Анализ хромсодержащего материала

9 заданий

Путь хрома в анализе

Анализ любого хромсодержащего материала — хромита, стали, хромового дубителя, шлама гальваники — идёт по одной схеме.

Перевод в раствор. Хромит не растворяется в кислотах — его сплавляют с пероксидом натрия. Сталь растворяют в смеси кислот.
Перевод в одну степень окисления. Весь хром окисляют до Cr(VI): в кислой среде — персульфатом аммония с катализатором \(\ce{Ag+}\), в щелочной — пероксидом водорода или натрия. Избыток окислителя обязательно разрушают кипячением — иначе он тоже окислит титрант.
Титрование. Дихромат восстанавливают известным количеством \(\ce{Fe^2+}\).

scienceРеакции анализа

\(\ce{2FeCr2O4 + 7Na2O2 ->[t] 4Na2CrO4 + Fe2O3 + 3Na2O}\).
\(\ce{2Cr^3+ + 3S2O8^2- + 7H2O ->[Ag+] Cr2O7^2- + 6SO4^2- + 14H+}\).
\(\ce{2S2O8^2- + 2H2O ->[кипячение] 4SO4^2- + O2 ^ + 4H+}\) — разрушение избытка персульфата.
\(\ce{Cr2O7^2- + 6Fe^2+ + 14H+ -> 2Cr^3+ + 6Fe^3+ + 7H2O}\).
\(\ce{MnO4- + 5Fe^2+ + 8H+ -> Mn^2+ + 5Fe^3+ + 4H2O}\) — обратное титрование избытка \(\ce{Fe^2+}\).

boltЭлемент или соединение?

Результат анализа выражают в той форме, которую просят: хром, \(\ce{Cr2O3}\), \(\ce{K2Cr2O7}\). Пересчёт — через количество хрома: \(w(\ce{Cr2O3}) = w(\ce{Cr})\cdot\dfrac{151{,}99}{2\cdot52{,}00}\). Геологи обычно пишут \(\ce{Cr2O3}\), металлурги — Cr.

Обратное титрование

Дихромат не всегда удобно титровать прямо (переход окраски зелёного Cr(III) мешает видеть индикатор). Поэтому часто добавляют избыток соли Мора в точном количестве, а непрореагировавший \(\ce{Fe^2+}\) дотитровывают перманганатом:

\[n(\ce{Fe^2+})_\text{на хром} = c_1V_1 - 5c_2V_2, \qquad n(\ce{Cr}) = \dfrac{n(\ce{Fe^2+})_\text{на хром}}{3}.\]

edit_noteОбратное титрование

Добавлено 50,00 мл 0,1000 М \(\ce{Fe^2+}\) (5,000 ммоль); на избыток ушло 10,00 мл 0,0200 М \(\ce{KMnO4}\) — это \(5\cdot0{,}200 = 1{,}000\) ммоль \(\ce{Fe^2+}\). На хром — 4,000 ммоль \(\ce{Fe^2+}\), то есть 1,333 ммоль Cr (69,3 мг).

errorДве частые ошибки

1) Забыть множитель 5 для перманганата при пересчёте на железо. 2) Разделить количество железа на 6 вместо 3, путая «на дихромат-ион» и «на атом хрома». Проверяйте размерность: сколько электронов принимает именно та частица, количество которой вы ищете.

Иодометрия дихромата

Дихромат можно определить и иодометрически: в кислой среде он окисляет избыток иодида, а выделившийся иод титруют тиосульфатом с крахмалом:

\[\ce{Cr2O7^2- + 6I- + 14H+ -> 2Cr^3+ + 3I2 + 7H2O}, \qquad \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I- + S4O6^2-}.\]

Итого: 1 \(\ce{Cr2O7^2-}\) ↔ 3 \(\ce{I2}\) ↔ 6 \(\ce{S2O3^2-}\). Реакция дихромата с иодидом идёт не мгновенно — раствор выдерживают 5 минут в темноте.

Так же, наоборот, по точной навеске \(\ce{K2Cr2O7}\) устанавливают концентрацию тиосульфата: дихромат — первичный стандарт иодометрии.

auto_awesomeХром в гальванике

Хромирование ведут из растворов \(\ce{CrO3}\) в серной кислоте: на катоде Cr(VI) восстанавливается до металла (шесть электронов на атом!), выход по току — лишь 10–20 %, остальное — водород. Отработанные растворы и промывные воды обезвреживают восстановлением до Cr(III) (сульфитом, \(\ce{FeSO4}\)) и осаждением \(\ce{Cr(OH)3}\).

boltПроверка ответа

Чистота реактива не может превышать 100 %. Если получилось 196 % — скорее всего, разделили на 3 вместо 6; если 49 % — умножили лишнее.

push_pinГлавное

Схема анализа: (1) разложение — сплавление хромита с \(\ce{Na2O2}\) или растворение стали в кислотах; (2) перевод всего хрома в Cr(VI) — персульфатом с \(\ce{Ag+}\) (кислая среда) или пероксидом (щелочная), избыток окислителя разрушают кипячением; (3) титрование: прямое — солью Мора, обратное — избыток \(\ce{Fe^2+}\) дотитровывают перманганатом, иодометрическое — \(\ce{Cr2O7^2- -> 3I2 -> 6S2O3^2-}\). Соотношения: Cr(VI) → Cr(III) — 3 электрона на атом, 6 — на дихромат-ион. Пересчёт: \(w(\ce{Cr}) = w(\ce{Cr2O3})\cdot\dfrac{104{,}0}{151{,}99}\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.