Гравиметрический анализ — Неорганическая химия для олимпиад

Гравиметрический анализ

9 заданий

Осаждаемая и гравиметрическая формы

Гравиметрия — один из старейших точных методов количественного химического анализа. Определяемый компонент переводят в малорастворимое соединение, отделяют образовавшийся осадок и по результату взвешивания находят содержание компонента в образце.

Соединение, в виде которого компонент выделяют из раствора, называют осаждаемой формой. Однако взвешивают не всегда исходный осадок: после высушивания или прокаливания его состав может измениться. Соединение известного состава, массу которого используют для расчёта, называют гравиметрической (взвешиваемой) формой. Иногда обе формы совпадают, как в случае AgCl.

ОпределяемоеОсаждаемая формаГравиметрическая формаФактор \(F\)
Fe\(\ce{Fe(OH)3}\)\(\ce{Fe2O3}\) (900 °C)0,6994
\(\ce{Cl-}\)AgClAgCl (130 °C)0,2474
S, \(\ce{SO4^2-}\)\(\ce{BaSO4}\)\(\ce{BaSO4}\) (800 °C)0,1374 (S)
Mg, \(\ce{P2O5}\)\(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\)\(\ce{Mg2P2O7}\) (1000 °C)0,2184 (Mg), 0,6378 (\(\ce{P2O5}\))
Ca\(\ce{CaC2O4*H2O}\)CaO (1100 °C) или \(\ce{CaCO3}\) (500 °C)0,7147 для CaO; 0,4004 для \(\ce{CaCO3}\)
NiNi(dmgH)\(_2\)Осадок сохраняет тот же состав (120 °C)0,2032

Массу определяемого компонента находят по массе взвешиваемой формы с помощью гравиметрического фактора: \(F = \dfrac{a\cdot M(\text{определяемого})}{b\cdot M(\text{формы})}\), где \(a\) и \(b\) уравнивают число атомов ключевого элемента. Малый фактор, характерный, например, для органических осадков и фосфоромолибдата, выгоден: одной и той же массе определяемого компонента соответствует большая масса осадка, поэтому ошибка взвешивания меньше влияет на результат.

scienceПолучение гравиметрических форм

  1. \(\ce{2Fe(OH)3 ->[t] Fe2O3 + 3H2O}\) — при прокаливании гидроксида железа образуется оксид железа, который взвешивают.
  2. \(\ce{CaC2O4*H2O ->[1100 °C] CaO + CO ^ + CO2 ^ + H2O ^}\) — при прокаливании оксалата кальция образуется оксид кальция, а остальные продукты реакции удаляются в газообразном состоянии.
  3. \(\ce{BaCl2 + Na2SO4 -> BaSO4 v + 2NaCl}\) — при медленном добавлении осадителя к горячему подкисленному раствору образуется осадок сульфата бария.

Условия осаждения

Чтобы расчёт по массе осадка был верным, осаждение должно быть полным, а осадок — чистым и удобным для фильтрования. Условия получения осадка зависят от его свойств.

Кристаллические осадки, например \(\ce{BaSO4}\) и \(\ce{CaC2O4}\), получают из горячих разбавленных растворов. Разбавленный осадитель добавляют медленно, при перемешивании: при таких условиях образуется меньше центров кристаллизации и вырастают более крупные кристаллы. Затем осадок выдерживают. Этот процесс называют созреванием: мелкие кристаллы растворяются, а крупные растут.

Аморфные осадки, например \(\ce{Fe(OH)3}\) и \(\ce{Al(OH)3}\), получают из горячих концентрированных растворов в присутствии электролита-коагулянта, например \(\ce{NH4NO3}\). Такой осадок быстро фильтруют.

Отделённый осадок промывают небольшими порциями промывной жидкости. Для аморфных осадков используют раствор летучего электролита, например \(\ce{NH4NO3}\) или \(\ce{NH4Cl}\). Без электролита осадок может перейти в коллоидное состояние и пройти через фильтр. Такой переход называют пептизацией. Полноту промывания проверяют реакцией на удаляемый ион.

После промывания осадок высушивают или прокаливают. При прокаливании до постоянной массы осадок повторно прокаливают и взвешивают, пока разность двух последовательных масс не станет составлять 0,0002 г или менее.

boltМалый избыток осадителя

Небольшой избыток осадителя понижает растворимость осадка благодаря присутствию общего иона. Большой избыток, напротив, может растворить осадок при образовании комплекса: AgCl в избытке хлорида образует \(\ce{[AgCl2]-}\). Кроме того, избыток осадителя может загрязнить осадок при соосаждении.

errorСоосаждение

Соосаждением называют захват осадком посторонних ионов. Они могут адсорбироваться на поверхности, включаться внутрь кристаллов при окклюзии или входить в состав смешанных кристаллов. Уменьшить загрязнение помогают переосаждение, промывание и созревание осадка.

Ошибки гравиметрии

Ошибки гравиметрического анализа удобно различать по тому, завышают они результат или занижают его:

  • Завышение результата вызывают неполное прокаливание, при котором осадок сохраняет воду, соосаждение примесей, гигроскопичность прокалённого осадка и оставшийся после промывания осадитель.
  • Занижение результата вызывают заметная растворимость осадка, неполное осаждение, потери при переносе и фильтровании, пептизация при промывке и восстановление осадка при прокаливании. Например, \(\ce{BaSO4}\) частично восстанавливается углём фильтра до BaS.

edit_noteНаправление ошибки

Если осадок \(\ce{BaSO4}\) соосадил немного \(\ce{BaCl2}\), его масса больше истинной, поэтому результат определения сульфата завышен. Если при прокаливании \(\ce{BaSO4}\) частично восстановился углём фильтра до BaS, масса уменьшается: молярная масса BaS равна 169 г/моль, тогда как для \(\ce{BaSO4}\) она составляет 233 г/моль. Результат оказывается занижен. После этого осадок смачивают серной кислотой и прокаливают повторно.

boltПравило для ответа

Сначала определите, как ошибка изменяет массу взвешиваемой формы. Затем учтите, что рассчитанное содержание компонента прямо пропорционально этой массе. Так можно установить направление ошибки.

push_pinГлавное

В гравиметрии определяемый компонент переводят в малорастворимую осаждаемую форму: \(\ce{Fe(OH)3}\), \(\ce{CaC2O4*H2O}\), \(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\), \(\ce{BaSO4}\) или AgCl. Осадок промывают и высушивают либо прокаливают, получая гравиметрическую форму известного состава: \(\ce{Fe2O3}\), CaO, \(\ce{Mg2P2O7}\), \(\ce{BaSO4}\) или AgCl. Её взвешивают до постоянной массы и рассчитывают содержание компонента: \(w = m_\text{грав}\cdot F/m_\text{навески}\), где \(F = aM(\text{X})/bM(\text{формы})\). Кристаллические осадки получают медленно из горячих разбавленных растворов и выдерживают для созревания; аморфные осадки получают из концентрированных растворов с электролитом-коагулянтом, а промывают раствором летучего электролита. На результат влияют соосаждение, неполное осаждение, пептизация, неполное прокаливание и гигроскопичность.

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

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.