Treść zadania

Najlepsze rozwiązanie

• 

  0 0

  Konto usunięte 22.1.2011 (11:07)

  Analiza stopu na osnowie miedzi
  /opracował dr L. Duda/
  
  Mosiądz. Główne składniki: miedź – 50-70% i cynk – 20-40%
  Dodatki: Sn, Pb, Fe, Al, Ni, Mn, suma < 10%
  
  Brąz. Główne składniki: Cu – 60-85%, Sn – 5-12%, Pb – 4-10%
  Dodatki: Fe, Zn, Sb, Al, Ni, suma < 1,5%
  
  Kolejność oznaczania: Sn, Pb, Cu, Fe(Al) i inne
  
  
  Roztwarzanie stopu
  Wszystkie składniki mosiądzu i brązu można oznaczyć z jednej naważki. Odważyć dokładnie ok.1 g stopu, umieścić w zlewce o pojemności 250 cm3, dodać 4-5 cm3 stężonego kwasu azotowego (pod wyciągiem) i od czasu do czasu mieszając poczekać, aż stop roztworzy się całkowicie. Dopiero wtedy dodać ok. 50 cm3 wody i energicznie zamieszać. Gdy nad roztworem nie będzie już brązowych oparów tlenków azotu, zlewkę można przenieść na swoje stanowisko pracy. Jeśli roztwór jest zupełnie klarowny możemy przyjąć, że w analizowanym stopie brak cyny i możemy przejść do wykonywania punktu następnego, czyli oznaczania ołowiu. Biały osad, bądź zmętnienie wskazuje na obecność cyny w analizowanym stopie.
  
  
  Oznaczanie cyny
  Roztwór po roztworzeniu stopu ogrzewać przez około godzinę (pod przykryciem, nie do wrzenia), aby zapewnić ilościowe wydzielenie kwasu -cynowego. Pod koniec ogrzewania dodać nieco rozwłóknionej bibuły, uzupełnić wodą do ok. 100 cm3 i ogrzewać jeszcze ok. 15 min., po czym odsączyć osad na twardym sączku i przemyć ok. 1% roztworem HNO3. Sączek z osadem umieścić w zważonym tyglu porcelanowym, wysuszyć, spopielić i wyprażyć w temperaturze 900oC do stałej masy.
  
  
  Oznaczanie ołowiu
  Jeśli zawartość ołowiu w stopie jest większa niż 1% należy go oznaczać metodą wagową lub miareczkowo. Jeśli jest mniejsza, można oznaczyć elektrolitycznie razem z miedzią na anodzie w postaci siatki (lecz tylko za zgodą prowadzącego zajęcia).
  Przesącz po oddzieleniu kwasu -cynowego umieścić w zlewce, dodać 3-4 cm3 stężonego H2SO4 i odparować do „białych dymów” tj. do ok. 10 cm3, ciągle mieszając (roztwór ma tendencję do przegrzewania). Po ostudzeniu roztwór z osadem pozostawić w chłodnym miejscu, np. w wodzie z lodem przez godzinę. Otrzymany osad PbSO4 powinien być biały. Jeśli jest niebieski, oznacza to, że zawiera CuSO4. Osad siarczanu miedzi należy rozpuścić dodając minimalną ilość wody i ochłodzić. Osad przesączyć przez twardy sączek i przemyć 0,5 M zimnym roztworem H2SO4. Przesącz pozostawić do oznaczania innych metali (Cu, Zn, Fe, Al, Ni...)
  Sączek z osadem umieścić w zlewce zawierającej ok. 50 cm3 40% CH3COONH4 i łagodnie ogrzewać przez ok. 15 min., stale mieszając. Przesączyć przez miękki sączek i przemyć gorącą wodą. Do przesączu dodać parę kropli 6 M CH3COOH, ogrzać do wrzenia i dodać 10 cm3 0,1 M roztworu K2CrO4. Roztwór z osadem ogrzewać przez ok. 15 minut. Po ostygnięciu odsączyć osad w tyglu szklanym G4 i przemyć wodą w celu usunięcia jonów chromianowych. Tygiel z osadem suszyć w temperaturze 110-120oC do stałej masy.
  Ołów można także oznaczyć wagowo w postaci PbSO4. Prażenie osadu należy przeprowadzać w temperaturze ok.600oC.
  
  
  Oznaczanie miedzi
  Miedź w stopach, w których jest głównym składnikiem najczęściej jest oznaczana metodą elektrolityczną. Wydzielony elektrolitycznie osad powinien mieć strukturę ścisłą i dobrze przylegać do elektrody, aby można go było przemyć, wysuszyć i zważyć bez strat. Wymaganą strukturę metalu można uzyskać przy odpowiednich warunkach przebiegu elektrolizy:
  a) duża powierzchnia elektrody, na której osadzamy oznaczany metal (siatka Pt),
  b) temperatura roztworu ok. 80oC (temp. zwiększa szybkość dyfuzji jonów ulegających rozładowaniu),
  c) energiczne mieszanie (zmniejsza grubość warstwy dyfuzyjnej wokół elektrody).
  W elektrolizowanym roztworze zawartość miedzi nie powinna przekraczać 0,4 g. W przypadku brązów, które mogą zawierać ponad 80% miedzi, do elektrolizy zaleca się brać tylko część roztworu. W tym celu, przesącz po oddzieleniu ołowiu rozcieńczyć w kolbie do 250 (200) cm3 i do analizy pobrać 100-150 cm3. Elektrolizowany roztwór powinien mieć taką objętość, aby zanurzona w nim siatkowa elektroda wystawała ok. 0,5 cm nad jego powierzchnię.
  
  Sposób wykonania
  Ogrzać roztwór do około 80oC i przeprowadzić elektrolizę przy natężeniu prądu 1-2 A i napięciu 2-2,5 V. Gdy roztwór ulegnie odbarwieniu (po upływie 30-60 minut), co wskazuje na wydzielenie się z roztworu prawie całej miedzi, zwiększyć napięcie do 2,5-3 V i prowadzić elektrolizę jeszcze przez około 10 minut. Całkowitość wydzielenia miedzi z roztworu można sprawdzić, dodając nieco wody lub zanurzając elektrody głębiej w elektrolicie i obserwując, czy po 5-10 minutach osadza się nowa warstewka miedzi na świeżo zanurzonej powierzchni platyny. Po zakończeniu elektrolizy należy podnieść elektrody ponad powierzchnię roztworu i przemyć wstępnie wodą destylowaną nie wyłączając prądu. Zbyt wczesne wyłączenie może spowodować roztworzenie się części miedzi w kwaśnym elektrolicie. Wyłączyć elektrolizer katodę z osadem miedzi po odłączeniu od elektrolizera dokładnie przepłukać wodą a następnie metanolem, po czym suszyć przez kilka minut w temperaturze 110oC. Po ostudzeniu zważyć na wadze analitycznej. Usunąć miedź z platynowej elektrody przez roztworzenie w stężonym kwasie azotowym, spłukać katodę wodą, potem alkoholem, wysuszyć i zważyć. Z różnicy mas otrzymuje się zawartość miedzi.
  
  Uwagi
  1. Jeśli roztwór po oddzieleniu cyny nie był odparowany „prawie do sucha” tylko do objętości ok. 10 cm,3 dodatek NH4NO3 nie jest potrzebny.
  2. Obecność w roztworze niewielkich ilości jonów NO3– jest korzystna ze względu na jego depolaryzacyjne działanie na katodzie (nie wydziela się wodór, lepsza jakość osadzanej miedzi) pod warunkiem, że w skład stopu nie wchodzi żelazo.
  3. Obecność jonów Fe3+ w roztworze przeszkadza przy oznaczaniu miedzi, ponieważ są one redukowane na katodzie do Fe2+ a te mogą redukować jony NO3– do NO2–. W roztworze kwasu azotowego (III) miedź osadzana na katodzie ulega roztwarzaniu. Aby temu zapobiec należy dodać niewielką ilość kwasu winowego w celu skompleksowania jonów żelaza. Obecność jonów Ni2+, Co2+, Zn2+, Al3+ nie przeszkadza w elektrolitycznym oznaczaniu miedzi.
  4. Dodatek jakichkolwiek związków do elektrolizowanego roztworu należy ograniczyć do minimum, ponieważ ich obecność wpływa niekorzystnie na dokładność oznaczania cynku metodą kompleksometryczną za pomocą EDTA.
  
  
  Oznaczanie żelaza
  Do roztworu po elektrolizie dodać kilka kropel perhydrolu, ogrzać prawie do wrzenia i dodawać powoli amoniak do zobojętnienia (pH ok. 6). Nie powinien przy tym zacząć wytrącać się osad wodorotlenku cynku. Wydzielony osad wodorotlenku żelaza(III) odsączyć, przemyć gorącą wodą i roztworzyć w możliwie niewielkiej ilości gorącego 2 M kwasu solnego. Rozcieńczyć roztwór wodą do 25 cm3 i ponownie strącić amoniakiem Fe(OH)3, nie przekraczając przy tym pH 6. Osad odsączyć na sączku z bibuły i przemyć gorącą wodą. Przesącz dołączyć do głównego przesączu zawierającego cynk.
  Osad wodorotlenku żelaza(III) roztworzyć w gorącym 2 M kwasie solnym. Klarowny roztwór rozcieńczyć wodą w kolbie miarowej do 250 cm3. w części tego roztworu oznaczyć żelazo kolorymetrycznie za pomocą kwasu sulfosalicylowego lub o-fenantroliny. Gdy zawartość żelaza w stopie jest duża (kilka procent), można je oznaczyć redoksymetrycznie.
  
  
  Oznaczanie cynku
  Metoda wagowa
  Przesącz po oddzieleniu Fe(OH)3 uzupełnić wodą do objętości 150-200 cm3, dodać kilka kropel 0,1 % roztworu czerwieni metylowej i przy pomocy amoniaku lub kwasu solnego ustalić pH roztworu na około 6 (przy takim pH czerwień metylowa przechodzi w postać żółtą). Ogrzać roztwór prawie do wrzenia i dodać powoli 30 cm3 świeżo przyrządzonego 20% roztworu (NH4)2HPO4. Roztwór z wydzielonym osadem ogrzewać 30 minut, nie doprowadzając go jednak do wrzenia. Roztwór nad zebranym na dnie zlewki osadem powinien być żółty. Po upływie godziny odsączyć osad na sączku z bibuły i przemyć go 1% roztworem (NH4)2HPO4 do usunięcia jonów chlorkowych. W celu usunięcia nadmiaru fosforanu amonu przemyć osad mieszaniną alkoholu z wodą (1+1). Spopielić sączek w niskiej temperaturze w tyglu porcelanowym, po czym prażyć osad w 900oC do stałej masy.
  Można też oznaczać cynk w postaci NH4ZnPO4, oddzielając osad w tyglu do sączenia G4 i susząc w temperaturze 110oC.
  
  Metoda kompleksometryczne
  a) miareczkowanie wobec czerni eriochromowej T
  Przesącz po oddzieleniu wodorotlenku żelaza rozcieńczyć w kolbie miarowej wodą do objętości 250 cm3. Jeśli elektrolizę miedzi prowadzono z całości roztworu po oddzieleniu cyny i ołowiu, to w celu oznaczenia zawartości cynku należy odpipetować 5-10 cm3 w przypadku mosiądzu lub 10-25 cm3 jeśli analizowanym stopem był brąz. W przypadku, gdy do elektrolizy miedzi brano tylko część roztworu po oddzieleniu cyny i ołowiu, do analizy cynku należy pobierać objętości uwzględniające rozcieńczenia, czyli odpowiednio 10-25 cm3 mosiądz i 25-50 cm3 brąz. Następnie dodać wody destylowanej do objętości ok.100 cm3, 5cm3 buforu amonowego (pH=10) i czerni eriochromowej T. Miareczkować mianowanym roztworem EDTA o stężeniu 0,02-0,1 mol/dm3 do zmiany zabarwienia z fioletowego na niebieski.
  
  b) miareczkowanie wobec PAN [1-(2-pirydylazo)-2-naftol]
  Analizowany roztwór powinien zawierać 5-25 mg cynku. pH roztworu reguluje się za pomocą buforu octanowego (pH=5.7), dodając 5 cm3 buforu i 3-4 krople wskaźnika. .Miareczkować należy 0,05-0,1 mol/dm3 roztworem EDTA do zmiany barwy z różowej na żółtą.
  
  
  Oznaczanie niklu
  Nikiel w stopach można oznaczyć z dużą dokładnością metodą wagową za pomocą dimetyloglioksymu. Oprócz niklu jeszcze tylko pallad tworzy z dimetyloglioksymem trudno rozpuszczalny związek. Inne metale, jak Fe(III), Co(II), Cu(II), tworzą barwne rozpuszczalne kompleksy. Metale wydzielające się w postaci wodorotlenków przy pH strącania niklu np. Fe(III) i Al(III) można maskować winianami bądź oddzielić ilościowo od niklu, strącając je w postaci wodorotlenków przy niskim pH (tj. ok. 5) w obecności buforu octanowego.
  
  Sposób wykonania
  Analizowany roztwór (pH ok. 1), zawierający nie więcej niż 30 mg niklu, rozcieńczyć w zlewce do objętości ok. 150 cm3 ogrzać do temperatury ok. 60oC i dodać 20 cm3 1% alkoholowego roztworu dimetyloglioksymu. Mieszając, dodawać kroplami stężony roztwór wody amoniakalnej do odczynu lekko zasadowego. Zlewkę przykryć szkiełkiem zegarkowym i ogrzewać ok. 30 minut w temperaturze ok. 60oC, po czym odsączyć osad w tyglu szklanym (G4), przemyć wodą i wysuszyć w temperaturze 110-120 oC do stałej masy.
  
  
  Oznaczanie glinu
  Zawartość glinu w stopach na osnowie miedzi (mosiądz) może wynosić od 2 do 10%. Glin oznacza się najczęściej metodą wagową, po oddzieleniu miedzi, razem z żelazem, w postaci mieszaniny tlenków Al2O3 + Fe2O3. Żelazo oznacza się wtedy kolorymetrycznie lub metodą redoksymetryczną.
  
  
  
  
  
  
  Zagadnienia obowiązujące do kolokwium lub kartkówki:
  
  1. Reakcje roztwarzania metali w kwasach i zasadach
  2. Metody oznaczania cyny
  3. Metody oznaczania miedzi
  4. Metody oznaczania ołowiu
  5. Metody oznaczana żelaza
  6. Metody oznaczania cynku
  7. Elektroliza: elektrolityczne oznaczanie miedzi, reakcje zachodzące na elektrodach podczas elektrolizy roztworów zawierających jony Cu2+ i Pb2+ i kwas siarkowy (IV)
  8. Spektrofotometryczne metody oznaczania żelaza
  9. Analiza mosiądzu, rekcje zachodzące podczas roztwarzania stopu w stężonym kwasie azotowym, tok analizy
  10. Analiza brązu, rekcje zachodzące podczas roztwarzania stopu w stężonym kwasie azotowym, tok analizy
  11. Podstawowe rodzaje stopów i ich główne składniki
  Oczękuje na naj...?

  Dodawanie komentarzy zablokowane - Zgłoś nadużycie