Химический анализ чугуна

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химический институт им. А.М. Бутлерова

Кафедра аналитической химии

Специальность: 04.05.01 – Фундаментальная и прикладная химия

 

 

 

 

АХТЯМОВ АЛМАЗ АЗАТОВИЧ

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

АНАЛИЗ ЧУГУНА

 

 

Студент 2 курса

Группа 07-402

"04" мая 2016 г.    __________________  (А.А.Ахтямов)

 

 

 

Научный руководитель

к.х.н., доцент,

"04" мая 2016 г.     ___________________  (Е.Е. Стойкова)

 

 

 

 

 

 

Казань – 2016

 

Содержание

1. Литературный обзор…………………………………………………...……........3

2. Экспериментальная часть …………………………………………………..…...8

2.1 План-схема анализа ……………………………………..………….......8

2.2 Качественный анализ  …………………………………..……………....9

2.3 Количественный анализ  ………………………………………............12

3. Выводы…………………………………..…………………………………….....19

4. Список литературы ……………………………………………………………...20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Литературный  обзор

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2.14 до 6.67%. Чугун — дешевый  машиностроительный  материал,  обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов.

Получение чугуна — сложный химический процесс.

Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования.

Свойства чугуна зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав: кремния (до 4.3%), марганца (до 2%), серы (до 0.07%) и фосфора (до 1.2%).

Углерод — один из главных элементов в чугуне. В зависимости от количества и состояния входящего в сплав углерода получаются те или иные сорта чугуна.

С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом — в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита.

Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким. Марганец повышает прочность чугуна.

Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму.

Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках).

   Состав и свойства чугуна

 

Рис. 1. Фазовая диаграмма стабильного равновесия Fe —С 
Фазовая диаграмма состояния Fe — С (стабильная) представлена на рис. 1 (штриховые линии соответствуют выделению графита, а сплошные — цементита). Температуры плавления чугунов значительно ниже (на 300...400 °С), чем у стали

Бе́лый чугу́н - вид чугуна, в котором углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита и лишь незначительная его часть (0.03-0.30%) обнаруживается тонкими методами химического анализа или визуально при больших увеличениях. Основная металлическая масса белого чугуна состоит из цементитной эвтектики, вторичного и эвтектоидного цементита, а легированного белого чугуна - из сложных карбидов и легированного феррита. Отливки белого чугуна обладают износостойкостью, относительной жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Наличие в части их сечения структуры, отличной от структуры белого чугуна, понижает эти свойства. Прочность белого чугуна снижается с увеличением содержания в нём углерода, а следовательно, и карбидов. Твёрдость белого чугуна возрастает с ростом доли карбидов в его структуре, а следовательно, и с увеличением содержания углерода.  
Наивысшую твёрдость имеет белый чугун с мартенситной структурой основной металлической массы. Коагуляция карбидов резко снижает твёрдость чугуна.  
          При растворении в карбиде железа примесей и образовании сложных карбидов твёрдость их и белого чугуна повышается. По интенсивности влияния на твёрдость белого чугуна основные и легирующие элементы располагаются в следующей последовательности, начиная с углерода, определяющего количество карбидов и интенсивнее иных элементов увеличивающего твёрдость чугуна.  
 
C - никель - P - Mn - Cr - Mo - V - Si - Al - Cu - Ti - S. Действие никеля и марганца, а отчасти хрома и молибдена, обуславливается их влиянием на образование мартенситно - карбидной структуры и содержание их в количествах, соответствующих содержанию в чугуне углерода, обеспечивает максимальную твёрдость белого чугуна.    
        Особо высокий твёрдостью НВ 800-850 обладает чугун с содержанием 0.7-1.8% бора. Белый чугун является весьма ценным материалом для деталей, работающих в условиях амортизации при очень высоких удельных давлениях и преимущественно без смазки. Прямая зависимость между износостойкостью и твёрдостью отсутствует; твёрдость не определяет износостойкость, но должна учитываться в совокупности со структурой чугуна. Лучшей износостойкостью обладает белый чугун с тонким строением основной металлической массы, в которой в виде отдельных мелких и равномерно распределённых включений или в виде тонкой сетки расположены карбиды, фосфиды и пр.  
        Структура основной металлической массы определяет и специальные свойства легированного чугуна - его коррозионную стойкость, жаропрочность, электросопротивление. В зависимости от состава и концентрации легирующих элементов, основная металлическая масса легированного белого чугуна может быть карбидо - аустенитной, карбидо - перлитной и, помимо этого, содержать легированный феррит. Основным легирующим элементом при этом является хром, связывающий углерод в карбиды хрома и сложные карбиды хрома и железа.  
        Твёрдые растворы этих карбидов обладают высоким электродным потенциалом, близким к потенциалу второй структурной составляющей основной металлической массы чугуна - хромистого феррита, а возникающие защитные окисные плёнки определяют повышенную коррозионную стойкость высокохромистого белого чугуна. В присутствии хрома как дополнительного компонента существенно повышается температурная стойкость карбидов в связи со значительным замедлением диффузионных процессов при комплексном легировании. Эти характерные особенности легированного белого чугуна определили области его использования в зависимости от структуры в качестве нержавеющего и магнитного чугуна и чугуна с высоким электросопротивлением.               
         Чугун серый — сплав железа с графитом, который присутствует в виде пластинчатого или волокнистого графита. 
Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации,текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широкоприменяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.Кроме углерода, серый чугун всегда содержит в себе другие элементы. Важнейшие из них это кремний имарганец. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода лежит в пределах 2.4-3.8 %, кремния 1-4% и марганца до 1.4 %.

Применение. 
        Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугун (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугун характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2—4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугун — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугун Свойства серого чугун зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.  
         Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугун). Кристаллизация белых чугун происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного амортизации. Легирование белого чугун карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.  
         Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки). 
         Чугун с 5—7% Si (силал) применяется в качестве жаростойкого материала. Чугун с 12—18% Si (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой чугун, легированный молибденом (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте. Чугун кислотdash;25% Al (чугаль) обладает наибольшей по сравнению с известными чугун жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили чугун, легированные Cr (до 2.5%) и никель (до 6%) — нихарды. Аустенитные никелевые чугун, легированные Mn, Cu, Cr (нирезисты), применяются как коррозионностойкие и жаропрочные.

Химические методы анализа чугуна

1. КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД  ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕГО УГЛЕРОДА. 
 Навеску чугуна или стали сжигают в печи в токе кислорода при температуре от 1200 до 1250 °C. Образующийся углекислый газ поглощается раствором и вызывает повышение кислотности, что, в свою очередь, приводит к изменению э.д.с. индикаторной системы pH-метра. 
 Количество электричества, необходимое для достижения первоначального значения pH поглотительного раствора и пропорциональное концентрации углерода в пробе, фиксируется специальным кулонометром - интегратором тока, показывающим непосредственное количество углерода в пробе (в процентах).

2. ГАЗООБЪЕМНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕРОДА. 
 Метод основан на сжигании навески стали или чугуна в токе кислорода при температуре от 1200 до 1250 °C с последующим поглощением образовавшегося углекислого газа раствором едкого калия.        Массовую долю углерода определяют по разности между первоначальным объемом газов и объемом, полученным после поглощения углекислого газа раствором едкого кали.

3. ОБЪЕМНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЕРЫ. 
 Метод основан на сжигании навески стали или чугуна в токе кислорода при температуре от 1200 до 1250 °C с поглощением образующейся двуокиси серы водой и титрования сернистой кислоты раствором йода или смесью йодноватокислого и йодистого калия в присутствии индикатора крахмала.

4. ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФОРА В ЧУГУНАХ, УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ. 
 Фотоколориметрический метод определения фосфора основан на образовании растворимой комплексной соли фосфорномолибденовой гетерополикислоты, окрашивающей раствор в интенсивный желтый цвет, с последующим восстановлением молибдена в комплексе до синего цвета, так называемой молибденовой сини, которая более чувствительна. Интенсивность окрашивания при соблюдении определенных условий пропорциональна массовой доле фосфора. Чувствительность метода составляет 0.00001 г фосфора в 50 куб. см раствора. Фотометрирование проводят с красным светофильтром, в основном в солянокислой среде при оптимальной кислотности не выше 0.62 н.

5. ЭКСТРАКЦИОННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФОРА В ЧУГУНАХ, НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ. 
 Метод основан на экстрагировании желтой формы фосфорномолибденовой гетерополикислоты изоамиловым спиртом с последующим восстановлением до молибденовой сини раствором хлористого олова непосредственно в экстракте. При использовании данного варианта не мешают мышьяк, кремний, хром, никель. Влияние ванадия устраняют введением в раствор насыщенного раствора соли Мора, восстанавливая его при этом до 4-валетного состояния.

6. ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФОРА И КРЕМНИЯ В УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ И ЧУГУНАХ (ИЗ ОДНОЙ НАВЕСКИ). 
 Сущность метода состоит в том, что растворение навески проводят в условиях, необходимых для определения фосфора, и первоначально создают кислотность (pH <= 0.5 н по серной кислоте), необходимую для образования фосфорномолибденового комплекса, который восстанавливают гидроксиламином. После фотометрирования фосфорномолибденового комплекса в аликвотной части раствора (его разрушают добавлением аммония надсернокислого) создают кислотность для образования только кремнемолибденового комплекса, который восстанавливают тиомочевиной, в качестве катализатора используют медь сернокислую.

7. ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ В СТАЛЯХ. 
 Метод основан на образовании окрашенного в синий цвет комплексного соединения кремния с молибденовокислым аммонием в сернокислой среде с применением в качестве восстановителя двойной сернокислой соли закиси железа - аммония (соли Мора). Интенсивность окрашивания пропорциональна содержанию кремния. Чувствительность метода 0.000005 г в 100 куб. см раствора. Кремнемолибденовая кислота устойчива в широком интервале кислотности вплоть до 5 н.

8. ОБЪЕМНЫЙ ПЕРСУЛЬФАТНО-СЕРЕБРЯНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАРГАНЦА В УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ, СОДЕРЖАЩИХ МЕНЕЕ 2.0% ХРОМА. 
 Метод основан на окислении двухвалентного марганца в сернокислом растворе до семивалентного надсернокислым аммонием в присутствии азотнокислого серебра. Образовавшаяся марганцовая кислота, окрашивающая раствор в характерно фиолетово-красный цвет, восстанавливается серноватистокислым натрием. Определению марганца мешают наличие хрома свыше 1.5% и ионы хлора.

9. ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАРГАНЦА В ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ. 
 Метод основан на окислении двухвалентного марганца в марганцовую кислоту в кислой среде персульфатом аммония в присутствии катализатора - азотнокислого серебра. Образующаяся марганцовая кислота, окрашивающая раствор в характерный малиново-красный цвет, имеет максимум светопоглощения при лямбда = 525 нм.

10. ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХРОМА (0.01 – 0.05%). 
 Метод основан на окислении дифенилкарбазида шестивалентным хромом в сернокислой среде (от 0.2 до 0.5 н) и измерении интенсивности окраски полученного соединения, окрашенного в красно-фиолетовый цвет (лямбда = 536 нм). Влияние трехвалентного железа устраняют прибавлением фосфорной кислоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Экспериментальная часть

2.1 План-схема анализа

 

 

 

2.2 Качественный анализ

  Определение типа сплава на основании реакций, характерных для основного элемента сплава, показало, что анализируемый объект - сплав железа.

Таблица 1. Определение типа сплава.

Исследуемый объект	Реагент	Наблюдения	Вывод
Часть исходного образца	NaOH (30%)	Выделения газа не происходило.	Анализируемый объект не является сплавом на основе алюминия.
Часть исходного образца	Р-р Fe2(SO4)3 (3%)	Выделения газа и образования бурого осадка не наблюдалось.	Образец не является сплавом магния.
Часть исходного образца	HNO3(конц) При нагревании	Появления синей окраски раствора или образования белого осадка не произошло.	Анализируемый объект не является сплавом меди.
Часть исходного образца	НСl(конц) при нагревании, 6М HNO3, р-p NH4NCS (10%)	Наблюдалось появление кроваво- красной окраски.	Анализируемый сплав представляет собой сплав железа.

 

После этого начали проводить качественный анализ образца сплава

Таблица 2. Качественный анализ.

Исследуемый объект	Реагент	Наблюдения	Вывод	Состав фазы после разделения
				Осадок	Раствор
Часть исходного образца	H2SO4(1:5), t	Часть образца растворяется, остается черный осадок	В состав осадка входят неметаллы, возможно C, Si, P; осадок далее не анализируется	Осадок 1   C, Si, P, S	Раствор 1  Fe(II,III), Mn(II), Ti(IV), Ni(II), Cu(II), Cr(III,VI), Al(III), Mo(VI), V(V), Co(II), W(VI)
Раствор 1	HNO3(конц), t	Получен прозрачный раствор 2 без осадка	Отсутствует  W		Раствор 2  Fe(III), Mn(II), Ti(IV), Ni(II), Cu(II), Cr(III), Al(III), Mo(VI), V(V), Co(II)
Раствор 2	Na2S (среда кислая), t	Получен прозрачный раствор 3 без черного осадка	В сплаве отсутствуют  Mo и Cu		Раствор 3  Fe(III), Mn(II), Ti(IV), Ni(II), Cr(III), Al(III), V(V), Co(II)
Раствор 3	избыток 30% NaOH	Образуется красно-коричневый осадок 3 и раствор 4		Осадок 3 Fe2O3∙H2O, MnO(OH)2, Ti(OH)4, Ni(OH)2, Co(OH)2	Раствор 4 VO3-, Al(OH)4-, CrO42-
Раствор 4	4М HCl, 3% H2O2	Темно-красное окрашивание не появляется	В сплаве не содержится V
Раствор 4	NH4Cl (тв), t	Белый осадок не выделяется	Al в сплаве отсутствует
Раствор 4	3%-ный Н2О2, H2SO4(1:4), эфир	Окрашивание эфирного слоя в синий цвет  не наблюдается	В сплаве не содержится Cr
Осадок 3	4М раствор H2SO4	Осадок растворяется			Раствор 5  Fe(III), Mn(II), Ti(IV), Ni(II), Co(II)
Раствор 5	1% этанольный раствор диметил-глиоксима, 2М NH3	Образование красного осадка не происходит	В образце отсутствует  Ni
Раствор 5	HNO3 (конц), NaBiO3(тв)	Происходит изменение окраски раствора в      малиновую	В сплаве содержится Mn
Раствор 5	NH4NCS(тв), NaF(тв), изоамиловый спирт	Не наблюдается окрашивание изоамилового спирта в синий цвет	Co в образце отсутствует
Раствор 5	H3PO4, 1M H2SO4, 3% H2O2	Не наблюдается желтого окрашивания раствора	В сплаве Ti не содержится

 

Результаты качественного анализа позволяют сделать вывод, что анализируемый сплав на основе железа содержит марганец в качестве примесей. Присутствие C, Si, S и P мы рассмотрим в разделе количественный анализ.

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Количественный анализ

Титриметрическое определение железа.

  Реагенты: 0.05 н. раствор полученный растворением точно взвешенной навески дважды перекристаллизованного дихромата калия;

HCl, пл. 1.19; 4М и 0.05 М растворы;

H2SO4, пл. 1.84

H3PO4, пл. 1.70

HNO3, пл. 1.40

Zn, металлический;

  Расчет массы навески: требуется, чтобы на титрование аликвоты исследуемого раствора пошло около 10 мл титранта. В этом случае концентрация титруемого раствора железа должна составить (учитывая, что фактор эквивалентности железа для протекающих реакций равен единице):

CFe= (0.05*10)/(10*1) = 0.05 М

  Отсюда, предполагая, что содержание железа в стали, как основного компонента будет составлять величину порядка 90% от общей массы навески находится масса навески:

m(навески)=(0.05*0,1*56)/0.90=0.3111г. 
 Реальная масса навески образца стали, взятая для титриметрического определение железа, составила  
m(навески)=0.3010г. 
 Точную навеску анализируемого материала поместили в высокий стакан ёмкостью 300 мл, прибавили 40 мл 4М HCl, закрыли часовым стеклом и растворяли при нагревании на песочный бане. Затем добавили HNO3 и нагревают далее. 
 Раствор выпаривали досуха. Остаток обработали 10 мл HCl (пл.1.19). 
Операцию выпаривания с HCl повторяли два раза, после чего добавили 4 мл HCl (пл.1.19) и разбавили горячей водой примерно до 50 мл. Затем раствор отфильтровали от нерастворившегося осадка через фильтр (белая лента) в мерную колбу ёмкостью 100 мл. Фильтр хорошо промыли горячей 0.05M HCl, охладили, довели до метки перемешивали. Фильтр с осадком не выбросили.  Пипеткой отобрали аликвоту 10 мл исследуемого раствора, перенесли в коническую колбу ёмкостью 100 мл, добавили 5 мл HCl (пл.1.19). Колбу закрыли маленькой воронкой, внесли 3-4 гранулы металлического цинка нагрели на песочной бане до растворения цинка. Колбу охладили струей воды под краном, добавили 3-4 мл H2SO4вторично охладили, добавили 5 мл H3PO4, 15 мл воды, 2 капли дифениламина, и раствор медленно титровали раствором дихромата калия до появления сине-фиолетовой окраски раствора.

 

 

 Объем раствора дихромата калия, пошедшего на титрование составил:

 V1= 9.23 мл 
V2= 9.28 мл 
V3=9.20 мл 
<V>=9.24 мл

  Содержание железа в анализируемом образце, исходя из результатов титрования, может быть вычислено следующим образом: 
                            wFe = [С * V * Vk* M(Fe) ]/[1000*Va*m(навески)]

Где С – концентрация титранта, н; V – объем титранта, пошедшего на титрование, мл;

Vk – объем мерной колбы, мл; М (Fe) – молярная масса железа, г/моль; Va– объем аликвоты,мл. 
Исходя из полученных результатов, содержание железа в образце составило: 
                            wFe=[0.05*9.24*100*56]/[1000*10*0.301]=0.8595 или 85.95% 
Повторили эксперимент еще 5 раз, на выходе получили результаты: 
1)85.95% 
2)85.91% 
3)85.93% 
4)85.91% 
5)85.90% 
6)85.92%

 
Вывод: в данном сплаве чугуна 85.92% железа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Титриметрическое определение марганца.

  Титриметрическое определение марганца проводилось персульфатным методом. Этот метод основан на окислении марганца персульфатом аммония в присутствии катализаторов до высшей степени окисления согласно уравнению:

2Mn+2 + 5S2O82- + 8H2O = 2MnO4- + 10SO42- + 16H+

  Избыток персульфата разрушили кипячением. Реакции окисления персульфатом мешают хлорид – ионы, поэтому навеску сплава растворяли в разбавленном (20%) растворе серной кислоты.

1. Растворение навески. Навеску чугуна перенесли в жаростойкий стакан емкостью 250-300 мл, прибавили 20 мл воды и 20 мл 2н раствора серной кислоты, накрыли стакан часовым стеклом и нагрели до полного растворения навески. После чего раствор упаривали до небольшого объема. Раствор фильтровали в колбу емкостью 200 мл, промыли осадок на фильтре. Довели до метки.
2. Окисление марганца. Аликвотную часть 10 мл раствора пипеткой перенесли в коническую колбу 100 мл, прибавили 20 мл 2М серной кислоты, 1,5 мл конц. Фосфорной кислоты, 20 мл воды, 1-2 мл раствора AgNO3 и 1 – 2 г персульфата аммония. Раствор нагрели до полного разрушения избытка персульфата.
3. Определение марганца. К охлажденному раствору добавили 4 мл конц. Серной кислоты, 5 мл конц. H3PO4 и титровали раствором соли Мора до исчезновения малиновой окраски.

 

Расчет массы навески. 
 Для приготовления 100 мл 0.05 н раствора перманганат – иона (исходя из 10% - ного содержания марганца в сплаве) нужно 
m(сплава) = С (MnO4-* fэкв*М(Mn)*V/w(Mn) = 0.05*(1/5)*55*0.1/0.1 = 0.55 г

Масса навески сплава: 0.51 г

С (соль Мора) = 0.17622 н.

 
Объем раствора соли Мора пошедший на титрование аликвоты 10 мл: 
V1=1.8мл 
V2=1.7мл 
V3=1.6мл 
<V>= 1.7мл

Тогда 
wMn= [0.17622*1.7*(1/5)*55*100 ]/[1000*10*0.51]=0.0646 или 6.46%

Повторили эксперимент еще 5 раз, на выходе получили результат.

 

Вывод: в данном сплаве чугуна 6.417% марганца.

 

 

 

 

 

 

 

Определение углерода.

  С учетом того, что титранта должно уйти примерно 20 мл, и зная, что углерода в сплаве примерное 4%, рассчитываем минимальную навеску: 
a =[(0.5*0.03) – (1*0.02/2)] * 12 * 100% / 4% = 1.5 г

  Для определения «общего» углерода навеску чугуна в 1.7 г сожгли в нагревательных трубчатых печах в атмосфере кислорода при 1100-1250 градусов по Цельсию. В результате весь углерод независимо от состояния окисляется до СО2.

  Далее анализ будем вести по Объемному (баритовому) методу.  
Образующийся углекислый газ поглощали избытком (30 мл) титрованного раствора едкого барита Ва(ОН)2 с концентрацией 0.5М, вследствие чего образуется осадок углекислого бария:  
СО2+Ва(ОН)2=ВаСО3+Н2О  
 Избыток раствора едкого барита оттитровали раствором соляной кислоты(С=1моль/л) по фенолфталеину, служащем в качеств индикатора. 
Ba(OH)2+2HCl=BaCl2+2H2O 
 Присутствующий при этом в растворе осадок углекислого бария не вступает в реакцию с кислотой, так как титрование с фенолфталеином заканчивается при рН = 9.

 
Повторили эксперимент 3 раза. 
 
Получили объемы кислоты:

 V1=18.9мл 
V2=18.8мл 
V3=18.8мл 
<V>=18.85мл

Тогда wС=[0.5*0.03-(1*0.01885/2)]*12/1.5=0,0446 или 4.46% 
 
Вывод: в данном сплаве чугуна 4.46 % углерода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение серы.

  С учетом того, что объем титранта должен быть равен примерно 20 мл,а примесей серы примерно 1% минимальная навеска будет равна: 
a = 0.1*0.02*32*100% / 1%=6.4 г.

 
  Для определения серы в данном образце, сожгли в атмосфере кислорода 6.5 г навески сплава при температуре около 1400 градусов по Цельсию. Образовавшийся SO2 поглощаем 25 мл водой с одновременным окислением йодом. 
SO2 + H2O = H2SO3

  При одновременном титровании раствором йода (0.1М по ст.) эта кислота окисляется в серную кислоту в процессе самого поглощения SO2 водой. Индикатором служит крахмал.

H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2HI

Повторили эксперимент 3 раза. 
 На основании количества  раствора йода, пошедшего на это титрование, вычисляем содержание серы в анализируемом образце чугуна. 
 
Получили объемы йода:

 V1=20.9мл 
V2=21мл 
V3=21мл 
<V>=20.95мл

 

Тогда wS=0.1*0.02095*32/6.5=0.01031 или 1.031% 
 
Вывод: в данном сплаве чугуна 1.031% серы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение фосфора.

Минимальную навеску рассчитываем по стандартной для гравиметрии формуле: 
                                                    г.

Взяли навеску образца в 10 г и перевели фосфор в фосфорную кислоту добавляя избыток азотной разбавленной кислоты. 
6Fе3P + 28HNO3 = ЗР2О5 + 9Fe2O3 + 28NO + 14Н2О

ЗР2О5 + 9Fe2O3 + 54 HNO3 = 6Н3РО4 + 18Fe(NO3)3 + 18Н2О

Просуммировав оба уравнения и разделив на 2, получим 
3Fе3P+4IHNO3=ЗН3РО4+9Fe(NO3)3+14NO+16Н2О 

  Оставшуюся метафосфорную кислоту перевели в ортофосфорную, добавив перманганат калия : 
5Н3РО3+2KMnO4+6HNO3=5Н3РО4+2Mn(NO3)2+2KNO3+ЗН2О 
 Перевели в осажденную форму комплексной соли добавляя избыток молибдоната аммония:

Н3РО4 + 12 (NH4 )2MoO4 + 21HNO3 = (NH4)3PO4  • 12МоО3 • 2Н2О + 21(NH4)NO3 + 10Н2О

  Профильтровали получившийся раствор с осадком. Осадок высушили, прокалили и взвесили. 
 
m((NH4)3PO4•12МоО3)=0.9085г 
 
Тогда wP=(0.9085/1877)*31/10=0.0015 или 0.15% 
 
Вывод: в данном сплаве чугуна 0.15% фосфора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение кремния.

  Определение содержания кремния провели фотоколориметрическим методом определения. 
 Кремневая кислота в кислой среде способна взаимодействовать с молибдатом аммония с образованием окрашенного в желтый цвет соединения:

H4SiO3+12H2MoO4→H8Si(Mo2O7)6+10H2O 
 Кремнемолибдат аммония восстанавливали сульфатом двухвалентного железа до молибденовой сини:

:

  Для построения калибровочной кривой ряд навесок высокой частоты алюминия по 0.5 г поместили в никелевые тигли и ввели туда же различные количества стандартного раствора кремния Б (0.0008 г/мл), оставив одну навеску в качестве холостой пробы. Навески растворили в 10 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия сначала на холоду, а затем довели до кипения и кипятили около 5 мин. Тигли сняли, охладили, количественно перенесли их содержимое в стаканы и разбавили водой до 200 мл.  
В мерные колбы емкостью 500 мл вливали 100 мл соляной кислоты (1:1) и приливали туда растворы из стаканов, омывая их дистиллированной водой. Содержимое колб охлаждали, доводили до метки и тщательно перемешивали, после чего отбирали аликвотную часть в 10 мл в мерную колбу на 100 мл и приливали 10 мл молибдата аммония. Спустя 5 минут прилили в колбу 25 мл 5%-ного раствора сульфата двухвалентного железа, довели до метки дистиллированной водой и перемешали содержимое колбы. Измеряли интенсивность окраски в фотоколориметре с использованием красного светофильтра (λ=680 ммк) в кюветах с толщиной слоя 5 мм. Величину светопоглощения раствора измеряли против холостой пробы. По полученным величинам построили калибровочную кривую. 
 Навеску сплава в 0.5 г растворили в 10 мл 20%-ного раствора щелочи в никелевом тигле, покрытом часовым стеклом, сначала на холоду, а затем прокипятили на плите около 10 мин. После охлаждения раствор количественно перенесли в стакан и дальше вели анализ, как указано выше. Содержание кремния нашли по калибровочной кривой. Повторили эксперимент 3 раза, для достоверности результатов. 
Вывод: в данном сплаве чугуна 1.87% кремния.