Лабораторная работа №1

Метод определения сульфатов

Цель работы: изучить метод гравиметрического (весового) определения сульфатов

Сущность метода. Метод основан на реакции взаимодействия сульфат-ионов с ионами бария, сопровождающейся образованием малорастворимого мелкокристаллического осадка сульфата бария. Осадок сульфата бария отфильтровывают, промывают, сушат, прокаливают, взвешивают и рассчитывают в нем содержание SO₄^2- и серы.

Химический процесс. Сульфат-ион SO₄^2- является анионом сильной серной кислоты Н₂SO₄. Из солей серной кислоты малорастворимы в воде соли бария, стронция, свинца и кальция. Остальные сульфаты хорошо растворимы. Ион SO₄^2- бесцветен.

Хлорид бария ВаСl₂ Ва²⁺-ион при взаимодействии с растворами, содержащими SO₄^2- , образует белый осадок ВаSO₄. Как малорастворимая соль сильной кислоты, сульфат бария нерастворим в кислотах. Этим ВаSO₄ отличается от солей бария всех других анионов, чем и пользуются при обнаружении сульфат-ионов:

Ва²⁺ + SO₄^2- → ВаSO₄↓

Таким образом, растворимые соли бария служат реактивом на сульфат-ион.

Некоторое осложнение при этом обнаружении вносит присутствие в анализируемом растворе S₂O₃^2- или смеси SO₃^2- и S^2-, так как в обоих случаях при подкислении выделяется белый осадок серы (подобно ВаSO₄) нерастворимый в кислотах:

S₂O₃^2- +2H⁺ → S↓ + SO₂↑ + H₂O₃^2- + S^2- + 6H⁺ → 3S↓ + 3H₂O

Отличить ВаSO₄ от серы можно, используя способность сульфата бария к образованию с KMnO₄ смешанных кристаллов розового цвета.

Весовая форма в этом методе определения идентична форме осаждения. При обработке осадка при переведении его в весовую форму могут произойти следующие нежелательные процессы:

а) при озолении фильтра может произойти восстановление сульфата бария

ВаSO₄ + 2С → 2СО₂ + ВаS

Обратный переход сульфида бария в сульфат происходит в процессе длительного нагревания осадка на воздухе

ВаS + 2О₂ → ВаSO₄

б) при прокаливании при слишком высокой температуре наблюдается термическое разложение сульфата бария

ВаSO₄ → ВаО + SO₃↑

Экспериментальная часть

Реактив: хлористоводородная кислота, пл. 1,19 г/см³; хлорид бария, 5%-ный раствор; метиловый оранжевый, 0,1%-ный раствор.

Проведение анализа. Анализируемую воду сначала фильтруют, затем отбирают 25-200 мл, в зависимости от содержания сульфатов, о котором можно судить по предварительной пробе* (*к небольшому количеству анализируемой воды прибавляют хлористоводородную кислоту до кислой реакции и хлорид бария до полного осаждения сульфата бария. Если появится только опалесценция раствора, берут для количественного определения 200 мл анализируемой воды; если же выпадает осадок, берут меньшее количество воды. При некотором навыке по виду осадка можно заключить, какой объем анализируемой воды будет наиболее подходящим для количественного определения сульфата), Нужный объем пробы переносят в стакан, подкисляют HC1 по метиловому оранжевому и выпаривают (или разбавляют) до объема 50 мл.

Если при упаривании образовался осадок, его отфильтровывают через маленький фильтр и промывают горячей дистиллированной водой, подкисленной хлористоводородной кислотой. Фильтрат и промывные воды опять упаривают до объема 50 мл, нагревают до кипения** (** Если анализируемая сточная вода содержит сульфиты или тиосульфаты, кипятят до полного удаления сернистого газа.) и приливают к ним по каплям горячий 5%-ный раствор хлорида бария до полного осаждения сульфатов. Жидкость с образовавшимся осадком оставляют стоять на водяной или песочной бане в течение 2 ч и затем на холоду - на ночь. Ha следующий день осадок отфильтровывают через плотный фильтр (синяя лента) *** (*** Осадок сульфата бария рекомендуется переосадить, особенно в тех случаях, когда анализируемая вода содержит большое количество солей или окисление при определении «общей серы» проводилось с добавлением карбоната натрия. Для этого осадок сульфата бария обрабатывают на фильтре горячим 3-5%-ным раствором ЭДТА, предварительно доведенным до сильнощелочной реакции аммиаком. K полученному раствору прибавляют несколько капель 10%-ного раствора хлорида бария и нейтрализуют раствор хлористоводородной кислотой по метиловому красному), промывают горячей водой до исчезновения в промывной воде хлоридов (проба с раствором AgNO₃, подкисленным HNO₃), сушат, прокаливают 30 мин и взвешивают в виде BaSO₄.

Если в сточной воде содержится много кремневой кислоты, необходимо предварительно ее отделить. При большом содержании в сточной воде железа рекомендуется предварительно восстановить его до двухвалентного. Минимальное количество сульфатов, определяемое по этому методу, составляет 2 мг/л.

Обработка измерений

Содержание сульфат-ионов (x) в мг/л и серы (у) в мг/л вычисляют по формулам:

где: а - масса прокаленного осадка сульфата бария, мг; V - объем взятой для анализа пробы, мл; 0,4116 - коэффициент пересчета BaSO₄ на SO₄^2-; 0,1374 - коэффициент пересчета BaSO₄ на серу.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность гравиметрического метода?

2. Какая реакция положена в основу методики определения сульфат-ионов в растворе?

.   Почему именно соли бария служат реактивом на сульфат-ионы?

.   Каким образом определяется объем пробы для проведения анализа?

.   Каким образом можно отличить выпавшие кристаллы сульфата бария от кристаллов серы в осадке?

.   Какие нежелательные процессы могут возникнуть в процессе обработки полученного осадка?

.   Почему исследуемую пробу необходимо подкислять соляной кислотой?

.   Присутствие каких элементов в исследуемом растворе нежелательно и почему?