giáo trình Phân tích kim loại

Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 1 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 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 2 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 KMnO 4 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 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 3 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 c ủa 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 ch ế 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. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 4 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 hưở ng 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 họ c 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 tồ n tại chủ yếu dạng Fe 3 C, hàm lượng Si<1%. Gang trắng thường dùng để luyện thép, chế tạo nồi hơi, thiết bị hóa chất. - Gang đặc biệt: Được chế tạo theo các phương pháp đặc biệt để cải tiến chất lượng của các sản phẩm bằng gang như gang biến tính, gang cầu, gang nguội… - Gang hợp kim: Ngoài thành phần chính là Fe, C người ta đưa vào thêm một số nguyên tố khác như Mn, Si, P, S,… 1.1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của gang - Carbon: Hàm lượng C càng cao thì màu của gang càng xám, độ bền cơ học, độ dẻo, tính dẫn nhiệt giảm xuống. - Silic: Làm gang xám, dễ tạo bọt bên trong khối gang làm gang dễ rạn nứt. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 5 - 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 mộ t 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 t ừ 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 c ủa 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 phầ n 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 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 6 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 đ úng 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. H ạ 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 tiế p 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 hoặ c hạt nhỏ. Lấy mẫu dạng mạt, phoi: được lấy và rây qua rây có 50 ÷ 60 lỗ/cm 2 . 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/cm 2 . 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, FeSi 2 , MnSi… và một phần ở dạng Silicat: 2FeO.SiO 2 , 2MnO.SiO 2 … 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 HNO 3 trong điều kiện đun nóng, Si sẽ chuyển thành SiCl 4 , sau đó thủy phân thành orthosilicat SiO 2 .2H 2 O dưới dạng keo đông tụ tách ra khỏi mẫu, lọc và rửa, nung ở 950÷1000 0 C để thu được SiO 2 . Cân lượng SiO 2 thu được từ đó tính ra hàm lượng Si có trong mẫu. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 7 Các phản ứng: FeSi + HCl + nH 2 O ⎯ → ⎯ 0 t SiO 2 . nH 2 O ↓ + FeCl 2 + H 2 ↑ SiO 2 . nH 2 O ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯ − C1000950 0 SiO 2 + nH 2 O↑ 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 SiCl 4 , khi thủy phân cho muối orthosilicat H 2 SiO 3 (SiO 2 .nH 2 O). FeSi + 6HCl → SiCl 4 + FeCl 2 + 3H 2 ↑ SiCl 4 + (n+2)H 2 O → SiO 2 . nH 2 O + 4HCl - Sự có mặt của acid HNO 3 làm cho mẫu tan nhanh hơn, có tác dụng chuyển Fe 2+ → Fe 3+ . 3FeCl 2 + HNO 3 + 3HCl → 3FeCl 3 + NO + 2H 2 O - 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 + 2HNO 3 → H 2 WO 4 ↓ + NO↑ - Acid H 2 WO 4 được loại bỏ cùng than chì, còn SiCl 4 dạng muối tan. Quá trình lọc bỏ bã than và H 2 WO 4 được tiến hành khi dung dịch nóng khi chưa tiến hành cô khô mẫu. - Do HNO 3 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 SiO 2 sau này, vì vậy phải cho HCl trước, đun nhẹ cho mẫu tan gần hết, sau đó mới thêm từng giọt HNO 3 vào. - Lượng cân mẫu: tùy thuộc hàm lượng Si mà lượng cân sẽ lấy khác nhau. %Si 0.5 0.5÷11÷2 2÷3 3 m mẫu (g) 3 2 1 0.5 0.2 b. Điều kiện cô khô mẫu và đông tụ keo SiO2 - Do SiCl 4 chuyển sang SiO 2 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÷110 0 C. Nếu nhiệt độ cao thì FeCl 3 cũng bị thủy phân theo phương trình: FeCl 3 + 2H 2 O → Fe(OH) 2 Cl ↓ + 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 SiO 2 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. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 8 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 850 0 C, cân nhanh vì SiO 2 dễ hút ẩm. Khi có lẩn Fe 2 O 3 thì cần xử lí bằng HF được biểu diễn bởi các phương trình sau: SiO 2 + 4HF → SiF 4 + 2H 2 O Fe 2 O 3 + 6HF → 2FeF 3 + 3H 2 O 2FeF 3 + 3H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6HF Fe 2 (SO 4 ) 3 ⎯ ⎯ → ⎯ C900 0 Fe 2 O 3 + 3SO 3 Sau khi xử lý bằng HF xong , lượng kết tủa còn lại trong chén nung chính là Fe 2 O 3 . Đem cân để xác định khối lượng Fe 2 O 3 . Khối lượng SiO 2 được tính như sau: m(SiO 2 ) = m(SiO 2 + Fe 2 O 3 )- m(Fe 2 O 3 ) 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 HNO 3 đặc cho mẫu tan hoàn toàn. Nếu có bã gang (do bã than và H 2 WO 4 ) 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 AgNO 3 0.1N/CH 3 COOH 1%). Chuyển giấy lọc + keo silic vào một chén sứ đã biết trước khối lượng, nung ở 850÷900 0 C khoảng 1 giờ. Lấy chén ra cửa lò nung chờ nguội xuống khoảng 150÷200 0 C, cho vào bình hút ẩm 30 phút, sau đó đem cân. Từ khối lượng kết tủa SiO 2 , tính được hàm lượng Si có trong mẫu. 1.1.4. Tính kết quả %Si = f× m 100×a Với: a - khối lượng SiO 2 m - khối luợng mẫu f = 2 SiO Si M M = 0,4672 1.2. Phương pháp so màu 1.2.1. Nguyên tắc Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 9 Mẫu gang, thép được phá mẫu bằng HNO 3 đặc, toàn bộ Si trong mẫu chuyển về dạng H 4 SiO 4 (orthosilicat). Dạng orthosillicat sẽ được tạo phức với thuốc thử amonimolybdate trong môi trường HNO 3 , sau đó dùng muối Morh (Fe 2+ ) 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 + ⎯ ⎯ → ⎯ − 3 NO Si 4+ + Fe 3+ + H 2 O + NO 2 ↑ Si 4+ + 4H 2 O → H 4 SiO 4 + 4H + H 4 SiO 4 → H 2 SiO 3 + H 2 O H 2 SiO 3 + 12(NH 4 ) 2 MoO 4 + 21HNO 3 → 21NH 4 NO 3 + (NH 4 ) 3 H 5 [Si(Mo 2 O 7 ) 6 ] + 9H 2 O (NH 4 ) 3 H 5 [Si(Mo 2 O 7 ) 6 ] Fe 2 4H + (NH 4 ) 3 H 5 Fe 3+ 2H 2 O Si Mo 2 O 5 (Mo 2 O 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 HNO 3 đậm đặc mà không dùng HCl. Vì HNO 3 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 NO 2 (độc), vì vậy cần phải tiến hành trong tủ hút, có thể dùng HNO 3 1:3 cũng đủ để phá mẫu.  Một số hợp chất cacbua kim loại khó tan trong HNO 3 , để đẩy nhanh quá trình oxi hóa mẫu cần bổ sung thêm chất trợ oxi hóa mạnh như (NH 4 ) 2 S 2 O 8 . Khi phá mẫu cần đun nóng nhẹ không được quá 80 0 C, 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 Si 4+ có độ chuẩn là T Si = 0,1mg/ml. Được pha từ SiO 2 tiêu chuẩn hay từ Na 2 SiO 3 . 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. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 10  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 T Si =0,1mg/ml ⇔ 2 3 _ SiO T =0,2741mg/ml.  Môi trường đối với chuẩn là môi trường HNO 3 1:3  Điều kiện loại trừ ảnh hưởng  Do trong gang thép thường có P, trong cùng điều kiện thì cả Si 4+ và PO 4 3- cùng tạo phức với thuốc thử amonimolybdate có màu vàng, hơn nữa do dùng HNO 3 làm acid phá mẫu, sự có mặt của Fe 3+ 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. Mặ t khác để chuyển phức molybdo lên phức molybden người ta dùng tác nhân khử là Fe 2+ (muối Morh), nhằm tránh đưa ion lạ vào như Sn 2+ , hydroxylamin… - Điều kiện đo mẫu và chuẩn: Mẫu trắng chính là nước cất và HNO 3 1:3 bằng đúng lượng HNO 3 theo đúng tỉ lệ pha loãng. - Trước khi đo chúng ta cần quét để tìm λ max . Có 2 vùng quét sóng: 650÷750, 770÷880nm. Từ đó quyết định chọn vùng và λ max . - 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 HNO 3 1:3 đun nhẹ cốc trên bếp cách thủy cho mẫu tan hết, sau đó thêm 2ml (NH 4 ) 2 S 2 O 8 (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 0 C, 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 H 2 SO 4 1%, 5ml thuốc thử amonimolybdate (50g/l), lắc đều 3 phút, thêm tiếp 20ml dung dịch H 2 C 2 O 4 1:3, lắc đều, sau 2 phút thêm dung dịch muối Morh (40g) đến vạch định mức, lắc đều, đem đo ở λ max . - Mẫu trắng là nước cất. - Đường chuẩn được dựng từ dung dịch có T Si =0,1mg/ml. (TSiO 3 2- =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 [...]... dõi đến khi thể tích Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 25 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen khí còn lại sau hấp thụ phải cố định, không giảm Sở dĩ không dùng hoặc tránh dùng NaOH để hấp thụ CO2 vì dễ sinh váng Na2CO3 làm đục hoặc tắt khóa của ống đo Quá trình hấp thụ và đo khí phải tuân theo nguyên tắc về đo khí (xem giáo trình phân tích môi trường... phải đảm bảo cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại, vì vậy nhiệt độ sử dụng ở đây là 1200÷12500C là phù hợp Về nguồn khí cung cấp phải là khí O2 sạch, khô để tránh gây sai số khi đo thể tích: do phương pháp sử dụng là phương pháp đo thể tích khí Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 24 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Vận tốc cung cấp khí phải phù hợp... Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 21 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Do E0 MnO 4 2 _ ,H+ / Mn2+ =1.51V và E0 VO 3 _ / VO 2+ =1.0V nên phản ứng oxi hóa VO2+ → VO3- có thể dùng KMnO4 để oxi hóa dễ dàng, định lượng, trong điều kiện này thì Cr3+ hoàn toàn không bị oxi hóa, vì vậy quá trình oxi hóa VO2+ bằng KMnO4 là quá trình oxi hóa chọn lọc Với quá trình oxi hóa... 1÷2ml NaCl để loại trừ KMnO4 Làm nguội dung dịch sau đó thêm nước cất sao cho tổng thể tích trong bình nón khoảng 100ml, thêm 10ml H2SO4 6N, 3 giọt chỉ thị ferroin rồi chuẩn bằng dung dịch Fe2+ 0,02N tới khi xuất hiện màu nâu đỏ, ghi thể tích tiêu tốn của Fe2+ 0,02N cho Crôm là V2 Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 22 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen... phải loại bỏ triệt để lượng Fe2O3 bám trong ống sứ và bông thủy tinh ở bộ phận lọc bụi vì ở điều kiện này thì có nguy cơ Fe 3+ tác dụng SO2 gây ra sai số: 2Fe3+ + SO2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4H+ + SO42- Dùng dung dịch hấp thụ H2O được 4÷5 mẫu phân tích thì nên thay dung dịch trong bình hấp thụ Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 30 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại. .. màu - Phương pháp điện phân 7.1 Phương pháp khối lượng dioximat 7.1.1 Nguyên tắc Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 32 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Mẫu được phá bằng hỗn hợp acid HCl + HNO3 đun nóng Ni kim loại sẽ chuyển thành ion Ni2+ Loại bỏ ion gây trở ngại và kết tủa ion Ni2+ dưới dạng kết tủa nikendioximat bằng thuốc thử dimethylglyoxim trong.. .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... H2O2 → H2SO4 + H2O 6.2 Điều kiện xác định - H2SO4 +2NaOH → Na2SO4 + 2H2O Điều kiện phá mẫu: Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 29 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Nguồn khí O2 cung cấp phải triệt để chống ẩm, kể cả dụng cụ phân tích Vì ở điều kiện đốt nóng, nếu trên đường đi của SO2 có hơi H2O hoặc O2 ẩm thì S+4 → S+6 do đó không tác dụng với I2 gây... 7H2O 2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6 Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 19 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... 0,05N, dung dịch có màu xanh lơ, màu này dùng để làm màu đối chứng Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn Trang 31 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Kiểm tra độ kín của thiết bị Gia nhiệt lò đốt từ 1200÷12500C - Tiến hành xác định: Cân chính xác (0,5÷1) ± 0,0002g mẫu kim loại trong thuyền sứ, ở dưới đáy lò lót sẵn 1 lớp bột Al2O3 + 1g thiếc (hoặc Pb hay Cu) Khi . 4 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. hình thành được kỹ năng phân tích các chỉ tiêu trong kim loại đen và kim loại màu. Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích http://www.ebook.edu.vn. 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 Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen Khoa