Анализ сплава на основе железа

9 заданий

Схема анализа

Нержавеющая сталь, инвар, нихром, ферросплавы — все это сплавы на основе железа с Cr, Ni, Mn, Co, Mo, V. Анализ строят так, чтобы каждый металл определить своим избирательным методом.

Растворение: сталь — в смеси соляной и азотной кислот (нержавеющая пассивна в одной азотной).
Разделение по группам:
избыток аммиака осаждает \(\ce{Fe(OH)3}\), \(\ce{Cr(OH)3}\), \(\ce{Al(OH)3}\); в растворе остаются аммиакаты Ni, Co, Cu, Zn;
NaOH с \(\ce{H2O2}\) осаждает \(\ce{Fe(OH)3}\), \(\ce{Ni(OH)2}\), \(\ce{MnO(OH)2}\), \(\ce{CoO(OH)}\); хром уходит в раствор как хромат, алюминий — как алюминат.
Маскирование вместо разделения: винная кислота (тартрат) удерживает железо в растворе при подщелачивании — и никель можно осадить диметилглиоксимом прямо из раствора стали.

scienceРазделение

\(\ce{Fe^3+ + 3NH3 + 3H2O -> Fe(OH)3 v + 3NH4+}\).
\(\ce{Ni^2+ + 6NH3 -> [Ni(NH3)6]^2+}\).
\(\ce{2Cr^3+ + 3H2O2 + 10OH- -> 2CrO4^2- + 8H2O}\).
\(\ce{Al^3+ + 4OH- -> [Al(OH)4]-}\).

boltКонтроль анализа

Сумма массовых долей всех определённых металлов должна быть близка к 100 % (с учётом углерода, кремния и т. д.). Если сумма 103 % — где-то ошибка или мешающее влияние; если 90 % — не определён какой-то компонент.

Железо, никель, хром

Сквозной расчёт: каждый металл — своя цепочка.

Железо: \(n(\ce{Fe}) = 5\,c(\ce{KMnO4})V\).
Никель: \(m(\ce{Ni}) = m(\text{осадка})\cdot\dfrac{58{,}69}{288{,}91}\) — в осадке 20,3 % никеля.
Хром: окислением до Cr(VI) и титрованием солью Мора (\(n(\ce{Cr}) = n(\ce{Fe^2+})/3\)) либо по разности, если других компонентов нет.

edit_noteНержавеющая сталь

Навеска 0,5000 г. На железо ушло 26,50 мл 0,0500 М \(\ce{KMnO4}\): \(n(\ce{Fe}) = 5\cdot1{,}325 = 6{,}625\) ммоль, 370,0 мг (74,0 %). Осадок с диметилглиоксимом — 0,1969 г: никеля 40,0 мг (8,0 %). Хром по разности — 18,0 %. Сталь 18/8.

errorАликвоты

Если анализируют не всю навеску, а аликвоту (часть раствора), результат умножают на отношение объёмов: из 250 мл раствора взяли 25 мл — множитель 10. Самая частая ошибка — забыть пересчитать на всю навеску.

Марганец и итоговая проверка

Марганец в стали определяют фотометрически. Навеску растворяют, марганец окисляют персульфатом аммония с катализатором \(\ce{Ag+}\) (или периодатом) до малинового перманганата и измеряют оптическую плотность при 525 нм (\(\varepsilon \approx 2300\) л/(моль·см)). Хром(VI) немного поглощает при этой длине волны — его вклад вычитают, измеряя «холостой» раствор, в котором перманганат восстановлен.

scienceФотометрия марганца

\(\ce{2Mn^2+ + 5S2O8^2- + 8H2O ->[Ag+] 2MnO4- + 10SO4^2- + 16H+}\).
\(\ce{2Mn^2+ + 5IO4- + 3H2O -> 2MnO4- + 5IO3- + 6H+}\).
\(\ce{2MnO4- + 5NO2- + 6H+ -> 2Mn^2+ + 5NO3- + 3H2O}\) — «холостой» раствор: перманганат восстанавливают нитритом.

boltЦепочка единиц в фотометрии

\(A\) → \(c = A/(\varepsilon l)\) (моль/л) → \(n = cV\) (с объёмом мерной колбы в литрах!) → \(m = nM\) → \(w = m/m_\text{навески}\). Проверка: марганца в углеродистых сталях 0,3–1 %, в стали Гадфилда — 12–14 %.

auto_awesomeСпектральный анализ стали

Сегодня сталь на заводе анализируют за минуту — искровым оптико-эмиссионным спектрометром: искра испаряет кусочек металла, и по интенсивности линий определяют десятки элементов сразу. Но градуируют такие приборы по стандартным образцам, аттестованным «мокрой» химией — титрованием и гравиметрией.

push_pinГлавное

Схема: растворение сплава в кислотах (HCl + \(\ce{HNO3}\)) → железо: восстановление до \(\ce{Fe^2+}\) (\(\ce{SnCl2}\) или цинк) и титрование \(\ce{KMnO4}\)/\(\ce{K2Cr2O7}\); никель: маскирование железа тартратом, осаждение диметилглиоксимом в аммиачной среде (в осадке 20,3 % Ni); хром: окисление персульфатом до \(\ce{Cr2O7^2-}\) и титрование солью Мора; марганец: персульфат с \(\ce{Ag+}\) → \(\ce{MnO4-}\), фотометрия при 525 нм. Разделение: избыток аммиака — Fe, Cr, Al в осадке; Ni, Co, Cu, Zn в растворе; NaOH + \(\ce{H2O2}\) — Fe, Ni, Mn, Co в осадке, Cr (хромат) и Al (алюминат) в растворе.

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