Шпаргалка по "Химии"

    Теплоустойчивые, жаропрочные, жаро- и коррозионностойкие стали широко применяются для  деталей и конструкций, работающих при повышенных и высоких температурах, а также в агрессивных средах. Все марки сталей соответствуют строго определенному химическому составу.

    Сплав железа с углеродом при содержании последнего более 1,7% называют чугуном. Чугун тверд, но хрупок и не поддается  ковке или прокатке. Он используется главным образом для отливок тяжелых машинных частей (станин, маховых колес и т. п.) и на переработку его на сталь. Для улучшения свойств чугуна его легируют, что обеспечивает возможность широкого использования его в промышленности. Легирование чугуна и стали обычно проводят хромом, никелем, марганцем, кремнием, молибденом, вольфрамом, ванадием, титаном, алюминием, ниобием, кобальтом, медью, бором, магнием. От качества и количества легирующих элементов зависят свойства чугуна и стали.

39. Расчёт процентного содержания никеля в высоколегированных сталях

    Никель, как и хром, применяется как  легирующий элемент в сплавах. В низко- и среднелегированных сталях содержание никеля состав ляет около 3—4%. В нержавеющих, кислотостойких, жаропрочных, немагнитных и других сталях никеля, содержится от 8 до 25%, а в некоторых сталях — до 35—80%. Сталь, содержащая 36% Ni, 0,5% Мп и 0,5% С, является прекрасным материалом для изготовления различных точных приборов.

    В сплавах никель находится в виде твердого раствора в железе. . Для определения содержания никеля в железных и других сплавах применяют объемные, весовые, колориметрические и электрохимические методы.

    Весовой метод. Наиболее распространенным весовым методом определения никеля является метод осаждения диметилглиоксимом. В 1905 г. Л. А. Чугаев предложил новый реактив на никель — а-ди- метилглиоксим, который до настоящего времени является непревзойденным. При помощи диметилглиоксима можно определять никель не только весовым, но также объемным и колориметрическим методами. При взаимодействии ионов никеля с диметилглиоксимом в аммиачной или уксуснокислой среде образуется внутрикомплексное соединение, в результате чего выпадает яркий малиново-красный осадок. Отфильтрованный и промытый осадок высушивают при температуре 110-120° (в фильтрующем тигле № 3 или №4) и взвешивают в виде диметилглиоксимата никеля, или осадок помещают в фарфоровый тигель, прокаливают его при 800—900° до постоянной массы и взвешивают в виде окиси никеля NiO.

    Определение никеля фотоколориметрическим методом. Метод основан на реакции образования растворимого окрашенного в красный цвет комплексного соединения никеля с диметилглиоксимом в щелочной среде в присутствии окислителя. Состав образуемого комплекса пока полностью не установлен. Определению мешает большой избыток окислителя, так как он может вызвать обесцвечивание раствора. Определению мешают также железо, хром и марганец, поэтому при определении их связывают в растворимые бесцветные комплексные соединения сегнетовой солью (виннокислый калий-натрий). В этих условиях определению не мешают кобальт до 1,5%, молибден до 3%, хром до 18%, вольфрам до 18 %, медь до 2%, ванадий до 1 %. Измерение интенсивности окраски можно проводить визуальным методом, методом шкалы эталонных растворов, на фотоколориметре и спектрофотометре.

    Процентное  содержание никеля вычисляют по формуле

    

    Определение никеля комплексонометрическим методом. Навеску стали или сплава, содержащих никель, переводят в раствор действием азотной кислоты или смесью азотной и соляной кислот. Осаждают уротропином гидроокиси Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+. Одновременно в оса док переходит вольфрамовая кислота (рН 6,0—6,5). После отделения осадка в фильтрате определяют никель титрованием раствором трилона Б:

    В качестве индикатора используют мурексид.

    Процентное  содержание никеля XNi вычисляют по формуле

    

    

 

    где v3 — количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование аликвотной части испытуемого раствора, мл; v.t — объем испытуемого раствора в мерной колбе, мл; v1 — аликвотпая часть испытуемого раствора, взятия для титрования никеля, мл; g — навеска стали или сплава, г.

40. Расчет содержания  кобальта в сталях  с использованием  нитрозо-R-соли методом сравнения со стандартным образцом.

    Фотоколориметрический метод определения  кобальта. В настоящее время наилучшим колориметрическим методом определения кобальта является метод определения с нитрозо-И-солью. Нитрозо-К-соль (1-нитрозо-2-нафтол-3,6-дисульфокислоты динатриевая соль) образует с солями кобальта внутрикомплексное соединение красного цвета, хорошо растворимое в воде:

 

    Окраска комплекса усиливается при нагревании раствора. Медь, никель, железо также взаимодействуют с нитрозо-R-солью, однако получающиеся комплексные соединения являются непрочными и разрушаются азотной кислотой при нагревании. По чувствительности метод превосходит полярографический.

    Реактивы:

    соляная кислота, пл. 1,19 и разбавленная 1:1;]

    азотная кислота, ч. д. а., пл. 1,4 и разбавленная 1 : 1;

    серная  кислота, ч. д. а., пл. 1,84 и разбавленная 1 : 100;

    аммиак, ч. д. а., 25%-ный водный раствор;

    нитрозо-И-соль, 0,1%-ный водный раствор;

    ацетат  натрия ч. д. а., 50%-ный раствор.

    Выполнение  анализа. Навеску стали около 0,1 г, взвешенную с точностью до 0,0002 г, помещают в стакан емкостью 100 мл, приливают 10 мл НС1 (пл. 1,19), стакан накрывают часовым стеклом и умеренно нагревают до растворения навески. Затем слегка отодвинув часовое стекло, приливают осторожно по каплям азотную кислоту (пл. 1,4) до прекращения вспенивания раствора и добавляют еще 2— 3 мл HN03. Окисленный раствор нагревают до растворения навески и удаления окислов азота, затем охлаждают, осторожно добавляют 5 мл серной кислоты (пл. 1,84) и нагревают до выделения белых паров серной кислоты. Содержимое стакана охлаждают, приливают 50—60 мл воды и нагревают до растворения солей, охлаждают и фильтруют через двойной фильтр «белая лента», собирая фильтрат в мерную колбу емкостью 200 мл. Фильтр с осадком промывают 5—8 раз серной кислотой (1 : 100), собирая промывные воды в ту же колбу. Объем раствора в колбе доводят водой до метки и тщательно перемешивают.

    Пипеткой 5 мл полученного раствора помещают в стакан емкостью 100 мл, добавляют 5 мл воды, нейтрализуют раствором аммиака, приливая его до начала выпадения осадка гидроокисей металлов, а затем приливают по каплям соляную кислоту (1 : 1) до растворения осадка гидроокисей и еще избыток ее 1 мл. После этого к раствору приливают 5 мл 50%-ного раствора уксуснокислого натрия, 10 мл 0,1%-ного раствора нитрозо-R-соли, нагревают до кипения и кипятят 1 мин. К горячему раствору осторожно приливают 10 мл азотной кислоты (1 : 1) и кипятят еще 1 мин. Полученный раствор охлаждают, количественно переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, доводят объем водой до метки и хорошо перемешивают.

    Оптическую  плотность полученного раствора измеряют на фотоколориметре с зеленым светофильтром в кювете толщиной слоя 50 мм (при содержании кобальта до 1,0%) и в кювете толщиной слоя 30 мм (при содержании кобальта от 1,0 до 3,0%).

    Параллельно проводят холостой опыт и анализ стандартного образца. Холостой опыт содержит все реактивы, кроме навески испытуемой стали. В анализе стандартного образца содержатся веете же реактивы, только вместо навески испытуемой стали берут навеску стандартного образца, близкого по химическому составу к испытуемому образцу, и с известным содержанием кобальта.

    Нуль  гальванометра фотоколориметра  устанавливают по холостой пробе, подготовленной параллельно и аналогично исследуемому раствору.

    Содержание  кобальта определяют методом сравнения со стандартным образцом стали, анализируемым параллельно и аналогично с исследуемым образцом, и процентное содержание кобальта хсо вычисляют по формуле

    

    

 

    где а — содержание кобальта в стандартном образце, %; D иссл— оптическая плотность раствора исследуемого образца; DCT — оптическая плотность раствора стандартного образца.

41. Определение хрома  персульфатно-серебряным  методом

    Хром  является одним из важнейших легирующих элементов. В сплавах хром содержится в основном в виде различных карбидов: Сг4С, Сг3С2, Сг,С3 и др. Наличие хрома  придает кислотоупорность и жаростойкость сплавам. Хром может быть определен различными методами. Наиболее важными из них являются персульфатно-серебряный (феррометрический), колориметрический и потенциометрический.

    Определение хрома персульфатно-серебряным (феррометрическим) методом. Метод основан на окислении хрома до шестивалентного с последующим титрованием солью Мора. Он применим для определения хрома в чугунах, сталях, сплавах, ферросплавах и других материалах. При растворении навески сплава в разбавленной серной или соляной кислоте образуются соли трехвалентного хрома

    

    Трехвалентный хром окисляют персульфатом аммония (надсер- нокислый аммоний) (NH4)2S208 в шестивалентный хром в присутствии ионов серебра в качестве катализатора

  

    В результате окисления зеленая окраска  раствора переходит в жел- то-оранжевую или оранжево-красную. Присутствующий в сплаве марганец одновременно с хромом переходит в раствор и окисляется персульфатом аммония в НМп04, в результате чего раствор окрашивается в фиолетово-красный цвет (окраска хромовой кислоты при этом полностью маскируется). Появление характерной окраски НМп04 указывает на то, что окисление хрома закончено, так как марганец (Е0 = +1,52 в) окисляется после хрома (Е0 = +1,36 в). В случае отсутствия в сплаве марганца его вводят при анализе для определения полноты окисления хрома.

    Однако  образовавшаяся окраска НМп04 мешает дальнейшему определению хрома, основанному на восстановлении (титровании) полученной Н2Сг207 раствором соли Мора (NH4)2Fe(S04)2, поскольку НМп04 также вступает в реакцию с двухвалентным железом:

    

    

    Ввиду этого до начала титрования хромовой кислоты солью Мора необходимо разрушить  НМп04 в таких условиях, чтобы не вызвать разрушения Н2Сг207. Это достигается добавлением к кипящему раствору анализируемого сплава хлористого натрия или разбавленной соляной кислоты:

    

    

    При прибавлении соляной кислоты  или хлористого натрия все серебро, содержащееся в растворе, выпадает в осадок в виде AgCl.

    Полученный  раствор с осадком AgCl титруют  солью Мора прямым или косвенным  методом (методом обратного титрования):

    

    

    При прямом титровании применяют в качестве окислительно-восстановительного индикатора фенилантрониловую кислоту (Е0 = + + 1,08 в) или другие окислительно-восстановительные индикаторы (см. табл. 9 в приложении).

    При прибавлении двух-трех капель фенилантраниловой  кислоты к раствору, содержащему  Н2Сг207 (Е0 = +1,36 в), индикатор окисляется и окрашивает раствор в малиново-красный цвет. При последующем титровании раствора солью Мора Ш0= + 0,77 в) сначала будет восстанавливаться Н2Сг207, а затем сам индикатор, и окраска раствора из малиново-красной перейдет в зеленую.

    Определению мешает присутствие ванадиевой кислоты, так как она титруется солью  Мора и завышает результаты.

    В случае метода обратного титрования к анализируемому раствору после  кипячения с NaCl или НС1 приливают  из бюретки точный объем раствора соли Мора, так чтобы она находилась в избытке, а затем избыток ее оттитровывают раствором КМп04 до появления устойчивой слаборозовой окраски. При обратном титровании ванадиевая кислота не будет мешать определению хрома, так как, сколько раствора соли Мора затратится на ее восстановление, столько же (при одинаковой нормальности) раствора КМп04 потребуется на ее обратное окисление.

42. Определение содержания  меди в сплавах  иодометрическим  методом

    Медь  отличается высокой электропроводностью  и широко используется для изготовления электрических проводов. Главными потребителями меди являются электротехническая и металлургическая промышленности.

    Медь  входит в состав многих сталей, содержание ее обычно составляет 0,20—0,25%. Существует много методов определения меди, важнейшими из них являются электрохимические, объемно-иодометрический, колориметрический, полярографический, комплексонометрический и спектральный.

    Иодометрическое определение меди. Медный сплав растворяют в азотной кислоте для полного окисления меди

    

    Двухвалентная медь взаимодействует в слабокислой  среде с иоди- стым калием, выделяя  эквивалентное количество свободного иода и образуя малорастворимый  осадок Cu2I2:

    

    

 

    Образование малорастворимого осадка Cu2I2 способствует практически полному протеканию реакции слева направо. Выделившийся иод оттитровывают раствором тиосульфата натрия:

    

    

    Содержание  меди в навеске определяют по количеству раствора тиосульфата натрия, израсходованному на титрование выделившегося иода. Окислы азота мешают определению  меди, так как, окисляясь кислородом воздуха, образуют N02, который взаимодействует с KI, выделяя свободный иод

    

    

    В результате этой реакции снова образуется N0, которая будет каталитически ускорять реакцию иодида калия с кислородом воздуха, что приведет к сильно завышенным результатам. Поэтому после растворения сплава необходимо полностью удалить азотную кислоту выпариванием с серной кислотой.

    Определению меди иодометрическим методом мешают ионы Fe3+, As5+ и Sb5+, реагирующие с иодидом  калия с выделением иода