intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Phân tích kim loại - Khoa công nghệ hóa học

Chia sẻ: Lê Hoàng Chứa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST
Báo xấu
328
lượt xem 69
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phân tích kim loại là một môn học thuộc nhóm môn học chuyên ngành thuộc chuyên ngành hóa phân tích của công nghệ hóa học. Để đáp ứng yêu cầu của học tập và giảng dạy, bà giảng phân tích kim loại được biên soạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích kim loại - Khoa công nghệ hóa học

  1. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................3 MỤC ĐÍCH MÔN HỌC .............................................................................................3 YÊU CẦU MÔN HỌC ...............................................................................................3 CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH KIM LOẠI ĐEN ..................................................................4 I. ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI ĐEN .........................................................................4 1. Phân loại..............................................................................................................4 1.1. Gang ..........................................................................................................4 1.2. Thép ..............................................................................................................5 2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của thép .........................................5 II. PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU..................................................................................5 1. Lấy mẫu đầu tiên .................................................................................................5 1.1. Lấy mẫu dạng sản phẩm tấm, thanh, thỏi .....................................................6 1.2. Lấy mẫu ở ngay lò nung ...............................................................................6 2. Chuẩn bị mẫu ......................................................................................................6 III. NỘI DUNG PHÂN TÍCH ......................................................................................6 1. Xác định Silic (Si) ................................................................................................6 1.1. Phương pháp khối lượng ..............................................................................6 1.2. Phương pháp so màu ....................................................................................8 2. Xác định phospho (P) ........................................................................................11 2.1. Phương pháp thể tích molybdate ................................................................11 2.2. Phương pháp so màu ..................................................................................14 3. Xác định Mn bằng phương pháp persulfat bạc ................................................16 4. Xác định Crôm trong thép hợp kim ...................................................................19 4.1. Phương pháp Iod ........................................................................................19 4.2. Phương pháp persulfat bạc .........................................................................21 4.3. Phương pháp so màu ..................................................................................23 5. Xác định Carbon bằng phương pháp đo thể tích khí ........................................24 6. Xác định lưu huỳnh (phương pháp đốt trong lò điện) ......................................29 7. Xác định Ni trong thép hợp kim ........................................................................32 7.1. Phương pháp khối lượng dioximat .............................................................32 7.2. Phương pháp so màu ..................................................................................34 8. Xác định Wonfram (W) bằng phương pháp chuẩn độ acid-bazơ ......................35 9. Xác định đồng trong thép bằng phương pháp chiết trắc quang ......................36 IV. CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP ......................................................................38 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH KIM LOẠI MÀU ...............................................................43 I. PHÂN TÍCH HỢP KIM ĐỒNG .............................................................................43 1.1. Xác định Pb trong hợp kim đồng bằng phương pháp cromat ....................43 Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 1 http://www.ebook.edu.vn
  2. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen 1.2. Xác định đồng thời Pb, Cu, Zn, Fe cùng một lượng cân bằng phương pháp kết hợp điện phân – phức chất ...........................................................................47 1.3. Xác định Sn trong hợp kim đồng bằng phương pháp Iod ..........................51 1.4. Xác định kẽm trong hợp kim đồng bằng phương pháp Ferocyanur...........54 II. PHÂN TÍCH HỢP KIM NHÔM ...........................................................................56 1. Xác định đồng trong hợp kim nhôm bằng phương pháp iod .............................56 2. Xác định Fe bằng phương pháp KMnO4 ...........................................................58 III. XÁC ĐỊNH KẼM OXIT CÔNG NGHIỆP ..........................................................59 1. Xác định ZnO trong ZnO công nghiệp ( Phương pháp chuẩn độ kết tủa) ........60 2. Xác định PbO trong ZnO công nghiệp ( Phương pháp thể tích cromat) ..........60 3. Xác định đồng thời ZnO và PbO ( phương pháp EDTA) ..................................62 IV. CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .......................................................................63 Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 2 http://www.ebook.edu.vn
  3. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen MỞ ĐẦU Phân tích kim loại là một môn học thuộc nhóm môn học chuyên ngành thuộc chuyên ngành Hóa Phân Tích của Công Nghệ Hóa học. Hiện nay, tài liệu Phân Tích Kim Loại phục vụ cho công tác giảng dạy, nghiên cứu, tham khảo cho giáo viên, cũng như nhu cầu học tập sinh viên chuyên ngành Phân tích chưa có một giáo trình hoàn chỉnh, rời rạc và chưa thống nhất. Để đáp ứng được nhu cầu đó, bài giảng Phân Tích Kim Loại được biên soạn. Bài giảng đề cập đến nội dung phân tích các chỉ tiêu hóa lý của các đối tượng kim loại đang sử dụng rộng rải trong các lĩnh vực công nghiệp mũi nhọn của nước ta như lĩnh vực xây dựng, lĩnh vực cơ khí chế tạo, lĩnh vực luyện kim… Mỗi một chỉ tiêu phân tích, bài giảng trình bày đầy đủ, chi tiết các phần: Nguyên tắc, các phản ứng hóa học, các điều kiện kỹ thuật khi xác định, thiết bị, cơ chế các quá trình, qui trình phân tích hoàn chỉnh và tính toán, xử lý kết quả. Trong mỗi chỉ tiêu, có trình bày các giới hạn chất lượng để phục vụ cho việc đánh giá cũng như tính toán điều kiện phân tích phù hợp, các phương pháp phân tích khác nhau và cách lựa chọn phương pháp sao cho tôi ưu trong điều kiện đáp ứng của phòng thí nghiệm. Cuối mỗi chương có câu hỏi ôn tập giúp sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức đã học và bài tập để rèn luyện kỹ năng phân tích và đặc biệt là kỹ năng tính toán là một yêu rất cần thiết của người cán bộ phân tích. Mặc dù rất cố gắng, nhưng bài giảng vẫn còn nhiều thiếu sót. Rất mong ý kiến đóng góp, xây dựng của tập thể giáo viên của khoa Công Nghệ Hoá Học và các bạn đọc. Xin ghi nhận và chân thành cảm ơn MỤC ĐÍCH MÔN HỌC • Sinh viên được trang bị các kiến thức cơ bản về kỹ thuật và kỹ năng phân tích các thành phần hóa học của kim loại. • Rèn luyện nhân cách đặc thù của người cán bộ phân tích. YÊU CẦU MÔN HỌC • Sinh viên nắm vững kỹ thuật xử lý mẫu của kim loại đen và kim loại màu; nắm được trình tự công việc; hiểu được các điều kiện xác định của qui trình phân tích khi phân tích một chỉ tiêu hóa học; biết sử dụng các thiết bị cơ bản trong phân tích kim loại và xử lý số liệu thu được sau khi phân tích. • Sinh viên hình thành được kỹ năng phân tích các chỉ tiêu trong kim loại đen và kim loại màu. Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 3 http://www.ebook.edu.vn
  4. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH KIM LOẠI ĐEN I. ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI ĐEN 1. Phân loại Kim loại thường được chia làm 2 nhóm đó là kim loại đen và kim loại màu. Kim loại đen chính là sắt và các hợp kim của sắt, trong đó sắt chiếm 95.7 ÷ 99.8%, C chiếm 0,2 ÷ 4,3%. Ngoài ra còn có Si, P, S, Mn….Kim loại đen là vật liệu chủ yếu nhất dùng trong các ngành công nghiệp, nhất là ngành cơ khí và xây dựng. Các thành phần C, S, P, Mn là những thành phần có sẳn trong nhiên liệu hoặc được thêm vào trong quá trình luyện gang, thép, hợp kim. Những chất này tuy hàm lượng không lớn nhưng ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của kim loại, hợp kim. Căn cứ vào hàm lượng C cao hay thấp mà người ta chia kim loại đen thành gang và thép. 1.1. Gang 1.1.1. Đặc điểm chung Là hợp kim của Fe và C cùng một số nguyên tố khác với hàm lượng nhỏ. Trong gang hàm lượng C > 2%, nhưng trong thực tế thường dùng gang có hàm lượng C =1.7 ÷ 6.6%. Đặc điểm chung của gang là thường có màu nâu, xám, dễ nứt rạn khi chịu tác dụng của lực cơ học nhưng dễ đúc, dễ gia công. Gang có nhiều loại nhưng được chia thành 3 loại chính: Gang thường dùng: Còn gọi là gang phổ thông bao gồm gang xám và trắng. - Gang xám: Là hợp kim của Fe và C trong đó phần lớn C ở trạng thái tự do có hàm lượng 2.8 ÷ 3.5% và một số nguyên tố khác do quá trình luyện gang đưa vào. Gang xám có độ bền cơ học kém, nhưng dễ gia công, giá thành rẻ nên được dùng nhiều. - Gang trắng: Cứng, giòn, khó gia công hơn gang xám. Hàm lượng C từ 2,5÷4,5% và tồn tại chủ yếu dạng Fe3C, hàm lượng Si
  5. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen - Mangan: Làm tăng tính mài mòn, tăng độ bền của gang nhưng hàm lượng Mn cao dễ chuyển gang hợp kim thành gang trắng. Ngoài ra Mn còn có tác dụng khử S là một thành phần có hại cho gang. - Phospho: Làm màu của gang xám, cứng nhưng rất giòn, làm cho gang dễ nóng chảy, làm tính linh động của dung dịch gang ở trạng thái nóng chảy cao nên dễ đúc. - Lưu huỳnh: Làm gang cứng, dòn, dễ nứt cục bộ, là một nguyên tố rất có hại cho gang. 1.2. Thép 1.2.1. Đặc điểm chung Là hợp kim của sắt được điều chế từ gang bằng cách làm giảm hàm lượng C xuống còn 0.2 ÷ 1.7%, đồng thời đưa thêm một số nguyên tố khác như Cr, Ni, Vanađi, W… và làm giảm hàm lượng Si, P, S, Mn nhằm làm tăng tính cơ lý cho thép. Tổng các nguyên tố tạp chất không quá 2%. Đặc điểm chung của thép là có độ bền cao, chịu được lực kéo, uốn, có tính đàn hồi và biến dạng tốt. Vì vậy thép được sử dụng rộng rãi và được đặc biệt sử dụng nhiều trong ngành cơ khí, có nhiều loại thép sau: - Thép carbon: Thành phần thường là C: 0.07 ÷ 0.63%, Mn: 0.35 ÷ 0.85%, Si : 0.12 ÷ 0.35%, S : 0.055 ÷ 0.06, P : 0.05 ÷ 0.07%. - Thép hợp kim: Ngoài Fe, C. Khi luyện thép, người ta còn đưa vào các nguyên tố như Cr, W, Ni, V,…để tăng tính cơ lý của thép. 2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của thép - Carbon: hàm lượng C cho phép trong thép từ 0.1 ÷ 0.8%. Khi hàm lượng C càng nhiều thì sẽ làm tăng độ cứng, sức bền kéo, uốn xoắn, độ đàn hồi cũng tăng nhưng khi hàm lượng C > 95% thì sức bền giảm, độ dẻo giảm, và khó gia công. - Silic và Mangan: Nếu tỉ lệ thành phần của 2 nguyên tố này tăng thì thép sẽ tăng độ bền cơ học và độ cứng. Riêng Si làm cho tính đàn hồi của thép cao, có độ thẩm từ cao nên được dùng làm lõi của máy biến thế. Mn làm tăng tính mài mòn của thép. Hàm lượng cho phép của Si từ 0,1 ÷ 0,35%, Mn: 0,2 ÷ 0,8%. - Phospho: P là nguyên tố có trong thép do lẫn từ quặng khi luyện gang đưa vào và luyện thép không khử hết. P làm tăng độ bền, độ cứng, làm tăng tính linh động của thép lỏng trong lò luyện. Nhưng nếu hàm lượng P lớn làm thép dòn, chịu va chạm cơ học kém, không biến dạng tốt khi thép nguội. Hàm lượng P cho phép 0.05 ÷ 0.07%. - Lưu huỳnh: Là thành phần có hại thường có do quá trình luyện gang và luyện thép không khử hết làm thép cứng, dòn, nóng cục bộ, hàm lượng cho phép là < 0,06%. Các nguyên tố khác như Cr, W, V, Ni, Mo tùy hàm lượng khác nhau và tùy theo yêu cầu kỹ thuật mà chúng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của thép như Cr tăng độ cứng, độ mài mòn, chịu nóng khi ma sát. II. PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU 1. Lấy mẫu đầu tiên Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 5 http://www.ebook.edu.vn
  6. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Kim loại hay hợp kim thuộc loại mẫu rắn, thành phần hóa học không đồng nhất, thường ở nhiều dạng khác nhau như dạng quặng, dạng nung luyện ở trạng thái lỏng, dạng sản phẩm như tấm, thỏi, phoi, bản…với các kích thước khác nhau. Vì vậy việc lấy mẫu đầu tiên rất quan trọng và phải lấy mẫu đúng quy cách. 1.1. Lấy mẫu dạng sản phẩm tấm, thanh, thỏi Trước khi lấy mẫu phải làm sạch và làm mất lớp oxit kim loại trên bề mặt bằng cách dùng bàn chải thép để chải. - Lấy mẫu từ thanh thỏi hình trụ, hình hộp, ống thì phải khoan nhiều lỗ trên toàn bộ thanh kim loại đó. Chiều sâu của mũi khoan phải vào giữa tấm kim loại. Khi kim loại có dạng chữ L thì phải khoan cả 2 thành. Hạ mũi khoan từ từ để thu được mạt phoi nhỏ. - Lấy mẫu dạng bản mỏng thì dùng kéo cắt theo chiều của tấm kim loại với bề rộng 5cm, mỗi mảnh gấp lại thành nhiều lớp, sau đó bào 2 đầu sẽ được những dây kim loại, sau đó dùng kéo cắt vụn. 1.2. Lấy mẫu ở ngay lò nung Trong phân tích kiểm tra công nghệ, người ta thường lấy mẫu trực tiếp ngay lò nung. Trước hết gạt bỏ lớp trên của khối kim loại nóng chảy để bỏ lớp xỉ. Dụng cụ lấy mẫu đặc biệt là gáo thép hoặc xẻng thép. Nhúng dụng cụ lấy mẫu vào khối lỏng nóng chảy, lấy ra để nguội, mẫu sẽ được tách ra khỏi dụng cụ lấy mẫu, sau đó dùng phương pháp cơ học để chuyển mẫu thành dạng mạt, phoi hoặc hạt nhỏ. Lấy mẫu dạng mạt, phoi: được lấy và rây qua rây có 50 ÷ 60 lỗ/cm2. 2. Chuẩn bị mẫu Mẫu đầu tiên được xử lí và lấy mẫu rút gọn, sau khi trộn đều, chia theo ô vuông, rồi rây qua rây có 1400 lỗ/cm2. Sau đó lấy 50÷80g xử lí bằng cồn và ete, sấy khô rồi cho vào chai màu nâu, có nút nhám, cất để phân tích dần. III. NỘI DUNG PHÂN TÍCH 1. Xác định Silic (Si) Trong gang thép Si tồn tại chủ yếu ở dạng FeSi, FeSi2, MnSi… và một phần ở dạng Silicat: 2FeO.SiO2, 2MnO.SiO2… Trong thép hàm lượng Si từ 0.1÷1%, trong gang thì Si : 0.1÷ 4%. Tùy theo hàm lượng Si thấp hoặc cao mà dùng phương pháp trọng lượng hay phương pháp so màu. 1.1. Phương pháp khối lượng 1.1.1. Nguyên tắc Mẫu gang thép sẽ được hòa tan bằng HCl với sự có mặt của HNO3 trong điều kiện đun nóng, Si sẽ chuyển thành SiCl4, sau đó thủy phân thành orthosilicat SiO2.2H2O dưới dạng keo đông tụ tách ra khỏi mẫu, lọc và rửa, nung ở 950÷10000C để thu được SiO2. Cân lượng SiO2 thu được từ đó tính ra hàm lượng Si có trong mẫu. Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 6 http://www.ebook.edu.vn
  7. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Các phản ứng: 0 FeSi + HCl + nH2O ⎯t ⎯→ SiO2. nH2O ↓ + FeCl2 + H2↑ 0 SiO2. nH2O ⎯950−⎯⎯→ ⎯ 1000 C SiO2 + nH2O↑ 1.1.2. Điều kiện xác định a. Điều kiện phá mẫu - HCl đặc nóng có tác dụng hòa tan mẫu, đồng thời tạo muối SiCl4, khi thủy phân cho muối orthosilicat H2SiO3 (SiO2.nH2O). FeSi + 6HCl → SiCl4 + FeCl2 + 3H2↑ SiCl4 + (n+2)H2O → SiO2. nH2O + 4HCl - Sự có mặt của acid HNO3 làm cho mẫu tan nhanh hơn, có tác dụng chuyển Fe2+→ Fe3+. 3FeCl2 + HNO3 + 3HCl → 3FeCl3 + NO + 2H2O - Ngoài ra do là phương pháp trọng lượng vì vậy nếu có C (bã than) và W (không tan trong acid HCl) thì sẽ gây ra sai số rất lớn, vì vậy phải lọc bỏ. W + 2HNO3 → H2WO4 ↓ + NO↑ - Acid H2WO4 được loại bỏ cùng than chì, còn SiCl4 dạng muối tan. Quá trình lọc bỏ bã than và H2WO4 được tiến hành khi dung dịch nóng khi chưa tiến hành cô khô mẫu. - Do HNO3 phản ứng tạo khí NO, phản ứng xảy ra mạnh lôi cuốn HCl đậm đặc theo, làm giảm vai trò của HCl trong quá trình hòa tan mẫu và ảnh hưởng đến quá trình keo tụ SiO2 sau này, vì vậy phải cho HCl trước, đun nhẹ cho mẫu tan gần hết, sau đó mới thêm từng giọt HNO3 vào. - Lượng cân mẫu: tùy thuộc hàm lượng Si mà lượng cân sẽ lấy khác nhau. %Si 0.5 0.5÷1 1÷2 2÷3 3 mmẫu(g) 3 2 1 0.5 0.2 b. Điều kiện cô khô mẫu và đông tụ keo SiO2 - Do SiCl4 chuyển sang SiO2 khi nâng pH lên bằng cách cô khô để đuổi HCl, lúc đó phản ứng thủy phân xảy ra. - Cần phải cô khô 3 lần nhằm đẩy nhanh quá trình keo tụ và làm ổn định cấu trúc hạt keo, cô trên bếp cách thủy, nhiệt độ tốt nhất là 105÷1100C. Nếu nhiệt độ cao thì FeCl3 cũng bị thủy phân theo phương trình: FeCl3 + 2H2O → Fe(OH)2Cl ↓ + 2HCl - Quá trình trên làm tăng trọng lượng kết tủa nên sẽ mắc sai số dư. Trong quá trình cô không được khuấy nhiều tránh keo SiO2 bị nát sẽ lọc chậm và rửa không sạch. Có thể làm tăng khả năng đông tụ keo bằng cách thêm gelatin hoặc rượu polivinylic. Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 7 http://www.ebook.edu.vn
  8. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen c. Điều kiện chế hóa kết tủa,nung và cân - Cần lọc nóng, rửa keo lúc đầu bằng HCl 1% để làm chắc kết tủa, sau đó rửa bằng nước cất nóng cho đến hết sạch ion Cl-, nung ở 8500C, cân nhanh vì SiO2 dễ hút ẩm. Khi có lẩn Fe2O3 thì cần xử lí bằng HF được biểu diễn bởi các phương trình sau: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O Fe2O3 + 6HF → 2FeF3 + 3H2O 2FeF3 + 3H2SO4 → Fe2 (SO4)3 + 6HF 0 Fe2(SO4)3 ⎯900⎯→ ⎯C Fe2O3 + 3SO3 Sau khi xử lý bằng HF xong , lượng kết tủa còn lại trong chén nung chính là Fe2O3. Đem cân để xác định khối lượng Fe2O3. Khối lượng SiO2 được tính như sau: m(SiO2) = m(SiO2 + Fe2O3)- m(Fe2O3) 1.1.3. Qui trình xác định Cân lượng mẫu thích hợp (tùy theo hàm lượng Si có trong mẫu) vào trong một becher 250ml hoặc bình nón 250ml chịu nhiệt, đặt một phễu thủy tinh sau đó thêm từ từ 30÷40ml HCl đậm đặc, đun nhẹ trên bếp điện có lưới amiăng cho đến khi mẫu tan hết, nếu còn một ít cặn thì thêm 5÷10 giọt HNO3 đặc cho mẫu tan hoàn toàn. Nếu có bã gang (do bã than và H2WO4) thì tiến hành lọc nóng, dùng HCl 1:1 rửa kỹ bã gang, tập trung dịch lọc, dịch rửa và nước rửa khoảng 100÷150ml, thêm tiếp 10ml HCl đậm đặc, khuấy đều rồi cô đến khô trên bếp cách cát hoặc bếp cách thủy, khi gần khô phải khuấy nhẹ, đều. Tẩm cặn khô bằng 10ml HCl 1:1, thêm 7÷8 giọt gelatin 1% (hoặc rượu polivinylic), khuấy đều, thêm 100ml nước sôi, đem lọc kết tủa qua giấy lọc định lượng băng đỏ, rửa 2÷3 lần bằng HCl 1% nóng, sau đó rửa bằng nước cất nóng đến hết ion Cl- (thử bằng AgNO3 0.1N/CH3COOH 1%). Chuyển giấy lọc + keo silic vào một chén sứ đã biết trước khối lượng, nung ở 850÷9000C khoảng 1 giờ. Lấy chén ra cửa lò nung chờ nguội xuống khoảng 150÷2000C, cho vào bình hút ẩm 30 phút, sau đó đem cân. Từ khối lượng kết tủa SiO2, tính được hàm lượng Si có trong mẫu. 1.1.4. Tính kết quả a ×100 %Si = ×f m Với: a - khối lượng SiO2 m - khối luợng mẫu MSi f= = 0,4672 MSiO 2 1.2. Phương pháp so màu 1.2.1. Nguyên tắc Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 8 http://www.ebook.edu.vn
  9. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Mẫu gang, thép được phá mẫu bằng HNO3 đặc, toàn bộ Si trong mẫu chuyển về dạng H4SiO4 (orthosilicat). Dạng orthosillicat sẽ được tạo phức với thuốc thử amonimolybdate trong môi trường HNO3, sau đó dùng muối Morh (Fe2+) khử phức silisomolybdate thành phức silicomolybden xanh, hấp thu cực đại ở bước sóng 680÷750nm. Bằng cách dùng kỹ thuật đường chuẩn có hàm lượng Si từ 0,05mg÷0,35mg nếu như có mẫu gang thép chuẩn hoặc dùng phương pháp thêm chuẩn nếu như không có mẫu gang thép tiêu chuẩn. Các phản ứng: − FeSi + 2H+ ⎯NO → ⎯⎯ 3 Si4+ + Fe3+ + H2O + NO2↑ Si4+ + 4H2O → H4 SiO4 + 4H+ H4SiO4 → H2 SiO3 + H2O H2SiO3 + 12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 → 21NH4NO3 + (NH4)3H5[Si(Mo2O7)6] + 9H2O 2 Mo2O 5 (NH 4)3H 5[Si(Mo2O 7)6] Fe 4H + (NH 4)3H 5 Si Fe3+ 2H 2O (Mo2O 7)5 Phức màu xanh 1.2.2. Điều kiện xác định - Điều kiện phá mẫu Do cần Si tồn tại ở trạng thái ion sau khi phá mẫu để thực hiện quá trình tạo phức nên phải dùng HNO3 đậm đặc mà không dùng HCl. Vì HNO3 đậm đặc nguội thụ động với Fe nên cần phải đun nóng trong quá trình phá mẫu. Khí sinh ra trong quá trình phá mẫu là khí NO2 (độc), vì vậy cần phải tiến hành trong tủ hút, có thể dùng HNO3 1:3 cũng đủ để phá mẫu. Một số hợp chất cacbua kim loại khó tan trong HNO3, để đẩy nhanh quá trình oxi hóa mẫu cần bổ sung thêm chất trợ oxi hóa mạnh như (NH4)2S2O8. Khi phá mẫu cần đun nóng nhẹ không được quá 800C, tránh tình trạng Si chuyển sang dạng keo một phần gây ra sai số rất lớn. Lượng cân mẫu phải lấy phù hợp, nếu sau khi phá mẫu và được định mức đến 100ml thì lượng cân được lấy theo bảng sau: Hàm lượng Si (%) 0,05 0,05÷0,1 0,1÷0,15 Lượng cân (g) 0,05 0,25 0,2 - Điều kiện xây dựng đường chuẩn Trường hợp có mẫu chuẩn gang thép trong sản xuất: khi đó xây dựng đường chuẩn với số điểm chuẩn là 8 điểm, dung dịch chuẩn Si4+ có độ chuẩn là TSi = 0,1mg/ml. Được pha từ SiO2 tiêu chuẩn hay từ Na2SiO3. Khoảng nồng độ xây dựng đường chuẩn là 0,05÷0,35mgSi/100ml dung dịch đo. Các dung dịch chuẩn này có thành phần nền giống như mẫu phân tích. Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 9 http://www.ebook.edu.vn
  10. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Trường hợp không có mẫu tiêu chuẩn gang thép: Khi đó cần phải sử dụng kỹ thuật thêm chuẩn nhằm tránh sai số nền. Dung dịch chuẩn được thêm cũng chính là dung dịch tiêu chuẩn TSi =0,1mg/ml ⇔ TSiO 3 =0,2741mg/ml. _2 Môi trường đối với chuẩn là môi trường HNO3 1:3 Điều kiện loại trừ ảnh hưởng Do trong gang thép thường có P, trong cùng điều kiện thì cả Si4+ và PO43- cùng tạo phức với thuốc thử amonimolybdate có màu vàng, hơn nữa do dùng HNO3 làm acid phá mẫu, sự có mặt của Fe3+ cũng có màu vàng rêu, vì vậy không thể đo quang phức màu vàng ơ bước sóng 410nm. Để khắc phục cần phải chuyển phức silicomolybdo lên phức silicomolybden đồng thời phải phá hủy phức của P với thuốc thử molybdate. Bằng cách dùng acid oxalic, thì phức của phospho với thuốc thử bị phá hủy. Do oxalat tạo phức với molybdate bền hơn so với P tạo phức với molybdate , trong khi đó phức oxalate với molybdate lại kém bean hơn so với Si. Mặt khác để chuyển phức molybdo lên phức molybden người ta dùng tác nhân khử là Fe2+ (muối Morh), nhằm tránh đưa ion lạ vào như Sn2+, hydroxylamin… - Điều kiện đo mẫu và chuẩn: Mẫu trắng chính là nước cất và HNO3 1:3 bằng đúng lượng HNO3 theo đúng tỉ lệ pha loãng. - Trước khi đo chúng ta cần quét để tìm λmax. Có 2 vùng quét sóng: 650÷750, 770÷880nm. Từ đó quyết định chọn vùng và λmax. - Sau khi tạo phức xong đem đo sau 5÷10 phút. 1.2.3. Qui trình xác định - Chuyển lượng cân mẫu vào cốc chịu nhiệt loại 100ml, thêm 10÷15ml HNO3 1:3 đun nhẹ cốc trên bếp cách thủy cho mẫu tan hết, sau đó thêm 2ml (NH4)2S2O8 (100g/l), để oxi hóa các hợp chất cacbua kim loại. Khi mẫu tan hết đun tiếp cốc 10÷15 phút. Khi phá mẫu trên bếp cách thủy chỉ đun ở 80 0C, nếu nhiệt độ cao Si sẽ chuyển sang dạng keo làm sai kết quả phân tích. Sau khi phá mẫu, để nguội, lọc dung dịch vào bình định mức 100ml, dùng nước cất rửa cặn mẫu, dùng nước cất định mức tới vạch, lắc trộn đều, rút ra 5÷10ml cho vào bình định mức 100ml, thêm 10ml H2SO41%, 5ml thuốc thử amonimolybdate (50g/l), lắc đều 3 phút, thêm tiếp 20ml dung dịch H2C2O4 1:3, lắc đều, sau 2 phút thêm dung dịch muối Morh (40g) đến vạch định mức, lắc đều, đem đo ở λmax. - Mẫu trắng là nước cất. - Đường chuẩn được dựng từ dung dịch có TSi =0,1mg/ml. (TSiO32-=0,2741mg/ml). Số thứ tự ống 100 (ml) 1 2 3 4 5 6 7 V ml dung dịch Si (0,1mg/ml) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Hàm lượng Si (mg) 0.05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 10 http://www.ebook.edu.vn
  11. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen - Nếu dùng phương pháp thêm chuẩn thì thêm 2÷3ml dung dịch chuẩn TSi = 0,1mg/ml vào bình mẫu rồi mới dùng muối Morh định mức và đem đo. 1.2.4. Tính kết quả Tính theo phương pháp đường chuẩn hay phương pháp thêm chuẩn (xem giáo trình phân tích dụng cụ). 2. Xác định phospho (P) - Cũng như S, P trong gang thép nhìn chung là thành phần có hại, thường làm giảm tính ma sát, tính đàn hồi, khó biến dạng khi dập nguội. Trong hợp kim sắt, P thường tổn tại dưới dạng phosphur Fe2P, Fe3P và một phần ở dạng xỉ phosphur kim loại khác. Trong gang %P = 0,1÷ 0,5% và có thể cao hơn, trong thép thì %P=0,01÷3%. Để xác định P trong gang thép hoặc trong các hợp kim, phải oxi hóa các dạng P trong mẫu thành PO43- rồi dùng một trong những phương pháp xác định - Phương pháp thể tích Molybdate thường dùng cho mẫu gang có%P ≥ 0,5% - Phương pháp so màu thường dùng cho mẫu gang thép có %P=0,01÷ 0,05. 2.1. Phương pháp thể tích molybdate 2.1.1. Nguyên tắc Mẫu gang hợp kim được phá bằng HNO3 hoặc hỗn hợp cường thủy với sự có mặt của KMnO4 trong điều kiện đun nóng. Loại bỏ tạp chất không tan và keo Si thu được dung dịch chứa PO43-. Kết tủa ion này dưới dạng kết tủa vàng phosphomolybdate bằng thuốc thử (NH4)2MoO4 trong HNO3, dung dịch nóng, lọc, rửa kết tủa đến khi hết acid, sau đó hòa tan kết tủa bằng dung dịch kiềm NaOH tiêu chuẩn dư chính xác. Chuẩn lượng kiềm dư bằng dung dịch chuẩn HCl với chỉ thị PP. Điểm tương đương nhận được khi dung dịch mất màu hồng. Các phản ứng: 3Fe3P + 14HNO3 → 3H3PO4 + 9Fe(NO3)3 + 14NO + 16H2O H3PO4 +12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 → 21NH4NO3 + (NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 10H2O. 2(NH4)3H4[P(Mo2O7)6] + 46NaOH → 2(NH4)2HPO4 + 23Na2MoO4 + (NH4)2MoO4 + 26H2O. NaOH dư + HCl → NaCl + H2O 2.1.2. Điều kiện xác định - Điều kiện phá mẫu Phá mẫu bằng HNO3 đặc, nóng (hoặc hệ cường thủy), cần thêm chất oxi hóa mạnh nên quá trình hòa tan mẫu, chuyển Fe2+ → Fe3+ làm mẫu tan nhanh. Sau khi mẫu tan, phải đun sôi kỹ để đuổi hết khí NO, NO2. Không dùng HCl để tránh bay hơi phosphurhydro 2Fe3P + 12HCl → 2PH3↑ + 6FeCl2 + 3H2↑ Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 11 http://www.ebook.edu.vn
  12. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Cần thêm một lượng dư chất oxi hóa mạnh KMnO4 để oxi hóa H3PO3 → H3PO4 (P → P+5) +3 Fe3P + 13HNO3 → H3PO3 + 3Fe(NO3)3 + 4NO + 5H2O 5H3PO3 + 2KMnO4 + 6HNO3 → 5H3PO4 + 2Mn(NO3)2 + 2KNO3 + 3H2O. Khi đun nóng lượng dư KMnO4 phân hủy tạo thành kết tủa MnO2 màu nâu không tan trong HNO3. 0 4KMnO4 + 4HNO3 ⎯t ⎯→ 4MnO2 + 4KNO3 + 3O2↑ + 2 H2O Kết tủa MnO2 ảnh hưởng đến giai đoạn sau của quá trình phân tích nên được loại trừ bằng NaNO2 hay KNO2 MnO2 + NaNO2 + 2HNO3 → Mn(NO3)2 + NaNO3 + H2O Phải đun sôi kỹ dung dịch để đuổi hết NO và lọc bã than chì, bã xỉ gang khi phá mẫu. - Điều kiện kết tủa: Kết tủa (NH4)3H4[P(Mo2O7)6] là một kết tủa tinh thể hạt mịn, có tính acid, rất dễ hấp phụ các ion lạ vì vậy cần phải tiến hành kết tủa trong điều kiện dung dịch nóng. Môi trường kết tủa là môi trường acid 2÷3N. Khi kết tủa cần đưa thêm chất điện li mạnh NH4NO3 vào nhằm tạo hiệu ứng ion chung. Khi cho thuốc thử vào, khuấy nhẹ, tránh khuấy mạnh, nhiều, sẽ làm nát kết tủa. Để kết tủa to hạt, chắc cấu trúc nên để lắng 1÷2h. - Điều kiện lọc rửa kết tủa: Do phương pháp xác định là phương pháp trung hòa nên kết tủa phải rửa hết acid, trong quá trình rửa, tránh để tủa tan. Muốn vậy phải rửa tủa bằng dung dịch điện li mạnh trung tính KNO3 3%. Cần thiết phải kiểm tra độ sạch acid của tủa bằng giấy quì hoặc tốt nhất là thử một giọt cuối cùng bằng một giọt NaOH với chỉ thị pp (không mất màu hồng). - Do kết tủa tinh thể nên phải lọc gạn, giấy lọc băng xanh. - Do kết tủa vàng molybdate rất dễ thẩm thấu (hiện tượng leo kết tủa) lên giấy lọc vì vậy khi chuyển kết tủa lên giấy lọc, không được rót quá ½ phễu lọc. Kết tủa vàng cũng bám 1 lớp lên đũa thủy tinh khi lọc, vì vậy khi hòa tan, cần ngâm đủa thủy tinh trong dung dịch hòa tan NaOH. - Điều kiện chuẩn độ Dùng dung dịch NaOH tiêu chuẩn dư chính xác để hòa tan kết tủa, tuy nhiên không được dùng dư nhiều NaOH sẽ làm cho muối (NH4)2HPO4 bị tan ra gây sai số, đồng thời tốn nhiều dung dịch chuẩn và kéo dài thời gian chuẩn độ. Do trong dung dịch có muối (NH4)2HPO4 nên pH tương đương từ 8÷9 ⇒ dùng chỉ thị pp là thích hợp. Khi hòa tan kết tủa, tránh làm nát giấy lọc vì sẽ làm dung dịch xỉn màu, khó nhận màu và sự chuyển màu chậm. Acid HCl có nồng độ 0,05÷0,2N là phù hợp Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 12 http://www.ebook.edu.vn
  13. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Điều kiện pha chế dung dịch (NH4)2MoO4 15%: hòa tan 150g (NH4)2MoO4 trong 0,5 lít nước cất 2 lần, khuấy cho tan hết, sau 1 ngày rót từ từ dung dịch này vào 0,5lít HNO3 1:1 trộn đều, sau 1 tuần đem lọc qua giấy lọc băng xanh, thu dịch qua lọc vào bình chứa màu nâu có nút nhám, bảo quản nơi mát và tránh ánh sáng. 2.1.3. Qui trình xác định a. Xác định P trong gang Cân chính xác khoảng 1,0000 + 0,0002g mẫu gang chuyển vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 250ml, thêm từ từ khoảng 20÷30ml HNO3 1:1, đậy nắp cốc, đun nhẹ trên bếp cách cát, nếu mẫu sôi nhanh, cần đưa ra khỏi bếp. Sau khi mẫu tan hết (không còn những hạt gang), đun tiếp khoảng 30 phút cho mẫu gần khô (cho đến khi đuổi hết khói nâu), rồi thêm khoảng 30÷40ml H2O cất đem lọc bỏ than chì trên giấy lọc dày. Dùng nước cất nóng rửa cặn bã. Dung dịch lọc và nước rửa khoảng 70÷80ml tập trung vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 250ml. Đem cô cạn dung dịch tới khoảng 50ml (nếu thấy H2SiO3 xuất hiện thì thêm khoảng 7÷8 giọt HF 30%, đun sôi 10 phút rồi thêm 3÷4 giọt Na2B4O7 5% đun nhẹ 5 phút để đuổi HBF4). Thêm từng giọt KMnO4 4% vào dung dịch mẫu cho tới khi dung dịch có màu tím nhạt, đun sôi dung dịch 5 phút, để nguội, nhỏ từng giọt dung dịch NaNO2 15% cho tới khi dung dịch có màu vàng chanh (màu của Fe3+) trong suốt, đun kỹ để đuổi hết NO, để nguôi rồi dùng NH4OH 10% trung hòa từ từ cho đến khi xuất hiện kết tủa nâu đỏ (Fe(OH)3), dùng HNO3 1:1 cho đến khi kết tủa Fe(OH)3 vừa tan hết, sau đó thêm dư 5ml HNO3 1:1. Thêm 5ml NH4NO3 20% (hoặc 1g NH4NO3), đun nóng dung dịch đến 50÷600C, rót từ từ 25÷30ml dung dịch (NH4)2MoO4 15% + 3 giọt NH4OH 10%, khuấy kỹ 5÷10 phút, để lắng 2 giờ. Lọc kết tủa qua giấy lọc băng xanh, tẩm ướt giấy lọc bằng NH4NO3 20%, rửa lắng gạn kết tủa bằng NH4NO3 1%, sau đó dùng KNO3 1% rửa đến hết acid (thử bằng cách cho 1÷2 giọt NaOH 0,1N + 2 giọt pp, hứng giọt nước rửa cuối cùng, nếu không mất màu hồng là sạch acid). Chuyển kết tủa và cốc vừa kết tủa, thêm 5÷6 giọt chỉ thị pp 1%. Dùng dung dịch NaOH 0,1N hòa tan kết tủa đến khi dung dịch hóa hồng, thêm dư chính xác 5ml NaOH nữa. Đem chuẩn lượng dư NaOH bằng dung dịch chuẩn HCl 0,05N tới khi mất màu hồng. Chú ý khi chuẩn thì thêm 50ml nước cất và tránh dầm nát giấy lọc. a. Xác định P trong thép Tùy theo hàm lượng P trong thép mà lấy lượng cân từ 1÷2g, chuyển lượng cân vào cốc chịu nhiệt 250ml, thêm từ từ nhiều đợt HNO3 1:1, mỗi lần 60÷70ml, đun sôi nhẹ cốc trên bếp cách cát, sau khi mẫu tan hết, đun tiếp 30 phút, để nguội, thêm từng giọt KMnO4 4% tới khi dung dịch có màu hồng, sau đó tiếp tục như qui trình xác định P trong gang. 2.1.4. Công thức tính mĐ P × [( NV )OH- _( NV ) H+ ] × 100 %P = m 31 Với: mĐgp= do 2(NH4)3H4[P(Mo2O7)6] ⇔ 2P⇔ 46NaOH ⇒1P⇔ 23.10 3 23OH- Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 13 http://www.ebook.edu.vn
  14. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen m(g): khối lượng mẫu. 2.2. Phương pháp so màu Phương pháp này thường áp dụng khi hàm lượng P
  15. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen phức phosphomolybdat bền, tránh được ảnh hưởng của Si và các thành phần khác, để điều chỉnh môi trường người ta dùng NH4OH hoặc HCl. - Điều kiện khử phức vàng thành phức xanh: Do mẫu chứa nhiều ion Fe3+, phức vàng molypdate lại kém bền hơn phức xanh molybden, để tránh hiện tượng cộng màu và phức bền hơn trong quá trình đo, nên thường phải khử phức vàng molypdat lên phức xanh molypden. Việc sử dụng các hệ khử thích hợp để khử phải phù hợp, đặc biệt nếu dùng hệ SnCl2 thì phải chú ý đến pH vì Sn2+ và Sn4+ rất dễ bị thủy phân gây đục dung dịch, ngoài ra có thể đưa thêm NaF vào để che Fe3+, Al3+. - Điều kiện về xây dựng chuẩn: Để loại trừ được sai số nền khi xây dựng chuẩn, người ta dùng các mẫu thép tiêu chuẩn có hàm lượng P=0,02÷0,06%, số mẫu thép được sử dụng là 3 mẫu. Thép %P=0,02: cân 0.3g, thép chuẩn %P=0,4: cân 0,6g và thép %P=0,033 thì trộn 2 thể tích của 2 mẫu thép 0,02 và 0,04 theo tỉ lệ 1:1. 2.2.3. Qui trình xác định a. Qui trình xác định 1 Cân khoảng (1.0000 ± 0.0002)g mẫu thép vào bình nón chịu nhiệt 100ml, đặt một phễu thủy tính nhỏ và rót qua phễu 5ml HCl đậm đặc + 2÷3ml H2SO4 đậm đặc, đun nhẹ trên bếp cách cát cho đến khi tan hết, nếu mẫu khó tan thêm 3÷4 giọt HNO3 đậm đặc, đun nhẹ đến gần khô, thêm tiếp 5ml HCl đậm đặc, cô khô nhẹ, thêm 20ml nước cất nóng, lọc bỏ keo SiO2 và than chì, rửa bã bằng nuớc nóng, dịch qua lọc được tập trung và được thêm từng giọt KMnO4 4% đến khi có màu tím, đun nhẹ đến khi có MnO2↓, dùng dung dịch Na2 SO3 5% khử đến khi dung dịch trong suốt (hoặc dung dịch NaNO2 5%), đun sôi nhẹ 5 phút, làm nguội thêm 6ml HCl 1:2 để tạo môi trường, thêm tiếp 4ml (NH4)2MoO4 5% lắc mạnh dung dịch, chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức 100ml, thêm nước cất đến vạch định mức 100ml, sau 1 phút đem đo ở λ=680nm. So sánh mật độ quang với đường chuẩn, từ đó tính ra hàm lượng P. Quá trình tiến hành xây dựng chuẩn được tiến hành tương tự như mẫu thực. b. Qui trình xác định 2 - Cân khoảng 1.0000g mẫu cho vào becher 100ml, hòa tan bằng 10ml HNO3 1:3, đun nhẹ (tránh sôi) đến khi mẫu tan hoàn toàn, khi mẫu tan xong, đun sôi 1 phút để đuổi hết NO, nhỏ từng giọt dung dịch KMnO4 2% đến khi dung dịch có màu tím nhạt. Sau đó thêm từng giọt NaNO2 đến khi dung dịch trong suốt, đun sôi 1phút, thêm 5ml dung dịch (NH4)2MoO4 5%, vừa thêm vừa lắc, sau đó thêm 20ml dung dịch khử (dung dịch này được pha chế: 2,4g NaF + 2g SnCl2 + 10g acid ascobic + H2O thành 1 lít) lắc đều và chuyển vào bình định mức 100ml, dùng nước cất định mức tới vạch, lắc đều, sau 1 phút đem đo ở bước sóng 680nm. - Mẫu chuẩn: cân 1.0000g mẫu thép tiêu chuẩn P loại 0,02% hoặc 0,03%, 0,04%. Rồi tiến hành tương tự như mẫu thật. Ax %P= × Cc Ac Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 15 http://www.ebook.edu.vn
  16. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Với % P: là hàm lượng phần trăm của P có trong mẫu xác định C c : % P có trong mẫu tiêu chuẩn A x : Mật độ quang mẫu A c : Mât độ quang của chuẩn 3. Xác định Mn bằng phương pháp persulfat bạc Mn trong thép tồn tại chủ yếu ở dạng MnS hoặc Mn3C, khi % Mn
  17. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Ag2O2 → Ag2O + [O] Chính [O] là tác nhân oxi hóa Mn2+ → MnO4- 5Ag2O2 + 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 10AgNO3 + 2H2O Có thể oxi hóa Mn2+ lên MnO4- bằng NaBiO3/HNO3 hoặc KIO4/HNO3. Tuy nhiên việc sử dụng 2 hệ này làm tác nhân oxi hóa thường gặp khó khăn ở giai đoạn loại trừ lượng dư của chúng vì công đoạn loại trừ là công đoạn bắt buộc do ở giai đoạn sau chuẩn độ MnO4- bằng hệ khử tiêu chuẩn. Vì vậy hệ này thường được sử dụng trong phương pháp so màu. 2Mn(NO3)2 + 5NaBiO3 +16HNO3 → 5Bi(NO3)3 + 5NaNO3 + 7H2O + 2HMnO4 Hoặc 2Mn(NO3)3 + 5KIO4 + 3H2O → 4HNO3 +5KIO3 +2HMnO4 - Loại bỏ lượng dư của (NH4)2S2O8 và xúc tác AgNO3 bằng cách đun sôi kỹ dung dịch đến hết bọt khí O2: 1 S2O82- → SO42- + SO3 ↑ + O2↑ 2 - Loại xúc tác AgNO3 bằng lượng dư NaCl, dung dịch nguội AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaCl - Nếu dung dịch nóng có nguy cơ MnO4- bị thất thoát do phản ứng: MnO4- + +2Cl- + H+ → Cl2 + Mn2+ + 4H2O - Điều kiện chuẩn độ: Nếu chuẩn bằng hệ khử Na3AsO3 thì môi trường acid vừa phải, mục đích để làm tăng tính oxi hóa của dung dịch MnO4- và tăng cả tính khử AsO33- làm cho phản ứng chuẩn độ hoàn toàn. 5AsO33- + 2MnO4- +6H+ → 5AsO43- + 2Mn2+ +3H2O Nếu thiếu acid thì phản ứng sẽ sinh ra MnO2 trung gian làm phản ứng chuẩn độ không hoàn toàn: AsO33- + MnO4- + 2H+ → AsO4 3- + MnO2↓ + H2O Để khắc phục thường thêm thành phần chất khử NaNO2. Khi đó phản ứng chuẩn độ triệt để là: MnO2 + NO2- + H+ → Mn2+ + NO3- + H2O - Vì vậy phương trình tổng quát là: AsO33- + MnO4- + NO2- +2H+ →AsO43- + Mn2+ + NO3- + H2O - Nếu chuẩn bằng muối Morh (Fe2+) thì thực hiện trong môi trường acid H2SO4 6N có thêm H3PO4. Để kết thúc chuẩn độ chính xác, ở giai đoạn cuối có thể sử dụng chỉ thị diphenylamin hoặc chỉ thị acid phenylantranilic. Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 17 http://www.ebook.edu.vn
  18. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen - Nếu trong mẫu thép có Cr3+ thì nếu sử dụng các hệ oxi hóa trên thì Cr3+ cũng có khả năng bị oxi hóa lên Cr2O72- và cũng được chuẩn độ bằng các hệ khử tiêu chuẩn. Vì vậy nếu lấy mẫu thép có Crom thì cần phải loại trừ Crôm dưới dạng Cr(OH)3 trước khi tiến hành oxi hóa. Cr3+ được kết tủa ở pH=3.5÷4 bằng NH3 1:1 có thêm chất trợ lắng huyền phù ZnO. 3.1.3. Qui trình xác định a. Xác định Mn trong thép (không loại crôm) Tùy theo hàm lượng Mn mà lấy lượng cân phù hợp: %Mn 0,5 0,5÷0,8 0,8÷1,0 1,0÷2.0 lượng cân (g) 1 0,5 0,3 0,25 Thường cân chính xác 0,5 ± 0,0002g mẫu gang chuyển vào bình nón 250ml chịu nhiệt, thêm 30ml hỗn hợp acid (150ml HNO3 đậm đặc + 80ml H3PO4 đậm đặc + 750ml H2O cất), đun mẫu đến khi gần tan hết, thêm 1ml HNO3 đậm đặc đun cho đến tan hết, đun sôi 15phút để đuổi hết khí NO. Thêm khoảng 25ml nước cất nóng, lọc nóng qua giấy lọc băng vàng, dùng nước cất nóng rửa bã trên lọc, tập trung dịch lọc, nước rửa đến khoảng 100ml, thêm 10ml AgNO3 2,5%, thêm 20ml (NH4)2S2O8 loại 150g/l, đun sôi nhẹ dung dịch cho đến khi xuất hiện màu tím rõ, ổn định, tiếp tục đun sôi 5 phút để loại trừ (NH4)2S2O8, thêm 10ml H2SO4 6N, để nguội, thêm 5ml NaCl loại 150g/l, đem chuẩn độ bằng dung dịch Na2AsO3 0,02 N hoặc bằng dung dịch chuẩn Fe2+ 0,05 N, tới màu tím nhạt, thêm 2÷3 giọt chỉ thị diphenylamin, chuẩn tới màu xanh lục. b. Xác định Mn trong thép (có loại crôm) Cân chính xác khoảng 1 ± 0,0002g mẫu thép, chuyển vào cốc chịu nhiệt 250ml, thêm khoảng 40ml H2SO4 1:1, đun nhẹ mẫu trên bếp cách cát, khi mẫu tan gần hết, thêm từng giọt HNO3 đậm đặc (khoảng 3÷4ml) cho mẫu phân hủy hoàn toàn. Nếu vẫn còn cặn không tan thì cô gần cạn đến bốc khói trắng, sau đó thêm nước cất rồi thêm tiếp acid đun nóng cho đến khi tan hết. Chuyển dung dịch vào bình định mức 250ml, dùng NH3 1:1 trung hòa cho đến màu hồng sẫm, nhỏ từng giọt huyền phù ZnO (150g/l) tới khi thấy huyền phù ZnO lắng xuống đáy bình, lắc đều, lọc bỏ kết tủa qua giấy lọc băng xanh. Bỏ 10÷20ml dung dịch đầu. Lấy chính xác 100ml cho vào bình nón, thêm 10ml AgNO3 3,5g/l + 20ml (NH4)2 S2O8 150g/l rồi tiếp tục làm như qui trình xác định Mn trong gang. c. Qui trình xác định Mn trong lỏi thép Cân 0,1g mẫu thép cho vào bình nón 250ml, thêm tiếp 15ml H3PO4 đậm đặc. Đun nóng từ từ đến khi bốc khói trắng, để nguội, thêm 2g (NH4)2S2O8, đun nhẹ đến khi dung dịch có màu tím ổn định, lắc đều, làm lạnh, thêm 100ml H2O cất + 5ml H2SO4 1:1, làm lạnh. Chuẩn độ bằng dung dịch muối Morh (Fe2+) 0,05N đến màu đỏ nhạt, thêm 3 giọt chỉ thị phenylantranilic 0,2% (pha trong nước) và tiếp tục chuẩn cho đến khi có màu xanh sáng. d. Qui trình xác định Mn bằng phương pháp so màu Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 18 http://www.ebook.edu.vn
  19. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen - Mẫu: Cân 0,1g mẫu cho vào becher 100ml, thêm 10ml hỗn hợp acid (100ml HNO3 đậm đặc + 100ml H3PO4 đậm đặc + 800ml H2O + 4g AgNO3), gia nhiệt tới khi mẫu tan gần hết, đun tiếp để đuổi khói nâu, thêm 5ml (NH4)2S2O8 20%, đun sôi đến màu tím rõ, lấy ra để nguội và chuyển vào bình định mức 50ml, thêm nước cất tới vạch, lắc trộn đều, đem đo cùng với chuẩn ở bước sóng 550nm ÷ 555nm. - Đường chuẩn: Chuẩn bị 6 becher 100ml, thêm lần lượt vào các becher 1, 2, 3, 4, 5ml dung dịch Mn2+ tiêu chuẩn 0,1mg/ml (được pha từ MnSO4.5H2O: cân 0,4338g MnSO4.5H2O pA + 100ml H2O + 5ml H2SO4 đậm đặc + H2O = 1lít). Sau đó thêm các hóa chất làm tương tự như với mẫu. Chú ý: Có thể thay (NH4)2S2O8 bằng 0,1g KIO4/1 bình, trong hỗn hợp acid phá mẫu không có 4g AgNO3. 3.1.4. Tính toán kết quả mĐ Mn ( NV ) c × 100 54,91 % Mn = với mĐMn = m 5 × 103 Nếu dùng phương pháp so màu thì dùng kỹ thuật tính toán từ đường chuẩn hoặc phương pháp so sánh, thêm chuẩn để tính hàm lượng Mn có trong mẫu. 4. Xác định Crôm trong thép hợp kim Crôm trong thép hợp kim tồn tại chủ yếu ở dạng Cacbur Cr4C hoặc Cr3C2. Trong thép hàm lượng Crôm dao động từ 0.1÷0.2%. Crôm có ảnh hưởng lớn đến tính chất của kim loại, nó làm tăng độ cứng, giảm tính biến dạng, tăng khả năng chịu mài mòn, khả năng chịu nhiệt. Tùy theo hàm lượng Crôm mà có nhiều phương pháp xác định: - Phương pháp chuẩn độ iod - Phương pháp persulfat bạc - Phương pháp so màu quang điện 4.1. Phương pháp Iod 4.1.1. Nguyên tắc Mẫu được phá bằng hỗn hợp HNO3 + H2SO4 trong điều kiện nóng, Crôm từ hợp chất carbur chuyển thành ion Cr3+. Ion Cr3+ được chuyển thành ion CrO42- trong môi trường kiềm, loại bỏ thành phần trở ngại, dung dịch còn lại chứa ion CrO42- được xác định theo phương pháp chuẩn độ iod với kỹ thuật chuẩn độ thế. Các phản ứng xảy ra: 2Cr3C2 + 9H2SO4 → 3Cr2(SO4)3 + 9H2↑ + 4C↓ Cr2(SO4)3 + 2KMnO4 + 4Na2CO3 → 2Na2CrO4 + MnO2↓ + K2SO4 + 2Na2SO4 + 4CO2↑. 2CrO42- + 2H+ → Cr2O72- + H2O Cr2O72- + 6I- + 14H+ → 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O 2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6 Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 19 http://www.ebook.edu.vn
  20. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen 4.1.2. Điều kiện xác định - Điều kiện phá mẫu: Dùng hỗn hợp acid vô cơ mạnh HNO3 + H2SO4 để phá mẫu. HNO3 có vai trò hòa tan mẫu, phá vỡ cấu trúc mạng tinh thể và liên kết carbur kim loại, oxi hóa Fe2+ →Fe3+, từ đó làm cho mẫu tan nhanh, triệt để hơn. H2SO4 làm dung môi hòa tan mẫu. - Điều kiện oxi hóa Cr3+ → CrO42-: Trong môi trường kiềm thì thế chuẩn của CrO42- và MnO4- là: E0 CrO 4 2 _ ,OH_ / Cr3+ = _ 0.13V ; E0MnO 4 2 _ ,OH_ / MnO 2 = 0.6V ⇒ Δ = 0,6 + 0,13 = 0,73V ⇒ phản ứng xảy ra định lượng. Trong khi đó nếu thực hiện trong môi trường acid thì: E0 CrO 4 2 _ / Cr 3+ =1.36V ; E0 MnO 4 2 _ ,H+ / Mn2+ =1.51V ⇒ Δ = 1,51 –1,36 = 0,15V ⇒ phản ứng xảy ra giữa MnO4- + Cr3+ không định lượng. Mặt khác nếu thực hiện trong môi trường kiềm thì sẽ kèm theo việc kết tủa được ion Fe3+ dưới dạng Fe(OH)3 mà ion Fe3+ là một ion gây trở ngại cho phương pháp iod. Trong môi trường kiềm lượng KMnO4 dư sẽ chuyển thành MnO2 do phản ứng: MnO4- + 2H2O → MnO2 ↓ + 4OH- + O2 Như vậy ion gây ảnh hưởng là ion Fe3+, MnO4- dư được loại trừ triệt để bằng kỹ thuật lọc. Điều kiện loại trừ ion gây trở ngại: như đã đề cập ở điều kiện trên, Fe3+ MnO4- phải được loại trừ dưới dạng Fe(OH)3 và MnO2. Lượng dư MnO4- phải được loại trừ triệt để bằng cách thêm C2H5OH rồi đun nóng 900C. 0 1 KMnO4 + C2H5OH ⎯90⎯→ CH3CHO + MnO2↓ + ⎯C O2↑ + H2O 2 1 o CH3CHO + O2 ⎯t ⎯→ CH3COOH 2 - Điều kiện chuẩn độ: được thực hiện theo các điều kiện chuẩn độ của phương pháp iod (xem phân tích định lượng). 4.1.3. Quy trình xác định Cân chính xác khoảng 0,5÷0.1 ± 0,0002g mẫu đã được xử lí hết acid và dầu mỡ, chuyển vào cốc chịu nhiệt 250ml, thêm 40÷50ml H2SO4 1:4 và thêm 1÷2ml HNO3 đậm đặc, lấy phễu để chặn và đun trên bếp điện có lưới amiăng cho đến khi mẫu tan hoàn toàn (chú ý có cặn hoặc bã đó là bã than), lúc này dung dịch có màu xanh trong của Cr3+. Tiếp tục đun sôi để đuổi hết khí NO (hết khói nâu NO2), cô gần cạn đến khi có khói màu trắng bốc ra, để nguội, thêm nước cất và chuyển toàn bộ vào bình định mức 250ml, dùng nước cất nóng rửa và định mức tới vạch, lắc đều, lọc bỏ bã than và H2WO4 (kết tủa trắng). Lấy 100ml dung dịch qua lọc chuyển vào cốc chịu nhiệt 250ml, dùng NaOH trung hòa sơ bộ, sau đó dùng Na2CO3 loại 400g/l trung hòa tới khi Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích Trang 20 http://www.ebook.edu.vn
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2