Осаждение, промывание и высушивание

9 заданий

Промывание осадка

После осаждения между частицами осадка остаётся маточный раствор — раствор, из которого выделился осадок. Промывание удаляет его вместе с растворёнными примесями. Однако часть осадка при этом растворяется. Если каждая порция промывной жидкости насыщается осадком, потерю массы оценивают по формуле \(\Delta m = sV\), где \(s\) — растворимость осадка в промывной жидкости, а \(V\) — её суммарный объём.

Как уменьшить потери

Промывную жидкость добавляют малыми порциями. При одинаковом суммарном объёме несколько порций удаляют маточный раствор эффективнее, чем одна большая: каждая новая порция уносит часть раствора, оставшегося после предыдущей.
Растворимость осадка уменьшают с помощью общего иона — иона, входящего в состав осадка. Например, \(\ce{BaSO4}\) промывают разбавленной серной кислотой, а AgCl — разбавленной азотной кислотой. Промывная жидкость должна быть летучей, чтобы её остатки удалились при высушивании или прокаливании и не загрязнили осадок.
Аморфные осадки промывают раствором электролита, который удаляется при нагревании, например \(\ce{NH4NO3}\). Электролит препятствует пептизации — переходу частиц осадка в коллоидное состояние и их прохождению через фильтр.
Если растворимость осадка мало зависит от температуры, используют горячую промывную жидкость: фильтрование при этом идёт быстрее.

Полноту промывания проверяют по последним каплям фильтрата. К ним добавляют реактив на удаляемый ион: для обнаружения хлорид-иона используют \(\ce{AgNO3}\), а для обнаружения сульфат-иона — \(\ce{BaCl2}\). Отсутствие мути показывает, что ион удалён.

boltПорции против объёма

Если после каждой промывки на осадке остаётся 1 мл раствора, а объём каждой порции составляет 10 мл, то после \(n\) порций доля примеси равна \((1/11)^n\). После трёх порций по 10 мл она составляет \(7{,}5\cdot10^{-4}\), а после одной порции объёмом 30 мл — \(1/31 = 3\cdot10^{-2}\). Следовательно, однократная промывка удаляет примесь примерно в 40 раз хуже.

Высушивание и прокаливание

Промытый осадок подготавливают к взвешиванию. Вещество известного и постоянного состава, массу которого используют для расчётов, называют гравиметрической формой. Способ её получения зависит от свойств осадка:

Высушивание применяют, если после удаления влаги осадок сохраняет постоянный состав, как AgCl и Ni(dmgH)\(_2\). Такой осадок фильтруют через стеклянный фильтрующий тигель и высушивают в сушильном шкафу при 100–150 °C.
Прокаливание применяют, если осадок нужно превратить в устойчивую форму, например при превращениях \(\ce{Fe(OH)3 -> Fe2O3}\) и \(\ce{CaC2O4 -> CaO}\). Осадок прокаливают в муфельной печи при 500–1200 °C. Если его собирали на бумажном фильтре, фильтр предварительно озоляют; беззольный фильтр оставляет < 0,1 мг золы.

После нагрева тигель охлаждают в эксикаторе над осушителем, а затем взвешивают. Нагревание, охлаждение и взвешивание повторяют до постоянной массы: две последние массы должны различаться не более чем на 0,0002 г.

errorВосстановление при озолении

При медленном сжигании фильтра углерод может частично восстановить сульфат бария: \(\ce{BaSO4 + 4C -> BaS + 4CO}\). Поэтому фильтр озоляют при доступе воздуха, не давая ему вспыхнуть. При необходимости остаток смачивают серной кислотой и снова прокаливают.

scienceПревращения при прокаливании

\(\ce{2Fe(OH)3 ->[900 °C] Fe2O3 + 3H2O}\) — при прокаливании гидроксид железа превращается в оксид железа.
\(\ce{CaC2O4*H2O ->[1100 °C] CaO + CO + CO2 + H2O}\) — при прокаливании оксалата кальция образуется оксид кальция.
\(\ce{BaSO4 + 4C ->[t] BaS + 4CO}\) — при контакте с углеродом сульфат бария частично восстанавливается; этой нежелательной реакции следует избегать.

Загрязнение и контроль

Измеренная масса может оказаться больше массы чистой гравиметрической формы. К такому результату приводят:

Соосаждение примесей вместе с определяемым веществом. Оно включает адсорбцию ионов на поверхности осадка, окклюзию — захват примесей внутрь растущих кристаллов — и образование смешанных кристаллов.
Последующее осаждение примеси на уже полученном осадке. Например, при долгом стоянии на осадке \(\ce{CaC2O4}\) осаждается \(\ce{MgC2O4}\). Массу также увеличивают неотмытый осадитель и влага, оставшаяся после высушивания.

Измеренная масса может оказаться и меньше истинной. Причинами служат растворение осадка при промывании, потери при переносе, пептизация и восстановление вещества при озолении фильтра.

Погрешности выявляют на разных этапах работы. Полноту осаждения проверяют, добавляя каплю осадителя к фильтрату: муть не должна появляться. Затем проверяют промывные воды, повторяют прокаливание до постоянной массы, проводят несколько независимых определений одной и той же пробы и анализируют стандартный образец известного состава.

boltПереосаждение

Если соосаждение значительно, осадок растворяют и осаждают снова. Например, гидроксиды железа могут захватывать цинк и никель. При повторном осаждении концентрация этих примесей в растворе уже меньше, поэтому осадок получается чище.

push_pinГлавное

Для получения осадка, пригодного для взвешивания, сначала проводят осаждение в оптимальных условиях (урок 236) и дают осадку созреть. Затем его фильтруют через стеклянный фильтрующий тигель или беззольный фильтр, промывают малыми порциями подходящей жидкости, в том числе разбавленным раствором осадителя или летучего электролита, и проверяют полноту промывания. После высушивания или прокаливания тигель охлаждают в эксикаторе; нагревание и взвешивание повторяют до постоянной массы (Δm ≤ 0,0002 г). Потери от растворения оценивают по формуле \(\Delta m = sV\) и уменьшают, сокращая объём промывной жидкости и вводя общий ион. Полноту осаждения контролируют пробой фильтрата, а загрязнение при соосаждении или неполном удалении осадителя выявляют проверкой промывных вод и другими контрольными определениями.

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