KOSMETYKÓW PRACOWNIA CHEMII ANALITYCZNEJ. Ćwiczenie 9

Obliczanie stężeń roztworów

PRACOWNIA ANALIZY ILOŚCIOWEJ. Analiza substancji biologicznie aktywnej w preparacie farmaceutycznym kwas acetylosalicylowy

Zadania laboratoryjne

ĆWICZENIE 10. Szereg napięciowy metali

KATALITYCZNE OZNACZANIE ŚLADÓW MIEDZI

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY. PRACOWNIA MATERIAŁOZNAWSTWA ELEKTROTECHNICZNEGO KWNiAE

Fragmenty Działu 7 z Tomu 1 REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Ćwiczenie 1. Reakcje charakterystyczne miedzi(ii)

Kuratorium Oświaty w Lublinie ZESTAW ZADAŃ KONKURSOWYCH Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2016/2017 ETAP TRZECI

ĆWICZENIA LABORATORYJNE WYKRYWANIE WYBRANYCH ANIONÓW I KATIONÓW.

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

Identyfikacja wybranych kationów i anionów

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

HYDROLIZA SOLI. ROZTWORY BUFOROWE

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

OBLICZANIE WYNIKÓW ANALIZ I

X Jubileuszowy Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2017/2018. ETAP II r. Godz

K1. KONDUKTOMETRYCZNE MIARECZKOWANIE STRĄCENIOWE I KOMPLEKSOMETRYCZNE

DEZYNFEKCJA WODY CHLOROWANIE DO PUNKTU

Zadanie 1. [ 3 pkt.] Uzupełnij zdania, wpisując brakującą informację z odpowiednimi jednostkami.

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

Materiały pomocnicze do przedmiotu Chemia I dla studentów studiów I stopnia Inżynierii Materiałowej

5. STECHIOMETRIA. 5. Stechiometria

REAKCJE UTLENIAJĄCO-REDUKCYJNE

Reakcje redoks polegają na przenoszeniu (wymianie) elektronów pomiędzy atomami.

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

CHEMIA BUDOWLANA ĆWICZENIE NR 2

WŁAŚCIWOŚCI NIEKTÓRYCH PIERWIASTKÓW I ICH ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH

KATALIZA I KINETYKA CHEMICZNA

Chemia I Semestr I (1 )

TŻ Wykład 9-10 I 2018

Dysocjacja elektrolityczna, przewodność elektryczna roztworów

Zagadnienia z chemii na egzamin wstępny kierunek Technik Farmaceutyczny Szkoła Policealna im. J. Romanowskiej

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

III A. Roztwory i reakcje zachodzące w roztworach wodnych

Pierwiastki bloku d. Zadanie 1.

Wojewódzki Konkurs Wiedzy Chemicznej dla uczniów klas maturalnych organizowany przez ZDCh UJ Etap I, zadania

... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

A4.05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

X / \ Y Y Y Z / \ W W ... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

8. MANGANOMETRIA. 8. Manganometria

Obliczanie stężeń roztworów

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 2 Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

ĆWICZENIE B: Oznaczenie zawartości chlorków i chromu (VI) w spoiwach mineralnych

Ć W I C Z E N I E 4. Reekstrakcja miedzi z roztworu ciekłego wymieniacza jonowego do roztworów H 2 SO 4

Nazwy pierwiastków: ...

Wrocław dn. 22 listopada 2005 roku. Temat lekcji: Elektroliza roztworów wodnych.

XI Ogólnopolski Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2018/2019. ETAP I r. Godz Zadanie 1 (10 pkt)

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów dotychczasowych gimnazjów 24 stycznia 2018 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Zajęcia 10 Kwasy i wodorotlenki

KOROZJA ELEKTROCHEMICZNA i OCHRONA PRZED KOROZJĄ.

Ćwiczenie II Roztwory Buforowe

Korozja kontaktowa depolaryzacja tlenowa

... Nazwisko, imię zawodnika; Klasa Liczba punktów. ... Nazwa szkoły, miejscowość. I Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2008/09

22. Mineralizacja próbek organicznych i oznaczanie Zn lub Fe metodą ICP-AES

EDTA (roztwór 0,02 mol/l) Zgodnie z rozporządzeniem (WE) 1272/2008 związek nie jest. substancją niebezpieczną.

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW.

Powstawanie żelazianu(vi) sodu przebiega zgodnie z równaniem: Ponieważ termiczny rozkład kwasu borowego(iii) zachodzi zgodnie z równaniem:

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

Transkrypt:

Oznaczanie zawartości metali w stopach Stopy metali otrzymuje sią poprzez stopienie dwóch lub więcej pierwiastków, z których co najmniej jeden, użyty w przeważającej ilości, jest metalem. Stop wykonuje się w celu zmiany lub poprawy określonych własności metalu zasadniczego, np. polepszenia własności mechanicznych lub odlewniczych. W zależności od głównego składnika stopowego rozróżnia się stop żelaza (stal, żeliwo, żelazostopy) oraz stopy metali nieżelaznych. Skład stopów jest bardzo różny w zależności od właściwości i zastosowao danego stopu. Celem tego dwiczenia będzie analiza składu dwóch stopów zawierający najczęściej stosowane pierwiastki: żelazo, cynk, miedź, i nikiel. Znanych jest wiele różnych metod analizy składu stopów. W tym dwiczeniu będziemy wykorzystywad metodę kompleksometrii oraz elektrograwimetrii. Zjawisko elektrolizy jest wykorzystywane w chemii analitycznej m.in. w elektrograwimetrycznej metodzie oznaczania metali. Elektrograwimetrię określa się jako wagowe oznaczanie substancji, która w procesie elektrolizy ulega redukcji lub utlenieniu z utworzeniem stałego produktu wydzielającego się na elektrodzie. Znając masę elektrody przed procesem elektrolizy można wyznaczyd masę wydzielonego produktu. Analiza elektrograwimetryczna daje wyniki dokładne i odtwarzalne. Wykonanie oznaczeo jest proste, a potrzebna aparatura niezbyt skomplikowana. Elektroliza może byd wykorzystana zarówno do wydzielenia jednego metalu z mieszaniny jonów różnych metali, jak i do rozdzielenia i oznaczania kilku metali występujących obok siebie. Ilościowe zależności elektrolizy sformułował Faraday w postaci dwóch praw. W pierwszym z nich stwierdza, że masy substancji wydzielonych na elektrodach podczas elektrolizy są proporcjonalne do ładunku elektrycznego, który przepłynął przez elektrolit: M m Q k Q k I t nf (1) gdzie: m masa substancji wydzielonych na elektrodzie (katodzie lub anodzie), [g] Q ładunek elektryczny, *C+ k równoważnik elektrochemiczny danej substancji (masa substancji wydzielona na elektrodzie przez ładunek 1 C) I natężenie prądu, *A+ T czas, [s] Drugie prawo Faradaya głosi, że jednakowe ładunki elektryczne wydzielają z różnych elektrolitów masy substancji proporcjonalne do ich chemicznych równoważników: m1 E q1 m2 E q2 (2) stąd: E q1 E q2 const. k1 k2 (stała Faradaya, F) (3) Stała Faradaya, F = 96500 C, jest to ładunek potrzebny do wydzielenia na elektrodzie jednego gramorównoważnika chemicznego substancji. Łącząc oba prawa otrzymuje się zależnośd: MQ M m I t nf nf (4) gdzie: M masa molowa wydzielonej substancji n liczba elektronów biorących udział w elementarnym procesie elektrodowym 1

Elektrograwimetryczne oznaczanie Cu oraz Ni w stopie metalicznym Miedź wydziela się w postaci metalu na katodzie z kwaśnych roztworów zawierających 3-4 % kwasu siarkowego i 1-3 % kwasu azotowego. Reakcja katodowa przebiega następująco: Cu 2+ + 2e Cu 0 (5) Zawartośd HNO 3 powinna byd wyższa w przypadku, gdy równocześnie z miedzią wydziela się na anodzie ołów w postaci PbO 2. Często wprowadza się do elektrolitu azotan amonowy zamiast wolnego kwasu azotowego. Stężenie kwasu w elektrolicie nie może byd za duże, gdyż uniemożliwiłoby to ilościowe wydzielanie się miedzi z roztworu. Korzystny wpływ kwasu azotowego na przebieg elektrolitycznego oznaczania miedzi polega na jego depolaryzacyjnym działaniu na katodzie. Otrzymany na katodzie osad miedzi powinien mied zabarwienie łososiowo-różowe. Zaciemnienie osadu wskazuje na osadzanie się wraz z miedzią innych metali o stosunkowo niewysokim potencjale wydzielania lub może byd wynikiem częściowego utleniania się miedzi. Metale przeszkadzające: Ag, Hg, Bi, Sb, Sn, As, Te. Nikiel wydziela się z roztworów na katodzie w środowisku dośd silnie amoniakalnym. Reakcja redukcji kompleksu heksaaminoniklawego przebiega wg równania: [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ + 2e Ni 0 + 6NH 3 (6) W tych warunkach powstaje srebrzystoszary osad, dobrze przylegający do elektrody platynowej. Roztwór poddawany elektrolizie nie powinien zawierad chlorków i azotanów. Usuwa się je przez odparowanie roztworu z kwasem siarkowym do białych dymów. Obecnośd siarczanów w roztworze nie wpływa na przebieg elektrolizy. Metale przeszkadzające: Zn, Fe, V, W, Mo, Al, Co. Drugą metodą służącą do oznaczania składu stopów stosowaną w tym dwiczeniu będzie miareczkowanie kompleksometryczne. Miareczkowanie kompleksometryczne polega na tym, że do roztworu zawierającego pewną nieokreśloną ilośd składnika nieoznaczonego, dodajemy mianowanego roztworu odczynnika miareczkującego (za pomocą biurety z dokładnością do 0,05 cm 3, co odpowiada objętości 1 kropli), który z substancją oznaczaną stechiometrycznie wchodzi w określoną reakcję chemiczną. Roztwór użyty do miareczkowania ma ściśle określone stężenie, a wkrapla się go w ilości chemicznie równoważnej składnikowi oznaczanemu w roztworze. W czasie miareczkowania ważna jest: dokładna znajomośd stężenia odczynnika miareczkującego, właściwe rozpoznanie punktu koocowego miareczkowania, a także znajomośd równania stechiometrycznego reakcji zachodzącej podczas tego procesu pomiędzy substancją oznaczaną a użytym odczynnikiem. Do miareczkowego oznaczania pierwiastków wykorzystuje się często reakcje kompleksowania. Głównym i najczęściej stosowanym jest kwas etylenodiaminotetraoctowy. Kwas ten i jego sól dwusodowa są powszechnie oznaczane skrótem EDTA (rys. 1). 2

HOOC CH 2 N CH 2 CH 2 HOOC CH 2 CH 2 COOH Rysunek 1. Wzór strukturalny EDTA. N CH 2 COOH EDTA reaguje z jonami metali w stosunku molowym 1 : 1, niezależnie od wartościowości jonu metalu. Sześd ligandów jednej cząsteczki EDTA (2 atomy azotu i 4 atomy tlenu) wysyca koordynacyjnie atom metalu (rys. 2). Rysunek 2. Struktura kompleksu EDTA z jonem metalu. Kompleksy EDTA z metalami są bezbarwne lub barwne (jeżeli metal wchodzący w skład kompleksu ma właściwości chromoforowe, np. żelazo, chrom, miedź, nikiel). Zastępując wzór kwasu etylenodiaminotetraoctowego skrótem H 4 Y, jego reakcję z jonami metali w środowisku obojętnym można zapisad w postaci równania ogólnego: Me n+ + H 2 Y 2- MeY (n-4)+ + 2H + Koniec miareczkowania roztworami EDTA rozpoznaje się przy użyciu wskaźników kompleksometrycznych. Najczęściej stosowanym wskaźnikiem w miareczkowaniach z EDTA jest mureksyd. Jest to barwnik o wzorze: Rysunek 3. Wzór strukturalny mureksydu. W zależności od ph przybiera barwę żółtą, czerwono-fiołkową aż po fioletową. Zagadnienia do przygotowania: 1. Co to jest stop? 2. Na czym polega zjawisko elektrolizy? 3. Na czym polega miareczkowanie kompleksometryczne? 3

Wykonanie ćwiczenia: a) Rozpuszczenie stopu: 1. Na wadze analitycznej odważyd (dokładnością do 0,0001 g) próbkę ok. 0,2 g stopu Cu- Ni. 2. Elektrodę platynową (katodę) zważyd na wadze analitycznej z dokładnością do 0,0001 g. 3. Roztworzyd stop, w tym celu odważoną próbkę umieścid w zlewce, a następnie pod dygestorium (pamiętać o okularach ochronnych!!!) ostrożnie wlad do niej ok. 10 cm 3 stęż. HNO 3 (aż do całkowitego rozpuszczenia osadu). b) Oznaczenie miedzi: 4. Do otrzymanego roztworu dodad ok. 5 cm 3 stęż. H 2 SO 4 (pamiętać o okularach ochronnych!!!). 5. Zlewkę umieścid na maszynce elektrycznej i ogrzewad do momentu pojawienia się białych dymów (odpędzenie nadmiaru kwasu azotowego w postaci tlenków azotu - bure dymy). 6. Roztwór ostudzid (koniecznie!) 7. Po ostudzeniu, do roztworu dodawad bardzo ostrożnie wodę destylowaną do obj. ok. 200 cm 3. 8. Roztwór ponownie ogrzad (do ok. 80 o C). 9. Stosując mieszanie roztworu (włączyd mieszadło magnetyczne) przeprowadzid elektrolizę przy natężeniu prądu 1-2 A i napięciu powyżej 2 V. Orientacyjny czas trwania elektrolizy przewidzied na podstawie prawa Faradaya. Po tym czasie należy sprawdzid, czy miedź całkowicie wydzieliła się z roztworu. Można to jakościowo oszacowad zanurzając elektrody głębiej w elektrolicie i obserwując czy osadza się nowa warstewka miedzi na świeżo zanurzonej powierzchni platyny. Dokładniej, obecnośd lub brak miedzi w elektrolicie sprawdzid za pomocą tzw. reakcji kroplowej. W tym celu pobrad kroplę roztworu elektrolitu (nie więcej ze względu na oznaczanie w roztworze również niklu) i umieścid np. na szkiełku zegarkowym. Do kropli elektrolitu dodad kroplę roztworu heksacyjanożelazianu(iii) potasu (K 3 [Fe(CN) 6 ]). W przypadku obecności miedzi powstaje czerwono-brunatne zabarwienie. 10. Po zakooczeniu elektrolizy katodę z wydzieloną miedzią należy wyjąd i przemyd wodą destylowaną nie wyłączając prądu (wyłączenie za wcześnie może spowodowad rozpuszczenie się części miedzi w kwaśnym elektrolicie). Katodę z osadem dodatkowo przepłukad w alkoholu oraz dokładnie wysuszyd (suszarka). 11. Po ostudzeniu, zważyd (z dokładnością 0,0001 g) na wadze analitycznej. c) Oznaczanie niklu: 1. Pozostały po elektrolizie miedzi roztwór przenieśd ilościowo do kolby miarowej o pojemności 500 cm 3 (zlewkę, w której znajdował się roztwór dokładnie wypłukad wodą destylowaną przenosząc pozostałośd do tej samej kolby). Kolbę uzupełnid wodą destylowaną do kreski i całośd dokładnie wymieszad. 2. Z tak przygotowanego roztworu pobrad pipetą do kolb stożkowych o pojemności 250 cm 3 trzy równoległe próbki po 25 cm 3 każda. 4

3. Z cylindra miarowego dodad do każdej kolby po 10 cm 3 roztworu NH 4 OH rozcieoczonego z wodą w stosunku 1:1. 4. Do każdej próbki dodawad kroplami odpowiednio przygotowany wcześniej roztwór mureksydu aż do uzyskania żółtego zabarwienia. 5. Miareczkowad powoli roztworem EDTA o stężeniu 0,025 mol/dm 3. Opracowanie wyników: 1. Na postawie prawa Faradaya obliczyd teoretyczny czas trwania elektrolizy potrzebny na całkowite wydzielenie miedzi z roztworu i porównad go z czasem rzeczywistym prowadzonego eksperymentu. Wyjaśnid rozbieżności. 2. Zapisad reakcje elektrodowe (anodowe i katodowe) przebiegające w trakcie elektrolizy badanego roztworu. 3. Wyznaczyd masę miedzi wydzieloną na elektrodzie platynowej. 4. Dokonad obliczeo stężenia molowego jonów niklu w miareczkowanej próbce, wiedząc, że EDTA reaguje z Ni 2+ w stosunku molowym 1:1. Podad dokładnośd tego oznaczenia. 5. Określid masę niklu w badanej próbce. 6. Podad zawartośd Cu i Ni w % wagowych w badanym stopie i wyjaśnid dlaczego suma % wagowych nie wynosi 100%. 7. Podad wnioski koocowe. 5