Способ комплексного анализа материальных образцов

 

Использование: раздельное определение карбоната, алюмината, гидроксида и хлорида натрия в осадках, являющихся отходами производства, использующего в качестве катализатора безводный хлорид алюминия. Сущность изобретения: две равные аликвоты анализируемой пробы титруют визуально по фенолфталеину 0,1М раствором соляной кислоты с добавкой и без добавки хлорида бария и по разности результатов этих титрований рассчитывают содержание карбоната натрия. Затем третью аликвоту смешивают с избытком 0,1М раствора соляной кислоты, удаляют образовавшуюся двуокись углерода кипячениеми потенциометрически дифференцированно титруют избыток соляной кислот и образовавшийся из алюминия натрия хлорид алюминия 0,1М раствором гидроксид натрия, рассчитывая по 2-му скачку содержание алюминита натрия. После этого рассчитывают массовую долю гидроксида натрия по разности между результатами потенциометрического титрования избытка соляной кислоты (1-й скачок) и найденными значениями содержаний алюмината а карбоната натрия. Затем четвертую аликвоту титруют потенциометрически 0.05М раствором нитрата ртути, используя в качестве индикаторного электрода стеклянный, а в качестве электрода сравнения - платиновый, и определяют хлорид натрия.2 табл. СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 31/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ

СО ! о ф

ЬЭ

СО (21) 4900053/04 (22) 08,01,91 (46) 07.01.93, Бюл. N 1 (71) Государственный союзный научно-исследовательский институт органической химии и технологии (72) А,В.Петрунина и Н,А.Колчина (56) Гиллебранд В.О., Лендель Г,Э., Брайт

Г.А., Гофман Д.И. Практическое руководство по неорràíè÷åñêîìó анализу. М.: Химия, 1966, с.1052 — 1070. (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА

МАТЕРИАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ (57) Использование: раздельное определение карбоната, алюмината, гидроксида и хлорида натрия в осадках, являющихся отходами производства, использующего в качестве катализатора безводный хлорид алюминия. Сущность изобретения: две равные аликвоты анализируемой пробы титруют визуально по фенолфталеину 0,1М раствором соляной кислоты с добавкой и без добавки хлорида бария и по разности

Изобретение относится к области аналитической химии, конкретно к раздельному определению карбоната, алюмината, гидроксида и хлорида натрия в растворах или осадках, являющихся отходами производства, использующего в качестве катализатора безводный хлорид люминия.

Известен способ комплексного анализа материальных образцов, связанных с определением содержания составляющих их ингредиентов при растворении. Однако для него характерны длительность и сложность анализа, что связано с необходимостью

„„Я2„„1786428 А1 результатов этих титрований рассчитывают содержание карбоната натрия. Затем третью аликвоту смешивают с избытком

0,1М раствора соляной кислоты, удаляют образовавшуюся двуокись углерода кипячением и и отенциометрически дифференцированно титруют избыток соляной кислот и образовавшийся из алюминия натрия хлорид алюминия 0,1М раствором гидроксид натрия, рассчитывая по 2-му скачку содержание алюминита натрия. После этого рассчитывают массовую долю гидроксида натрия по разности между результатами потенциометрического титрования избытка соляной кислоты (1-й скачок) и найденными значениями содержаний алюмината а карбоната натрия. Затем четвертую аликвоту титруют потенциометрически 0,05М раствором нитрата ртути, используя в качестве индикаторного электрода стеклянный, а в качестве электрода сравнения — платиновый, и определяютхлорид натрия. 2 табл. проведения фильтрования и прокаливания на различных стадиях анализа.

Цель изобретения — упрощение и ускорение определения алюмината, карбоната, гидроксида и хлорида натрия в осадках, являющихся отходами производства, Цель достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующем.

Две равные аликвоты раствора анализируемой пробы титруют визуально по фенолфталеину 0,1 М раствором соляной кислоты без добавки и с добавкой хлорида бария и по разности результатов этих титрований

1786428 рассчитывают содержание карбоната натрия.

Третью аликвоту смешивают с избытком 0,1 М раствора соляной кислоты, удаляют образовавшуюся двуокись углерода кипячением (если в пробе присутствует карбонат) и потенциометрически дифференцированно титруют избыток соляной кислоты и образовавшийся из алюмината натрия хлорид алюминия 0,1 М раствором гидроксида натрия, рассчитывая по 2-му скачку содержание алюмината натрия.

Массовую долю гидроксида натрия рассчитывают по разности между результатами потен циометрического титрования избытка соляной кислоты (1-й скачок) и найденными значениями Содержаний алюмината и карбоната натрия, Четвертую аликвоту титруют потенциометрически 0,05 M раствором нитрата ртути, используя в качестве индикаторного электрода стеклянный, а в качестве электрода сравнения — платиновый, и определяют хлорид натрия.

Таким образом, предлагаемый способ состоит из нескольких стадий, описываемых соответствующими уравнениями реакций.

1, Определение карбоната натрия а) Без добавки хлорида бария:

NaOH+HCI — NaCI+H20.

NazCOg+HCI — з МаНСОэ+йаС!

NaAIOz+H CI+H20 Ма С!+А!(ОН)з — реакция протекает неполностью, так как интервал перехода окраски фенолфталеина соответствует рН 10-8,2, а количественное осаждение А!(ОН)з происходит при рН 5, 6) С добавкой хлорида бария:

Na2COq+BaClz — - ВаСОз+2йаС!

NaOH+H CI — NaCI+HzO

NaAIOz+HCI+H20 - " МаС1+А1(ОН)з — реакция идет в той же степени, что и при титровании без добавки BaCI2.

Титрование до рН 5 недопустимо вследсвие частичного растворения осадка карбоната бария в 0,1 М растворе соляной кислоты.

2, Определение алюмината натрия а) При действии 0,1 М раствора соляной кислоты, NaOH+H CI — Na CI+H20

Ма2СОз+2Н CI - 2Na CI+C02+H20

NaAI02+4HCI AIClg+NaCI+2HzO

6) При дифференцированном титровании 0,1М раствором гидроксида натрия;

HCI+NaOH - МаС!+Н20

А! С!э+3 йаОН вЂ” А1(ОН)з+ЗМа С1

3. Для определения массовой доли ги роксида натрия из результата суммарно

5 определения гидроксида, карбоната и ал мината натрия (потенциометрическое т рование избытка 0,1 М раствора солян кислоты) вычитают массовые доли карбо та и алюмината натрия.

10 4. Определение хлорида натрия

2йаС1+Нц(МОз)2- Нс1С12+2йа1чОз

Существенные признаки способа, от е15 чающие критерию новизны, следующие.

Найдено оригинальное решение, поз оляющее определить три из четырех ком онентов смеси с использованием различн х вариантов наиболее простого из всех видов

20 титрований — кислотно-основного.

Избирательно определяется карбо ат натрия, поскольку мешающее влияние г дроксида и алюмината устраняется прове е нием двух титрований до одного и того е

25 значения рН, Для избирательного определения а юмината натрия испалаауется простеишттй прием перевода его в хлорид алюми ия действием избытка 0,1 M раствора соляной

30 кислоты, удаления мешающих карбон тионов в виде С02 кипячением и диффер нцированного потенциометрическ го титрования HCI и АIСlэ.

Гидроксид натрия рассчитывается по

35 разности результатов описанных титро аний.

Таким образом, предлагаемый спо об соответствует критерию новизны.

Выполнение анализа.

40 В предварительно взвешенный стак нчик вместимостью 50см вносят 1,5 — 2 0 г з образца и стаканчик снова взвешивают. По разности двух взвешиваний, выполненнь х с погрешностью не более +0,0005 г, апре е45 лячют массу навески образца, взятую на анализ, Навеску в стаканчике растворяют в с ежепрокипяченной охлажденной дистил ированной воде, раствор количестве но

50 переносят в мерную колбу вместимос ью

100 см, доводят до метки свежепроки яченной дистиллированной водой и тщат льно перемешивают. П ри готовленн ый та им образом раствор образца используют ля

55 всех анализов.

1. Определение массовой доли карбо ата натрия.

В коническую колбу вместимсотью 100 м вносят пипеткой 10 — 25 см (в зависимо ти з от массовой доли карбонат-ионов) пр го1786428 п1 . Vnp

20 Чпр

1 скачок товлен ного раствора образца, добавляют 8—

10 капель фенолфталеина и титруют 0,1 М раствором соляной кислоты до перехода окраски из малиновой в бесцветную (V1).

Затем в другую коническую колбу вместимостью 100 см вносят пипеткой точно такую же аликвотную порцию приготовленного раствора образца, добавляют примерно 5 см 10 -ного раствора хлорида бария, 8 — 10 капель фенолфталеина и титруют 0,1М раствором соляной кислоты до перехода окраски из малиновой в бесцветную (Чг).

Массовую долю карбоната натрия (Х1) в процентах рассчитывают по формуле

0,0106 V> — Чг К 100 100

Х1— где 0,0106 — масса карбоната натрия, соответствующая 1 см точно 0,1М раствора соляной кислоты, г/см; з.

V> — объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование без добавки хлорида бария, см; з.

Чг — объем раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование с добавкой хлорида бария, см;

К вЂ” коэффициент поправки раствора соляной кислоты;

m — масса навески образца, r:

Vpp — объем аликвотной порции приготовленного раствора образца, см .

2, Определение массовой доли алюмината натрия и суммарной массовой доли карбоната, гидроксида и алюмината натрия.

В стакан вместимостью 100 см вносят пипеткой 20 см 0,1М раствора соляной кисз лоты, 5 — 10 см (в зависимости от массой з доли определяемых солей) приготовленного раствора образца, бросают фарфоровые кипелки, доводят на электроплитке до кипения и кипятят в течение 3 — 5 мин для удаления карбонат-ионов. Охлаждают, обмывают стенки стакана дистиллированной водой, опускают магнитик, пару электродов (стеклянный индикаторный и хлорсеребрянный сравнения) титруют потенциометрически 0,1 М раствором гидроксида натрия при постоянном перемешивании, Титрант вблизи точек эквивалентности добавляют по 0,2 см, следя за изменением рН. Первый скачок наблюдается в области рН 3,5 — 4,5 и соответствует оттитрованию избытка соляной кислоты после ее взаимодействия с карбонатом, гидроксидом и алюминатом натрия (Ч)).

Второй — в области рН 6 — 10 и соответствует оттитрованию хлорида алюминия, образовавшегося при взаимодействии алюмината натрия с соляной кислотой (Чг), 5 Проводят холостой опыт, оттитрования раствором гидроксида натрия 20 см 0 1 М раствора соляной кислоты (без кипячения) с индикатором метиловым красным до перехода окраски из розовой в желтую.

10 При отсутствии карбонат-ионов в образце (определение по п.1) в анализе по п.2 стадию капячения исключают и, поместив с стакан 20 см 0,1 М раствора соляной кислоз ты и 5-10 см приготовленного раствора обз

15 разца, сразу начинают потенциометрическое титрование, Массовую долю алюмината натрия (Хг) в процентах рассчитывают по формуле

Хг

0,00273 Чг — V> К 100 100 где 0,00273 — масса алюмината натрия, соответствующая 1 см точно 0,1 М раствора з гидроксида натрия, г/см;

Чг — объем раствора гидроксида натрия, 30 израсходованный на титрование до второго скачка, см;

V> — объем раствора гидроксида натрия, израсходованный на титрование до первого скачка, смз;

35 К вЂ” коэффициент поправки раствора гидроксида натрия;

m — масса навески образца, г;

V p — объем аликвотной порции приготовленного раствора образца, см .

40 Объемы V> и Чг вычисляют из данных потенциометрического титрования по формуле

С1

45 Ч=Ч+-0,2 С1 + Сг где V> — объем титранта, израсходованный на титрование к началу скачка, см;

0,2 — объем одноразового прибавления титранта вблизи точек эквивалентности, см;

С1 — разность между разностью значений рН в момент скачка и перед скачком;

Сг — разность между разностью значений рН в момент скачка и после скачка.

Пример расчета, 1786428

Vj 3

5,6

5,8

6,0

6,2

11 скачок

V,см

9,0

9,2

9,4

9,6

1 скачок

m . V13p

55 трН AH

3,50

4,10 0,60

) 0,92 — 0,32 — 0,69

5,25 0,23 рн Лрн

5.80

1,45 С

7,25 — 1.30

2,75 с2 I0,00 2 — 2,20

10,55 0.55

032 3

V>=5,8+0,2 0,32 + 0,69 — 5,86 см

Vz=9,2+0,2 1 30 + 2 20 — 9,27 см

1,30 з

ll скачок

Суммарную массовую долю карбоната, гидроксида и алюмината натрия в условном пересчете на гидроксид натрия (Хз) в процентах рассчитывают по формуле

0,0040 Vх — V1 К 100 100

Хз где 0,0040 — масса гидроксида натрия, соответствующая 1 см точно 0,1 M раствора з гидроксида натрия, г/см; з.

Vx — объем 0,1 M раствора гидроксида натрия, израсходованной на титрование в холостом опыте, см; з.

V> — объем 0,1 M раствора гидроксида натрия, израсходованный на итрование образца до первого скачка, см; з, К вЂ” коэффициент поправки раствора гидроксида натрия;

m — масса навески образца, г;

Vl1p — объем аликвотной порции приготовленного раствора образца, см, 3. Расчет массовой доли гидроксида натрия.

Массовую долю гидроксида натрия (Х4) в процентах рассчитывают по формуле

Х4=Хз-Xz, 1,951 2-Х1.0,7547, где Хз — суммарная массовая доля карбоната, гидроксида и алюмината натрия, найденная по п.2, %;

Х2 — массовая доля алюмината натр найденная по п.2%;

1,9512 — фактор пересчета массовой д ли алюмината натрия в массову дол

5 гидроксида натрия, равн

40 20 — мМйаА! 02

20,5 4

X> — массовая доля карбоната натр я, 10 найденная по п.1%;

0,7547 — фактор пересчета массовой pоли карбоната натрия в массовую долю ги 40 роксида натрия, равный

53

15 4. Определение массовой доли хлори а натрия.

В стакан вместимостью 50 — 100 см вноз сят пипеткой 2 — 10 см (B зависимости т з массовой доли хлорида натрия) пригот в20 ленного раствора образца, добавляют 1 -2 капли бромфенолового синего, нейтрализуют водным раствором азотной кислоты 1;3 до изменения окраски индикатора из син и в желтую, добавляют избыток этой же к с25 лоты 1 см, 20-40 см этилового спирта, т е, с таким расчетом, чтобы соотношение объ м образца — спирт было равным 1:4, опускают магнитик и титруют потенциометричес и раствором нитрата ртути молярной концвн30 трации С(— Hg(NOa)2.0,5нгО)=0,1 моль л

1 при постоянном перемешивании, B каче тве индикаторного электрода используют стеклянный, в качестве электрода сравне я

35 — платиновый. Титарант вблизи точки эк ивалентности добавляют по 0,2 см, следя а изменением потенциала.

Массовую долю хлорида натрия (Хв в процентах рассчитывают по формуле;

Х вЂ” 0 00585 V К 100 100

Х5—

Vnp где 0,00585 — масса хлорида натрия, со

45 ветствующая 1 см раствора нитрата рт концентрации точно 0,1 моль/n,ã/cì ;

V — объем раствора нитрата отути, расходованный на титрование, GM -;

50 К вЂ” коэффициент поправки раство нитрата ртути;

m — масса навески образца, г;

V13p — объем аликвотной порции при товленного раствора образца, см .

Ч вЂ” объем раствора нитрата ртути выч ляют из данных потенциометрического ти рования по формуле

1786428

I С1

Ч=V++0,2 С1 + (2

V, см Е,мВ ЛЕ,мВ

Таблица!

Результаты определенна карбомата, алюмината, гидроксида и хлорида натрия в искусственных смесях

Относительная оынбка, каясоз j наа1с наон 1 eacl

Р Взято, 8 Найдено. 88 п/п 4, 1 в,,ю, бмн, оны (л,с1

-2, 00

-5,91

-2,82

1,91

-,за

+1,60

-1,21

-0,34

-0,85

+1, 02

-О, 41

+0,43

-1, 03

-1, 06

+G, 78

1,47 3,19

2,20 3,16

4,64 1,08 о 79 Э,ЭЕ

1,74 15,99

2,35 18,02

2,13 16,42

2, 21 18,80

9,65

5,3Э

1,75

8,95

Э,77

10,32

10,19

10,59

1 1 47 3 18

2 2,07 3,30

3 4 47 1 04

0,79 9,76

5 189 16 04

6 2,21 17,85

7 1,99 16,61

2,34 18,61

Э,56

5,50

1,86

9,21

9,Э6

10,18

1О, 03

10i 72

70,13

77, 72 о2 48

53,23

33.07

33,53

39,21

12.97

+О, 31

-4,24 .З,85

+2,25

-0,31

+0,95

-1, 14

+1, 02

0,0

+6, 28

+3,80

0,0

-7,94

+6,33

+7, 04

-5,56

70,ЗЭ

78, 39

Å1,65

53,45

32,93

33,88

39,63

12,87

Данные таблицы подтверждают правильность разработанного метода анализа где V — объем титранта, израсходванный на

1 титрование к началу скачка, см;

0,2 — объем одноразового прибавления титранта вблизи точки эквивалентности, см;

С1 — разность между разностью значений потенциалов в момент скачка и перед скачком, мВ;

Cz — разность между разностью значений потенциалов в момент скачка и после скачка,мВ.

Пример расчета.

3,8 -68

96

40 -164 — — 25

121

4 2 -285 81

4,4 -325

Ч вЂ” 4 0+0,2 2 4,05 см

Для доказательства правильности предлагаемого метода анализа были составлены и проанализированы искусственные смеси из всех исследуемых компонентов.

Результаты анализа искусственных смесей представлены в табл.1

Данные анализа лабораторных образцов осадков представлены в табл,2.

Как видно из табл,2, при определении всех компонентов получена хорошая воспроизводимость результатов.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в использовании доступных дешевых реактивов, отсутствии сложных дорогостоящих

5 приборов, быстроте (время полного анализа на все компоненты 1 ч) и надежности анализа.

Формула изобретения

Способ комплексного анализа матери10 альныхобразцов, включающий растворение пробы, отличающийся тем, что, с целью ускорения и упрощения определения карбоната, алюмината, гидроксида и хлорида натрия, отбирают четыре аликвоты

15 полученного раствора, две из них равные по объему, титруют 0,1 М раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина без добавки и с добавкой хлорида бария, третью аликвоту смешивают с избытком 0,1 М рас20 твора соляной кислоты, кипятят для удаления двуокиси углерода и потенциометрически титруют 0,1 М раствором гидроксида натрия, четвертую аликвоту титруют потенциометрически 0,05 М рас25 твором нитрата ртути при использовании стеклянного элекрода в качестве индикаторного и платинового электрода в качестве электрода сравнения, причем содержание карбоната натрия рассчитывают по разно30 сти результатов титрования первой и второй аликвот, содержание алюмината натрия рассчитывают по второму скачку на кривой титрования третьей аликвоты, содержание гидроксида натрия определяют по разности

35 между результатами потенциометрического титрования избытка соляной кислоты в третьей аликвоте и рассчитанными значениями содержаний алюмината и карбоната натрия, а содержание хлорида натрия

40 определяют по результатам титрования четвертой аликвоты, 12

1786428

Таблица2

Результаты анализа лабораторных ооразцов осадков

Найдено Е На иаа1Оа4 На011

_#_a011

Вычислено НаОН,2

Найдено НаС1,2

Относительная оыибка, Относительная ошибка, Относительная ааибка, Найдено NaA10,2

Х2 Х2

Найдено НазС03, 2

Относительная оеибка, 2 к пл

Хт х,.

7,85

«0,76

1,42

89, 90

+0,19

+3, 06

3,27

3,37

3,17

2 1,51

l.48

3 0

84, 04 а0,87

34,80

- 0,15

0,29

25, 22

1,33

1,50 з 0,92

6,50

78, 31 з 0,31

1,08

1,85 в0,55

+ I,l8

90,87

5,94

I,ЗЭ 3,60

1,04

4 1,02

1,06

5 6,97

7,18

6 0,35

0,30

7 О з l 92

+ 0,48

+ 0,38

72, 61

I5,57

7,08

+1,41

2,51

2,39

79,09 з 0,16

59,14 + 0,10

5,44 а 1,65

+ 3,23

18, 81

0,85

0,33

-9,09

2,27

9,68

0,93

6 0,21

5,48

3,28

+ 0,70

1О, 05

29,23

0,71

8 0,71

0,71

9 О

58,85

+ 0,22

1,53

1 1, 13

57,47 з0,09

53,82 + 0,09

72,30 40,26

36,57 0

О,75

10i7I

10 0

27,91 35,74

35, 98

40,96 0

35, 86

2,47

17,82

+ 0,33

1,52

11 1,54

1,49

12 О

+1,97

0,81

16, 06

30

40

Составитель А, Петрунина

Техред М,Моргентал Корректор Э, Лончакова

Редактор

Заказ 245 Гираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

1,39

1,42

34,90

34,70

1,83

1,86

1,34

1,44

2,33

2,45

18,65

18,Э6

9,46

9,90

5,66

5 30

11 15

11, 50

10,63

I 0, 79

17,38

18, 26

16, 18

I5,93

7,90

7,80

«3,91

84 ° 1 7

6,44

6,55

5,87

6,01

l5,62

I5,5I

78,96

7,22

5Ý,0e

5Э,19

2Э, 17

29,28

58,98

58 72

57,42

57,51

63,88

63,76

72,4Э

72,11

2,63 89,73

90, 07

15,00 25,44

24,00

2,89 78,55

78,08

2 45 91,36

90,37

5,57 72,96

72,26

42 14 5.35

5.53

40,25 0,96

0,90

18,00 9.98

10,12

36,74 0