Определение суммы щелочных металлов

 

Прямое определение ионов щелочных металлов химическими методами занимает много времени, поэтому практически удобнее определять сумму натрия и калия по разности анионов и катионов. Вычисление проводят следующим образом:

просуммировать мг-эквивалентный состав катиона (Са²⁺ и Mg²⁺⁾ в исследуемом фильтрате;

просуммировать мг-эквивалентный состав аниона (СО₃^2-, НСО₃^2-, НСО₃^-, Сl^-, SO₄^2-);

из суммы мг-эквивалентов анионов вычесть сумму мг-эквивалентов катионов; найденная разность равна сумме щелочных металлов (Na⁺ + K⁺) в фильтрате.

 

Определение калия

Для определения концентрации калия используются:

экспрессный седиментационный кобальтнитритный метод;

метод ускоренного определения калия.

 

Экспрессный метод.

Экспрессный седиментационный кобальтнитритный метод основан на образовании осадка кобальтгексанитритв калия при осаждении ионов калия кобальтнитритным реактивом. Количество осадка пропорционально содержанию калия, которое определяется по калибровочным кривым.

Необходимые химические реактивы и растворы:

кобальтнитритный реактив; приготавливается двумя способами:

30 г азотнокислого кобальта (ГОСТ 4528-78) растворить в 60 мл дистиллированной воды, одновременно в другом стакане 50 мл нитрита натрия растворяется в 100 мл дистиллированной воды;

оба раствора сливают и прибавляют 10 мл ледяной уксусной кислоты, через сутки раствор фильтруется;

50 г хлористого кобальта растворяют при нагревании 50 мл дистиллированной воды и отдельно 150 г нитрита натрия растворяют в 500 мл воды, растворы охлаждают, сливают вместе и к полученной смеси добавляют 50 мл 50 %-ной уксусной кислоты, через сутки раствор фильтруют; кобальтнитритный реактив хранят в темном месте.

 

Порядок работы:

для получения осадка кобальтнитрита К[N₂C₀(NO₂)₆] необходимо в пробирку вместимостью (10-15) мл отмерить пипеткой 5 мл фильтрат, подкислить ледяной уксусной кислотой, добавить 5 мл кобальтнитритного реактива и (1-2) мл дистиллированной воды, должно сразу же наблюдаться выпадение осадка;

пробирку слегка встряхнуть, закрыть резиновой пробкой и поместить в центрифугу;

после 3 минут перемешивания в центрифуге измеряют линейкой высоту осадка.

Для получения калибровочной кривой по серии эталонных растворов, содержащих 5000, 10000, 20000, 30000, 50000 мг/л хлорида калия, что соответствует (0,5-5) %, необходимо:

в мерных колбах на 100 мл разбавить приготовленный раствор, содержащий 10000 мг/л 10%-ного хлорида калия (лучше из фиксанала);

осаждение калия из эталонных растворов провести описанным выше методом; по концентрации эталонных растворов и соответствующим значениям высоты осадка строят калибровочную кривую, которая пригодна только для данной пробирки (в ней же определяется и концентрация калия в фильтрате бурового раствора).

Для получения осадка одинаковой плотности как в пробах фильтрата, так и в эталонных растворах, центрифугирование должно проводиться при постоянной скорости вращения и неизменном напряжении на клеммах электродвигателя центрифуги.

Измеренное в мм значение высоты осадка нанести на калибровочную кривую и отсчитать по ней концентрацию калия.

Другие методы определения калия

Метод основан на том, что тетрафенилборат калия относительно плохо растворяется в воде, тогда как тетрафенилборат натрия – хорошо. Осаждающим веществом для калия служит 3-4 %-ный раствор тетрафенилбората натрия, который должен быть совершенно чистым.

Необходимое оборудование и реактивы:

конические колбы вместимостью 250 мл, водно-ледяная ванна, термометр, пористые тигли, вакуумный насос, сушильный шкаф с подогревом до 120 ⁰С и подставка для тиглей;

стандартный калиевый раствор; растворить 1,9068 г КСl в воде и разбавить до 1 л;

гидроокись алюминия – одномольный раствор; растворить 15 г гидроокиси алюминия в воде и разбавить до 100 мл;

хлорид алюминия –0,2 н. раствор; растворить 0,899 г AlCl₃ в воде и разбавить до 100 мл;

тетрафенилборат натрия; растворить в воде 3,4 г тетрафенилбората натрия, добавить 5 мл одномольного раствора Аl(ОН)₃ и разбавить до 100 мл, хорошо перемешать и профильтровать через пористый фильтр-тигель непосредственно перед употреблением;

промывочный раствор; добавить в 3 мл раствора тетрафенилбората натрия 0,5 мл уксусной кислоты и разбавить водой до 100 мл;

соляная кислота, 1 н. раствор.

Все применяемые реагенты должны быть аналитически чистыми и приготавливаться на дистиллированной воде.

Порядок проведения анализа:

25 мл исследуемого фильтрата поместить в коническую колбу вместимостью 250 мл;

довести рН раствора до 405 путем добавления 1 н. раствора НСl;

раствор прокипятить, если возможно наличие аммония;

добавить к раствору 3 капли 0,2 н. раствора АlCl₃ и поставить колбу на 20 мин. в водно-ледяную баню при температуре 0 ⁰С;

добавить 10 мл раствора тетрафенилбората натрия, предварительно охлажденного до 0 ⁰С, перемешать раствор интенсивным встряхиванием и поставить в баню на 5 мин., после чего содержимое колбы перенести в пористый тигель; для удаления из колбы остатков осадка используется холодный промывочный раствор (не более 50 мл);

поставить тигель в сушильный шкаф с температурой 120 ⁰С и высушить до постоянной массы.

Концентрация калия рассчитывается по формуле:

(36)

где А – концентрация калия, мг/л;

Р – масса осадка, мг;

У – объем фильтрата, взятый для определения, мл;

91,7 – переводной коэффициент от тетрафенилбората калия к калию

Определение извести

 

Порядок проведения анализа:

отобрать шприцем 1 мл бурового раствора, перенести в стеклянный стаканчик и добавить 50 мл дистиллированной воды;

потенциометрически титровать смесь 0,02 н. раствором серной или соляной кислот до рН=8,2, после окончания титрования электроды промыть водой;

в другой стаканчик отобрать 1 мл фильтрата, добавить 50 мл воды и провести титрование тем же титрованным раствором кислоты.

Концентрация извести в буровом растворе определяется по формуле:

 

С=0,02(V_p-V_ж×Р×r)×37, (37)

где С – концентрация извести в буровом растворе, г/л;

V_ж –количество серной кислоты, пошедшей на титрование 1 мл фильтрата, мл;

V_p – количество серной кислоты, пошедшей на титрование 1 мл бурового раствора, мл;

Р – массовая концентрация жидкой фазы в буровом растворе;

r - плотность бурового раствора, г/см³;

0,02 – нормальность серной кислоты;

37 – эквивалентная масса Са(ОН)₂