Визначення цинку й алюмінію в алюмінієвому стопі

Мета роботи: Здобути практичні навички титрування і застосування ін­ди­ка­тор­них систем у комплексонометрії.

Ознайомитись з методами комплексонометричного тит­ру­ван­ня ба­га­то­ком­по­нент­них об’єктів.

1. Загальні відомості

З ЕДТА реаґують практично всі метали, що входять в склад сто­пів. Щоб уникнути похибок через титрування аналіту спільно з інши­ми компонентами, використовують як відокремлення ком­по­нен­тів, так і маскування. У розгляданій про­бле­мі відокремлення починаємо, вже разчиняючи стоп. Якщо розчиняти метали не в кислоті, а у лугу, то у розчин переходять тільки «амфотерні ме­та­ли», що утворюють стійкі ані­онні комплекси з іоном гідроксиду, тобто алюміній та цинк. Здо­бу­тий розчин підкислюємо, а основний компонент Al мас­ку­ємо у комплексах із фторидом, що не дає стійких комплексів із Zn (II).

В окремій порції розчину визначаємо суму вмісту алюмінію та цин­ку. Ос­кіль­ки алюміній реаґує з ЕДТА занадто повільно, вжи­ва­ємо зворотнє тит­ру­ван­ня. До розчину додаємо надлишок реаґенту (відому кількість) і нагріваємо роз­чин, пришвид­шую­чи утворення комплексу. Потім надлишок ЕДТА ви­зна­ча­є­мо, титруючи розчином солі цинку відомої концентрації.

Метод рекомендовано для аналізу стопів на основі алюмінію з масовою част­кою цинку від 0,5 до 12 %.

2. Реактиви та обладнання

Етилендиамінтетраацетат натрію, с(Na₂H₂Y) » 0,05 моль/л, кон­цен­тра­цію якого точно визначено у попередній лабораторній роботі; Етилендиамінтетраацетат натрію, попередній розчин, розведений (вживаючи піпетку та мірну колбу) у 4 рази, якщо вміст цинку у стопі від 0,5 до 5 %, і у 2 рази, якщо вміст цинку у стопі від 5 до 12 % (цю операцію можна виконати для групи студентів);

Гідроксид натрію, розчин з масовою часткою 20 %;

Буферний розчин з рН = 6:500 г ацетату натрію або амонію змішують з 20 см³ концентрованої оцтової кислоти та розводять водою до об’єму 1000 см³;

Азотна кислота, концентрована, розведена 1:10;

Кислота хлороводнева; с(HCl) = 1,0 моль/л; розведена (1:1);

Кистота сірчана, розведена 1:5;

Фторид натрію, розчин з масовою часткою 3,5 %;

Цинк металічний, гранульований;

Стандартний розчин солі цинку; с(Zn²⁺) = 0,05 моль/л; 3,2695 г металічного цинку розчиняють у 10 мл хлороводневої кислоти с(HCl) = 1,0 моль/л і доводять об’єм до 1 л.

Аміак водяний, розчин із масовою часткою 10 %;

Метиловий оранжевий, індикатор, розчин ……;

Ксиленоловий оранжевий, індикатор, водяний розчин з масовою часткою 0,05 %;

Вісмут металічний, гранули якого оброблено 5‑10 хв. холодною, розведеною (1:10) азотною кислотою, щоб вилучити плівку оксидів, і потім просушено фільтрувальним папером; в разі потреби гранули подрібнюють гострозубцями з нержавіючої сталі;

Ксиленоловий оранжевий, розчин із масовою часткою 0,5 %;

Дистильована вода;

Конічні колби місткістю 250-300 мл;

Терези аналітичні;

Штатив, муфта, лапки;

Пробірки, шпателі.

3. Хід роботи

Розчин стопу. Точну наважку стопу масою близько 0,5 г вносять у конічну колбу, додають 20 мл гідроксиду натрію, до­ли­ва­ють 80 мл гарячої води, розмішують скляною паличкою і нагрівають до кипіння. По кінцю реакції, що супроводжується виділенням водню, колбу охолоджують, занурюючи у во­до­про­від­ну воду, від­філь­тровують у мірну колбу місткістю 200 мл, промиваючи осад на фільтрі 25 мл дистильованої води, додають 25 мл HCl (1:1), роз­водять водою до мітки, перемішують.

Визначення цинку. Відбирають аліквоту 50 мл у конічну колбу для тит­ру­ван­ня, додають 50 мл фториду натрію, 10 мл аскорбінової кислоти, 10 мл тіосечовини, розчин аміаку до жовтого кольору за індикатором метиловим оранжевим, 20 мл буферного розчину та 10 крапель (» 0,5 мл) розчину ксиленолового оранжевого. Титрують розчином етилендиамін­тетраацетату натрію до переходу рожевого кольору в жовтий.

Визначення суми вмісту алюмінію та цинку. У конічну колбу для тит­ру­ван­ня відбирають аліквоту 10 мл, додають 20 мл розчину етилендиамін­тетраацетату натрію (0,05 моль/л), підігрівають до кипіння, охолоджують, додають розчин аміаку до жовтого кольору за індикатором метиловим оранжевим, 50 мл дистильованої води, 20 мл буферного розчину та 10 крапель (»0,5 мл) розчину кси­ле­но­ло­вого оранжевого. Титрують розчином цинку до переходу жовтого ко­льору в рожевий.

4. Обробка результатів

Масову частку цинку в стопі роз­ра­хо­вуємо за формулою:

w(Zn) = с(ЕДТА)·M(Zn) · V(ЕДТА) ·V_K / V_a · m,

де с(ЕДТА) – концентрація розчину етилендиамін­тетраацетату натрію, моль/л; M(Zn) = 65,39 г/моль – молярна маса атому цинку; V(ЕДТА) – об’єм розчину етилендиамін­тетраацетату натрію, л, витрачений на титрування аналізованого зразка; V_K – об’єм колби; V_a – об’єм аліквоти; m – маса наважки зразка, г.

Масову частку алюмінію в стопі – за формулою:

w(Al) = [с(ЕДТА) · V(ЕДТА)– с(Zn²⁺) · V(Zn²⁺)]·M(Al) ·V_K /V_a · m,

V(ЕДТА) – об’єм розчину етилендиамін­тетраацетату натрію, л;

с(Zn²⁺) – концентрація розчину цинку, моль/л; V(Zn²⁺) ­– об’єм розчину цинку, л, витрачений на зворотнє титрування аліквоти розчину аналізованого зразка; M(Al) = 26,96 г/моль – молярна маса атома алюмінію.