Лабораторная работа № 4

Метод определения цинка

Цинк встречается в сточных водах рудообогатительных фабрик, гальванических цехов многих предприятий, в сточных водах производства пергаментной бумаги, минеральных красок, искусственного волокна и других производств. Концентрация цинка в сточных водах может быть самой различной: от нескольких сотен миллиграммов до десятых и сотых долей миллиграмма в 1 л.

B сточных водах обогатительных фабрик и гальванических цехов цинк может присутствовать в виде комплексного цианоцинката. B этом случае перед его определением надо разрушить комплексное соединение. B присутствии больших количеств органических веществ рекомендуется предварительная обработка.

Больше всех других металлов определению цинка мешает медь. В ее присутствии, в зависимости от относительного ее количества и выбранного метода определения цинка, поступают одним из следующих способов: 1) отделяют медь перед определением цинка осаждением ее внутренним или внешним электролизом или тиосульфатом натрия; 2) маскируют ее цианидом или тиосульфатом; 3) определяют суммарное содержание меди и цинка и отдельно - содержание меди; по разности находят содержание цинка. Указания о возможности применения того или иного способа даны при изложении каждого метода анализа цинка.

Цель работы: изучить метод титриметрического определения цинка с применением раствора гексацианоферрата (II) калия (концентрация цинка должна превышать 3 мг/л)

Сущность метода. При добавлении раствора гексацианоферрата (II) калия к раствору соли цинка выпадает белый осадок K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂, нерастворимый в воде и в разбавленных кислотах:

2K⁺ + 3Zn²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^4- = K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂

 качестве индикаторов применяют дифениламин - окислительно-восстановительный индикатор, бесцветный при окислительном потенциале ниже +0,776 B и окрашенный в сине-фиолетовый цвет при более высоком окислительном потенциале, и гексацианоферрат (ІІІ) калия. Последний при отсутствии в растворе гексацианоферрата (II) калия имеет окислительный потенциал, превышающий +0,776 B, и, следовательно, вызывает окрашивание дифениламина. Ho когда в растворе имеется гексацианоферрат (II) калия, потенциал гексацианоферрата (ІІІ) калия снижается и окраска дифениламина исчезает.

Рекомендуется обратное титрование. K анализируемому раствopy соли цинка прибавляют гексацианоферрат (III) калия и дифениламин, а затем в избытке титрованный раствор гексацианоферрата (II) калия. Жидкость остается окрашенной в желто-зеленый цвет. Затем титруют обратно титрованным раствором соли цинка. Когда весь избыток гексацианоферрата (II) калия будет связан цинком в нерастворимое соединение, присутствующий в растворе гексациапоферрат (III) калия вызовет окрашивание дифениламина в сине-фиолетовый цвет.

Дифениламин в качестве индикатора рекомендуется заменить 3,3'-диметилнафтидином. При обратном титровании избытка гексацианоферрата (II) солью цинка окраска переходит от зеленой к пурпурно-красной. Этот переход окраски настолько резок, что титрование можно проводить даже 0,001 M растворами гексациаиоферрата (II) и соли цинка.

Определению мешают металлы, образующие нерастворимые гексацианоферраты (II): медь, кадмий, кобальт, никель и марганец. Медь надо предварительно удалить; содержание других; металлов обычно значительно уступает содержанию цинка, пoэтому ими можно или совсем пренебречь, или ввести соответствующие поправки, определив их отдельно. Свинец в условиях определения осаждается в виде сульфата и не мешает. Мешающее влияние железа учтено в ходе анализа - оно устраняется добавлением пирофосфата.

Реактивы

Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль). 0,025 М раствор. Взвешивают 10,56 г. кристаллического гексацианоферрата (II) калия K₄[Fe(CN)₆]·3H₂0, прибавляют к навеске 0,2 карбоната натрия, растворяют в небольшом объеме дистиллированной воды, раствор переносят в мерную колбу емкостью 1 мл и доводят его объем дистиллированной водой до метки. Сохраняют в склянке из темного стекла.

Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль). Растворяют 1 г K₃[Fe(CN)₆] в 100 мл воды. Сохраняют в темной склянке. Через 5 дней pacтвор становится негодным и его надо заменять свежеприготовленным.

Сульфат цинка, приблизительно 0,05 M раствор. Растворяют 3,000 г металлического (x.ч.) цинка в разбавленной (1:5) серной кислоте, взятой в небольшом избытке, и раствор разбавляют дистиллированной водой до 1 л.

Индикатор. Растворяют 1 г дифениламина в 100 мл концентрированной серной кислоты.

Пирофосфат натрия. Можно приготовить в лаборатории из двузамещенного натрия Na₂HPO₄·12H₂O, прокаливая его до тех пор, пока взятая проба соли, растворенная в воде, не будет давать с нитратом серебра чисто-белый осадок (не желтоватый). Полученной после прокаливания солью можно пользоваться непосредственно или растворив ее в воде и выделив десятиводный кристаллический продукт.

Серная кислота, разбавленная (1:3) раствор.

Перекись водорода, 3%-ный раствор, или персульфат аммония, 5%-ный раствор.

Сульфат аммония.

Проведение анализа. Отбирают такой объем анализируемой сточной воды, чтобы в нем содержалось от 2 до 50 мг цинка, подкисляют серной кислотой (раствор должен стать от 0,5 н. до 1,5 н. по содержанию H₂SO₄), прибавляют к нему несколько миллилитров перекиси водорода или раствора персульфата аммония и кипятят для окисления железа и разложения избытка реактива. Затем прибавляют по 0,7-0,8 г сульфата аммония на каждые 50 мл раствора, 0,5-1 г пирофосфата натрия (для связывания железа в комплексное соединение), нагревают до 60 °C и приливают 4 капли раствора гексацианоферрата (III) калия и 2 капли раствора индикатора (дифениламина). Перемешав жидкость, наливают в нее из бюретки, постепенно и при непрерывном перемешивании, раствор гексацианоферрата (II) калия сначала до исчезновения сине-фиолетового окрашивания, а затем приливают 20-25%-ный избыток. Дают постоять 2 мин и потом оттитровывают избыток гексацианоферрата (II) калия титрованным раствором соли цинка до перехода окраски из желто-зеленой в сине-фиолетовую.

Отдельно определяют отношение концентраций растворов гексацианоферрата (II) калия и соли цинка. Для этого в другую колбу наливают раствор соли цинка в таком объеме, чтобы в нем находилось приблизительно столько же цинка, сколько и в анализируемой пробе; разбавляют водой до такого же объема и продолжают дальше титрование, как при анализе пробы. Разделив суммарное количество израсходованного раствора соли цинка (на приготовление исходного раствора и на обратное титрование) на число миллилитров добавленного раствора гексацианоферрата (II) калия, получают требуемый коэффициент (К).

Обработка измерений. Содержание цинка (x) в мг/л вычисляют по формуле:

где а - объем раствора соли цинка, израсходованного на обратное титрование при анализе пробы, мл; b - объем добавленного раствора гексацианоферрата (II) калия, мл; K - объем раствора соли цинка, соответствующий 1 мл раствора гексацианоферрата (II) калия, мл; V - объем анализируемой сточной воды, мл; 3 - количество цинка, содержащегося в 1 мл раствора сульфата цинка, мг.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность титриметрического определения цинка?

2. В виде каких ионов цинк может присутствовать в промышленных сточных водах?

.   Почему перед началом анализа необходимо разрушить комплексные соединения цинка в исследуемой пробе?

.   Какая химическая реакция положена в основу методики определения цинка?

.   Какой индикатор применяют в этом методе?

.   Каким образом устраняют мешающее влияние Fe в исследуемой пробе?

.   Почему в данной методике используется обратное титрование?