ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1. Магнітний залізняк.

Залізними рудами називають такі мінеральні речовини, в яких міститься залізо в кількості, вигідній для виплавки з них металу безпосередньо чи з попередньою їх обробкою (збагачен­ня тощо).

Руди заліза в Україні — це здебільшого породи, які містять безводні окисли заліза, наприклад: магнетит Fе₃О₄, гематит Fе₂О₃.

Є також водні окисли заліза, такі, як гетит Fе₂О₃*Н₂О, лимоніт [Fе₂О₃*3Н₂О]*хН₂О. Зустрічаються також карбонати за­ліза, наприклад сидерит FеСО₃.

Магнетит, або магнітний залізняк, Fе₃О₄, або Fе₂О₃* FеО, має магнітні властивості, він притягує залізо. Магнетит забарвлений в чорний колір і містить велику кількість заліза (часом навіть понад 72%). Густина магнетиту 4,9—5,2, твердість 5—6.

У природі магнітний залізняк часто зустрічається із значни­ми домішками титану. Такий залізняк називають титаномагне­титом. Гематит, або червоний залізняк, Fе₂О₃ магнітних власти­востей не має. Його забарвлення — від червоно-бурого до чор­ного. Густина 5—5.3, твердість 5—6. Цей залізняк містить до 70% заліза.

Бурий залізняк 2Fе₂О₃*3Н₂О залежно від умов залягання має забарвлення від жовтого до чорного. Густина його 3—4.4. У такому залізняку вміст заліза доходить до 55%. У бурому залізняку міститься хімічно зв'язана вода (до 12—14%).

Сидерит, або залізний шпат, FеСО₃ має колір від світло-жовтого до чорного залежно від умов його утворення. Густина до 3.9, твердість до 4. Вміст заліза до 48%.

Крім перелічених руд, залізо зустрічається у сполуках з сір­кою (пірит FеS₂) та у вигляді силікатних руд (ферліт 2FеО *SіО₂ та ін.). Проте ми на цих рудах спинятись не будемо, бо з них безпосередньо заліза не добувають. Пірит, наприклад, вико­ристовують у хімічній промисловості для добування сірчистого газу, з якого виробляють сірчану кислоту, а недогарки, які при цьому утворюються, використовують у чорній металургії.

Руди заліза містять як домішки різні елементи, які при виплавлені чавуну так чи інакше впливають на його якість, тому їх завжди треба заздалегідь визначати. Такими елементами є кремній, сірка, фосфор, миш'як, марганець, алюміній, хром, ти­тан, ванадій, кобальт, цинк, нікель та ін.

1.2.Загальна характеристика методу перманганатометрії.

Метод перманганатометрії базується на реакціях окиснення відновників іоном перманганату. Окиснення може відбуватися як у кислому, так і в лужному (або нейтральному) середовищі.

При окисненні в кислому середовищ марганець (VII) в складі KMnO₄, що застосовується для окиснення, відновлюється до Mn²⁺, причому утворюється сіль марганцю (II).

Наприклад, реакція з солями заліза (II) перебігає за рівнянням:

5Fe²⁺ + MnO₄^- + 8H⁺®5Fe³⁺+ Mn²⁺ + 4H₂O

Відновлення MnO₄^-до Mn²⁺ перебігає з приєднанням п’яти електронів:

MnO₄^- + 8H⁺ + 8е ® Mn²⁺ + 4H₂O

Тому молярна маса еквіваленту KMnO₄ дорівнює:

Е=158.03/5=31.61 г

При окисненні в лужному або нейтральному середовищі марганець (VII) відновлюється до марганцю (IV), причому утворюється диоксид марганцю MnO₂, точніше, його гідрат MnO(ОН)₂, що випадає у вигляді бурого осаду:

MnO₄^-+ 3H₂O +3е ® MnO(ОН)₂ + 4ОН^-

З цього слідує, що молярна маса еквіваленту KMnO₄ буде:

Е=158.03/3=52.68 г

Стандартний потенціал пари MnO₄^-/ Mn²⁺ (+ 1.51 в) набагато більший, ніж стандартний потенціал пари MnO₄^-/ MnO₂¯ (+ 0.59 в). З вище сказаного можна зробити висновок, що окиснююча властивість перманганату в кислому середовищі набагато вища, ніж в лужному середовищі.

В той час як при титруванні в кислому середовищі утворюються майже безбарвні Mn²⁺-іони, що залишаються в розчині в лужному чи нейтральному середовищі, темно бурий осад, який випадає, сильно ускладнює фіксацію точки еквівалентності за забарвленням невеликого надлишку перманганату при титруванні. Тому в титрометричному аналізі використовують найчастіше реакції окиснення перманганатом в кислому середовищі.

1.3. Методи визначення заліза в магнітному залізняку.

Залізо в магнітному залізняку визначають титрометричним методом. В лабораторній практиці застосовують переважно перманганатометричний та дихроматний методи.

1.3.1. Визначення заліза дихроматним методом.

Відновлення заліза алюмінієм. На аналітичних терезах зва­жують годинникове скло і на ньому точно зважують підготовлену для аналізу залізну руду. Наважку повністю переносять у хімічний стакан, доливають концентровану соляну кислоту і, злегка нагріваючи, розчи­няють. Через 4—5 хвилин від початку розчинення у стакан з кислотою добавляють алюміній і накривають годинни­ковим склом. Коли руда розчиниться, на годинникове скло, яким накривають стакан, насипають ще трохи металічного алюмінію, швидко висипають весь алюміній у стакан, закривають його го­динниковим склом і нагрівають, поки алюміній повністю розчи­ниться. При цьому відбувається відновлення заліза алюмінієм:

ЗFеС₃ + А1 = ЗFеС1₂ + АІСІз.

Одночасно з цією реакцією відбувається реакція між алюмінієм і соляною кислотою:

2А1 + 6НС1 = 2А1С1₃ + ЗН₂ ↑

Реакція відбувається досить бурхливо, і виділюваний водень може захоплювати дрібнісінькі частинки рідини, що може при­звести до помітних втрат, а звідси — до занижених результатів.

Відновлення заліза хлоридом олова (II) .  До наважки руди доливають концентровану соля­ну кислоту і заздалегідь приготовлений розчин хлориду олова (II), накривають годинниковим склом і злегка нагрі­вають. Тривалентне залізо відновлюють далі зазда­легідь приготовленим розчином хлориду олова (II), приливаючи його краплями з бюретки (можна з піпетки) і енергійно перемішуючи розчин. Приливають краплями доти, доки забарвлення з буро-коричневого перейде в світло-жовте. Розчин у колбі розводять до певного об'єму, охоло­джують до 20—25° С, добре перемішують і приливають туди 2-% розчин хлориду ртуті (II). Після цього має утво­ритись невелика кількість шовковистого білого осаду. Якщо цьо­го не станеться або випаде велика кількість сірого чи чорного осаду, то це вказує на неправильне виконання аналізу і його треба переробити.

Титрування. У колбу з відновленим залізом добавляють декілька крапель індикатора дифеніламіну, добре перемішують, дають постояти і титрують розчином дихромату калію. Процес титрування проводять швидко до появи світло-зеленого забарвлення, яке поступово переходить у темно-зелене.

 Додавання краплями продовжують доти, доки розчин забарвиться в темно-синій або яскраво-фіолетовий колір.

2. ПЕРЕЛІК НЕОБХІДНИХ ДЛЯ АНАЛІЗУ ОБЛАДНАННЯ, ПОСУДУ, РЕАКТИВІВ І РОЗЧИНІВ

 

Для проведення лабораторного дослідження перманганатометричного методу аналізу визначення заліза є необхідними наступні посуд, реактиви і розчини та обладнання.

 

2.1. Посуд.

Бюретки на 25-50 мл (бажано зі скляним краном )

Стакани або колби на 100 мл

Вимірювальна колба на 1000 мл

Фарфорові тиглі

Піпетка

Вата

Мірний циліндр

Годинникове скло

2.2. Реактиви і розчини.

Титрований розчин перманганату калію

Сірчана кислота розведена (1:4)

Ортофосфорна кислота

Розчин хлориду олова (II)

Соляна кислота (густина 1,18—1,19, ч. д. а.).

Амальгамований цинк

Суміш Рейнгарда-Циммермана (MnSO₄, H₃PO₄ , H₂SO₄)

2.3. Обладнання.

Аналітичні ваги.

Технічні ваги.

3. МЕТОДИКА ПЕРМАНГАНОМЕТРИЧНОГО ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛІЗА У МАГНІТНОМУ ЗАЛІЗНЯКУ

 

Методика перманганатометричного визначення заліза у магнітному залізняку полягає в наступному.

3.1. Приготування та зберігання розчину перманганату.

Титрування перманганатом проводять без індикатора. Оскільки одна крапля розчину KMnO₄ навіть при концентрації його, рівній 0.01 н., забарвлює в кінці титрування 50 мл розчину в чіткий рожевий колір, немає необхідності вживати 0.1 н. розчину перманганату. Звичайно застосовують його 0.02-0.05 н. розчини.

Звідси витікає, що приготувати розчин перманганату за точною наважкою неможливо. Титр його необхідно встановлювати не раніше ніж через 7-10 днів після приготування розчину.

Для того щоб розчин KMnO₄ був досить стійким і титр його не змінювався, осад MnO₂, який присутній в ньому в якості домішок, а також утворений в результаті окиснення перманганатом органічних речовин та аміаку, що містяться в воді, необхідно видалити, так як він каталітично прискорює розклад KMnO₄. Необхідно також пам’ятати, що перманганат окиснює гуму, коркові пробки, папір та інші речовини, тому необхідно уникати дотикання розчину з ними. Так, не можна фільтрувати розчин KMnO₄ через паперові фільтри, а необхідно користуватися скляними фільтрувальними тиглями чи зливати розчин з осаду MnO₂ сифоном.

Зберігати розчин перманганату необхідно в темряві чи в склянках з темного скла, так як світло прискорює розклад KMnO₄:

4MnO₄^-+ 2H₂O ®4MnO₂¯ + 4OH^- + 3O₂↑

Для приготування розчину KMnO₄ беруть на технічних терезах наважку, яка необхідна для отримання 1 л 0.02 н. розчину. Вона дорівнює 0.02*31.61 г, тобто біля 0.63 г. Далі відмірюють великим мірним циліндром 1 л дистильованої води для розчинення наважки. Так як кристали KMnO₄ розчиняються доволі повільно, частину взятої води нагрівають майже до кипіння та невеликими порціями її обробляють при ретельному перемішуванні наважки KMnO₄ в стакані чи колбі. Час від часу обережно зливають рідину з кристалів в іншу колбу, змінюючи її новою порцією гарячої води. Приготований охолоджений розчин переливають в склянку ємністю 1 л, додають туди ж воду, що залишилася та, ретельно перемішавши, залишають на 7-10 днів. Склянку закривають пробкою і зберігають в темряві (краще готувати розчин в склянці з темного скла). По закінченню цього терміну сифоном обережно зливають з осівших пластівців MnO₂ (чи профільтровують через скляний фільтруючий тигель).