Навеску феррита, состоящего из Fe2O3, NiO и Al2O3, массой 0,5192 г растворили, отделили железо экстракцией эфиром в виде купфероната и приготовили 100,0 мл раствора. Для определения суммы никеля и алюминия в пробе объёмом 20,00 мл к ней добавили 50,00 мл 0,05 М ЭДТА (К = 0,9815), избыток которого оттитровали 18,12 мл 0,05 М ZnSO4 (К = 1,071). Затем в той же пробе замаскировали алюминий с помощью KF и на титрование выделившегося ЭДТА затратили 16,48 мл того же раствора ZnSO4. Определить массовую долю (%) оксидов в феррите.
Дано: тН = 0,5192 г; Vp-pa = 100,0 мл; Vал = 20,00 мл; V(ЭДТА) = 50,00 мл; СМ(ЭДТА) = 0,05 М; К1 = 0,9815; V(ZnSO4)1 = 18,12 мл; СМ(ZnSO4) = 0,05 М; К2 = 1,071; V(ZnSO4)2 = 16,48 мл.
Найти: ω(Fe2O3), ω(NiO); ω(Al2O3) - ?
Ответ
ω(NiO) = 43,24 %; ω(Al2О3) = 43,30; ω(Fe2O3) = 13,46.
Решение
Ионы никеля и алюминия реагируют с ЭДТА по уравнению
Ni2+ + H2Y2- = NiY2- + 2H+;
Al3+ + H2Y2- = AlY- + 2H+.
Избыток ЭДТА реагирует с сульфатом цинка по уравнению
Zn2+ + H2Y2- = ZnY2- + 2H+.
Сумму ионов никеля и алюминия определяем методом обратного титрования. Так как комплексы металлов с ЭДТА образуются в соотношении 1 : 1, то вместо молярной концентрации эквивалента можно при вычислениях использовать молярные концентрации, а вместо числа молей эквивалентов – число молей веществ, участвующих в реакции.
Суммарное число молей никеля и алюминия равно
п(Ni2+) + п(Al3+) = п(ЭДТА) – п(ZnSO4)1,
где п(Ni2+) – число молей Ni2+ в аликвоте раствора, взятой для анализа, моль;
п(Al3+) – число молей Al3+ в аликвоте раствора, взятой для анализа, моль;
п(ЭДТА) – число молей ЭДТА, добавленных к аликвоте раствора пробы, моль;
п(ZnSO4)1 – число молей ZnSO4, пошедших на титрование избытка ЭДТА, моль.
Число молей ЭДТА, добавленных к аликвоте раствора пробы, равно
п(ЭДТА) = СМ(ЭДТА)∙К1∙V(ЭДТА)∙10-3,
где СМ(ЭДТА) – молярная концентрация раствора ЭДТА, 0,05 М;
К1 – поправочный коэффициент раствора ЭДТА, равен 0,9815;
V(ЭДТА) – объём раствора ЭДТА, добавленный к аликвоте пробы 50,00 мл
Число молей ZnSO4, затраченных на титрование избытка ЭДТА, равно
п(ZnSO4)1 = СМ(ZnSO4)∙К2∙V(ZnSO4)1∙10-3,
где СМ(ZnSO4) – молярная концентрация раствора ZnSO4, равна 0,05 моль/л;
К2 – поправочный коэффициент раствора ZnSO4, равен 1,071;
V(ZnSO4)1 – объём раствора ZnSO4, затраченный на титрование избытка ЭДТА, равен 18,12 мл.
Подставим эти выражения в формулу для суммы числа молей никеля и алюминия:
п(Ni2+) + п(Al3+) = [СМ(ЭДТА)∙К1∙V(ЭДТА) – СМ(ZnSO4)∙К2∙V(ZnSO4)1]∙10-3;
п(Ni2+) + п(Al3+) = (0,05∙0,9815∙50,00 – 0,05∙1,071∙18,12)∙10-3 = 1,483∙10-3 (моль)
В результате добавления в раствор KF прошла реакция
AlY- + 2H+ + 6F- = AlF63- + H2Y2-.
Число молей алюминия определяем методом заместительного титрования
. Число молей выделившейся ЭДТА равно числу молей ионов Al3+ и равно числу молей раствора ZnSO4, затраченному в процессе второго титрования:
п(Al3+) = п(ЭДТА)2 = п(ZnSO4)2,
где п(Al3+) – число молей Al3+ в аликвоте раствора, взятой для анализа, моль;
п(ЭДТА)2 – число молей ЭДТА, вытесненных в процессе маскирования, моль;
п(ZnSO4)2 – число молей ZnSO4, затраченных в ходе второго титрования, моль.
п(ZnSO4)2 = СМ(ZnSO4)∙К2∙V(ZnSO4)2∙10-3,
где СМ(ZnSO4) – молярная концентрация раствора ZnSO4, равна 0,05 моль/л;
К2 – поправочный коэффициент раствора ZnSO4, равен 1,071;
V(ZnSO4)2 – объём раствора ZnSO4, затраченный на второе титрование ЭДТА, равен 16,48 мл.
п(Al3+) = СМ(ZnSO4)∙К2∙V(ZnSO4)2∙10-3;
п(Al3+) = 0,05∙1,071∙16,48∙10-3 = 0,882∙10-3 (моль).
Число молей ионов никеля в аликвоте раствора равно
п(Ni2+) = (п(Ni2+) + п(Al3+)) - п(Al3+);
п(Ni2+) = 1,483∙10-3 - 0,882∙10-3 = 0,601∙10-3 (моль).
Число молей ионов никеля во всем растворе равно
п(Ni2+)0 = п(Ni2+)∙Vp-pa/Vал,
где п(Ni2+) – число молей ионов никеля в аликвоте, равно 0,601∙10-3 моль;
Vp-pa – объём раствора пробы, равен 100,0 мл;
Vал – объём аликвоты, взятой для титрования, 20,00 мл.
п(Ni2+)0 = 0,601∙10-3∙100,0/20,00 = 3,005∙10-3 (моль).
Так как в состав 1 моля оксида никеля NiO входит 1 моль ионов Ni2+, то число молей оксида никеля также равно
п(NiО)0 = п(Ni2+)0 = 3,005∙10-3 моль.
Масса оксида никеля этого количества молей равна
т(NiО) = М(NiО)∙п(NiО)0,
где М(NiО) – молярная масса NiО, равна 58,70 + 16,00 = 74,70 г/моль;
п(NiО)0 – число молей оксида в пробе, равно 3,005∙10-3 моль.
т(NiО) = 74,70∙3,005∙10-3 = 0,2245 (г).
Массовая доля NiО равна
ω(NiO) = т(NiО)∙100/тН,
где т(NiО) – масса оксида никеля, 0,2245 г;
тН – масса навески, равна 0,5192 г.
ω(NiO) = 0,2245∙100/0,5192 = 43,24 (%).
Число молей ионов алюминия во всем растворе равно
п(Al3+)0 = п(Al3+)∙Vp-pa/Vал,
где п(Al3+) – число молей ионов адюминия в аликвоте, равно 0,882∙10-3 моль;
Vp-pa – объём раствора пробы, равен 100,0 мл;
Vал – объём аликвоты, взятой для титрования, 20,00 мл.
п(Al3+)0 = 0,882∙10-3∙100,0/20,00 = 4,410∙10-3 (моль).
Так как в состав 1 моля оксида алюминия входит 2 моля ионов Al3+, то число молей оксида алюминия равно
п(Al2О3)0 = п(Al3+)0/2 = 4,410∙10-3/2 = 2,205∙10-3 (моль).
Масса оксида алюминия этого количества молей равна
т(Al2О3) = М(Al2О3)∙п(Al2О3)0,
где М(Al2О3) – молярная масса Al2О3, равна 26,98∙2 + 16,00∙3 = 101,96 г/моль;
п(Al2О3)0 – число молей оксида в пробе, равно 2,205∙10-3 моль.
т(Al2О3) = 101,96∙2,205∙10-3 = 0,2248 (г).
Массовая доля Al2О3 равна
ω(Al2О3) = т(Al2О3)∙100/тН,
где т(Al2О3) – масса оксида алюминия, 0,2248 г;
тН – масса навески, равна 0,5192 г.
ω(Al2О3) = 0,2248∙100/0,5192 = 43,30 (%).
Массовая доля оксида железа равна
ω(Fe2O3) = 100 - ω(NiO) - ω(Al2О3);
ω(Fe2O3) = 100 - 43,24 - 43,30 = 13,46 (%).
Ответ: ω(NiO) = 43,24 %; ω(Al2О3) = 43,30; ω(Fe2O3) = 13,46.
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
