Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
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 .................... 43Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
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 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
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
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
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 tui 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
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 hay 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<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.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
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 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 tiênPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
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 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.
công cụ lấy mẫu đặc biệt là gáo thép hay xẻng thép. Nhúng công cụ lấy mẫu vào
khối lỏng nóng chảy, lấy ra để nguội, mẫu sẽ được tách ra khỏi công cụ lấy mẫu, sau
đó dùng phương pháp cơ học để chuyển mẫu thành dạng mạt, phoi hay 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 hay 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.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
Trang 7
Các phản ứng:
FeSi + HCl + nH2O ⎯⎯→
0
t SiO2. nH2O ↓ + FeCl2 + H2↑
SiO2. nH2O ⎯950 ⎯−⎯1000⎯0 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
m
mẫu(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 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 hay rượu polivinylic.Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
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 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
Fe2(SO4)3 ⎯900 ⎯⎯0 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 hay 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 hay 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
%Si = ×f
m
a×100
Với: a - khối lượng SiO2
m - khối luợng mẫu
f =
SiO 2
Si
MM
= 0,4672
1.2. Phương pháp so màu
1.2.1. Nguyên tắc
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
Trang 9
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 hay 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
(NH4)3H5[Si(Mo2O7)6] Fe 2 4H+ (NH4)3H5 Si Mo2O5 Fe3+ 2H2O
(Mo2O7)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 đun nóng trong quá trình phá mẫu. Khí sinh ra trong
quá trình phá mẫu là khí NO2 (độc), vì vậy cần 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.Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
Trang 10
Trường hợp không có mẫu tiêu chuẩn gang thép: Khi đó cần 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 ⇔ 2
3
TSiO _ =0,2741mg/ml.
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 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).
quyển CO2, điều kiện đun nóng. Để tạo ra bầu khí quyển CO2 trong quá trình khử,
cần thêm 1 lượng nhỏ Na2CO3 vào: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
Trước khi nạp dung dịch vào thiết bị khử, phải tạo ra môi trường khí trơ, vì vậy
phải cho dòng khí N2 nóng chạy qua thiết bị trong vòng 5 phút, khi nạp liệu (dung
dịch, bột Zn) cần tránh sự xâm nhập của không khí vào thiết bị.
Điều chế hỗn hợp Zn-Hg: Cân 300g Zn hạt (d=0,8mm) tinh khiết trong một
bình nón, thêm vào 300ml dung dịch HgCl2 hay Hg(NO3)2 (nồng độ dung dịch muối
Hg2+ sao cho trong 300ml dung dịch chứa khoảng 80-100g Hg) thêm tiếp 1-2ml
HNO3 đậm đặc. Lắc đều 5-10 phút, để lắng rồi gạn phần dung dịch ra. Sau đó rửa
lắng gạn đến khi hết acid, hỗn hợp thu được phải có màu sáng óng ánh.
Quá trình khử: Nạp hổn hợp điều chế vào cột khử, rửa bằng 500ml H2O cất.
Sau đó nạp đầy H2O, cột luôn luôn phải đầy nước để tránh O2 không khí tiếp xúc với
hỗn hống. Dội qua cột 20-50ml HCl 0,5-2N. Sau đó dội dung dịch cần khử qua cột,
bình nón để dưới hứng dung dịch qua cột khử, tốc độ có thể điều chỉnh bằng khóa b.
Sao cho cứ 100ml dung dịch qua cột trong 1 phút, sau đó lại dội qua cột 25 ÷ 50ml
HCl 0.5÷2N và cuối cùng là nước cất.
CỘT KHỬ JONES
+ Thiết bị khử (cột Jones): Hình vẽ đã trình bày
một thiết bị khử đơn giản, dễ thực hiện theo hướng
tạo bầu khí quyển trơ (oxh-khử) CO2. Để lấy hết
không khí trong ống khử thì đóng khóa a, mở khóa
b, gắn vòi c vào máy hút chân không, cho bơm hút
trong vòng 2-5 phút, sau đó tắt đồng thời bơm và
khóa b lại. Trước khi hút, cần nạp vào bình nón bột
Zn hay kẽm hạt trước.
+ Chú ý là có thể điều chế cột khử Jones để sử dụng
nhiều lần và tăng hiệu quả khử bằng cách thay Zn
bằng hổn hống Zn-Hg. Cách điều chế và tiến hành
như sau:
Khi khử theo cách ban đầu, thì sau khi cho Zn hạt vào, rót qua phễu cột khử
khoảng 1-2ml Na2CO3 5%, sau đó mới rót dung dịch cần khử vào thiết bị qua phễu.
- Điều kiện chuẩn độ: Môi trường chuẩn độ là môi trường acid HCl nhằm tránh sự
thủy phân của các ion kim loại, cần thực hiện nhanh và trong môi trường khí trơ tránh
O2 phản ứng với Sn2+ và I2 bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, nên sử dụng buret nâu. Trong
điều kiện này, Fe2+ không phản ứng với I2 mà chỉ có khả năng Fe3+ phản ứng với I-,
điều này không ảnh hưởng đến quá trình chuẩn độ.
1.3.3. Qui trình xác định
- Cân chính xác khoảng 1,0000 ± 0,0002g mẫu hợp kim đồng trong bình nón 250ml
chịu nhiệt, rót từ ống đong 20ml hỗn hợp acid (HCl đậm đặc theo tỷ lệ 1:1) qua phễu
ÂN
P
1
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
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 .................... 43Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
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 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
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
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
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 tui 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
You must be registered for see links
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 hay 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<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.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
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 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 tiênPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
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 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.
công cụ lấy mẫu đặc biệt là gáo thép hay xẻng thép. Nhúng công cụ lấy mẫu vào
khối lỏng nóng chảy, lấy ra để nguội, mẫu sẽ được tách ra khỏi công cụ lấy mẫu, sau
đó dùng phương pháp cơ học để chuyển mẫu thành dạng mạt, phoi hay 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 hay 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.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
Trang 7
Các phản ứng:
FeSi + HCl + nH2O ⎯⎯→
0
t SiO2. nH2O ↓ + FeCl2 + H2↑
SiO2. nH2O ⎯950 ⎯−⎯1000⎯0 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
m
mẫu(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 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 hay rượu polivinylic.Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
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 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
Fe2(SO4)3 ⎯900 ⎯⎯0 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 hay 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 hay 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
%Si = ×f
m
a×100
Với: a - khối lượng SiO2
m - khối luợng mẫu
f =
SiO 2
Si
MM
= 0,4672
1.2. Phương pháp so màu
1.2.1. Nguyên tắc
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiPhân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
Trang 9
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 hay 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
(NH4)3H5[Si(Mo2O7)6] Fe 2 4H+ (NH4)3H5 Si Mo2O5 Fe3+ 2H2O
(Mo2O7)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 đun nóng trong quá trình phá mẫu. Khí sinh ra trong
quá trình phá mẫu là khí NO2 (độc), vì vậy cần 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.Phân tích kim loại Chương 1: Phân tích kim loại đen
Khoa CNHH – Chuyên ngành Hóa phân tích
You must be registered for see links
Trang 10
Trường hợp không có mẫu tiêu chuẩn gang thép: Khi đó cần 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 ⇔ 2
3
TSiO _ =0,2741mg/ml.
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 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).
quyển CO2, điều kiện đun nóng. Để tạo ra bầu khí quyển CO2 trong quá trình khử,
cần thêm 1 lượng nhỏ Na2CO3 vào: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
Trước khi nạp dung dịch vào thiết bị khử, phải tạo ra môi trường khí trơ, vì vậy
phải cho dòng khí N2 nóng chạy qua thiết bị trong vòng 5 phút, khi nạp liệu (dung
dịch, bột Zn) cần tránh sự xâm nhập của không khí vào thiết bị.
Điều chế hỗn hợp Zn-Hg: Cân 300g Zn hạt (d=0,8mm) tinh khiết trong một
bình nón, thêm vào 300ml dung dịch HgCl2 hay Hg(NO3)2 (nồng độ dung dịch muối
Hg2+ sao cho trong 300ml dung dịch chứa khoảng 80-100g Hg) thêm tiếp 1-2ml
HNO3 đậm đặc. Lắc đều 5-10 phút, để lắng rồi gạn phần dung dịch ra. Sau đó rửa
lắng gạn đến khi hết acid, hỗn hợp thu được phải có màu sáng óng ánh.
Quá trình khử: Nạp hổn hợp điều chế vào cột khử, rửa bằng 500ml H2O cất.
Sau đó nạp đầy H2O, cột luôn luôn phải đầy nước để tránh O2 không khí tiếp xúc với
hỗn hống. Dội qua cột 20-50ml HCl 0,5-2N. Sau đó dội dung dịch cần khử qua cột,
bình nón để dưới hứng dung dịch qua cột khử, tốc độ có thể điều chỉnh bằng khóa b.
Sao cho cứ 100ml dung dịch qua cột trong 1 phút, sau đó lại dội qua cột 25 ÷ 50ml
HCl 0.5÷2N và cuối cùng là nước cất.
CỘT KHỬ JONES
+ Thiết bị khử (cột Jones): Hình vẽ đã trình bày
một thiết bị khử đơn giản, dễ thực hiện theo hướng
tạo bầu khí quyển trơ (oxh-khử) CO2. Để lấy hết
không khí trong ống khử thì đóng khóa a, mở khóa
b, gắn vòi c vào máy hút chân không, cho bơm hút
trong vòng 2-5 phút, sau đó tắt đồng thời bơm và
khóa b lại. Trước khi hút, cần nạp vào bình nón bột
Zn hay kẽm hạt trước.
+ Chú ý là có thể điều chế cột khử Jones để sử dụng
nhiều lần và tăng hiệu quả khử bằng cách thay Zn
bằng hổn hống Zn-Hg. Cách điều chế và tiến hành
như sau:
Khi khử theo cách ban đầu, thì sau khi cho Zn hạt vào, rót qua phễu cột khử
khoảng 1-2ml Na2CO3 5%, sau đó mới rót dung dịch cần khử vào thiết bị qua phễu.
- Điều kiện chuẩn độ: Môi trường chuẩn độ là môi trường acid HCl nhằm tránh sự
thủy phân của các ion kim loại, cần thực hiện nhanh và trong môi trường khí trơ tránh
O2 phản ứng với Sn2+ và I2 bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, nên sử dụng buret nâu. Trong
điều kiện này, Fe2+ không phản ứng với I2 mà chỉ có khả năng Fe3+ phản ứng với I-,
điều này không ảnh hưởng đến quá trình chuẩn độ.
1.3.3. Qui trình xác định
- Cân chính xác khoảng 1,0000 ± 0,0002g mẫu hợp kim đồng trong bình nón 250ml
chịu nhiệt, rót từ ống đong 20ml hỗn hợp acid (HCl đậm đặc theo tỷ lệ 1:1) qua phễu
ÂN
P
1
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Tags: dùng axit phá mẫu quặng