Химия
8 класс
Вопрос
Для определения содержания серы в стали пробу стали массой 20,73 г сожгли в электрической печи в токе
кислорода. Образовавшиеся при этом газы пропустили через систему промывных склянок, содержащих примерно 1 н. раствора $NaOH$. Содержимое промывных склянок количественно перенесли в мерную колбу емкостью $1000 см^3$, нейтрализовали 1 н. раствором $H_2SO_4$ и разбавили водой 0 метки; $100 см^3$ получённого раствора оттитровали в присутствии крахмала $3,35 см^3$ 0,01125 н. раствора иода в йодистом калии до появления синей окраски.
а. Напишите уравнения реакций, происходящих при определении серы в анализируемой стали, считая, что сера окисляется только до $SO_2$.
б. Вычислите процентное содержание серы в стали.
Ответ
При сожжении образца стали происходит окисление входящих в ее состав элементов до оксидов
$4Fe + 3O_2 = 2Fe_2O_3$,
$3Fe + 2O_2 = Fe_3O_4$ (частично),
$S + O_2 = SO_2$,
$C + O_2 = CO_2$.
Летучие продукты ($CO_2$ и $SO_2$) поглощаются раствором щелочи
$CO_2 + 2OH^{-} = CO_3^{2-} + H_2O$,
$SO_2 + 2OH^{-} = SO_3^{2-} + H_2O$.
В дальнейшем избыток щелочи нейтрализуется и содержание сульфит-иона в нейтральной среде определяется иодометрически
$OH^{-} + H^{+} = H_2O$,
$CO_3^{2-} + 2H^{+} = CO_2 + H_2O$,
$SO_3^{2-} + I_2 + 3H_2O = SO_4^{2-} + 2I^{-} + 2H_3O^{+}$.
(При нейтрализации необходимо также превратить карбонат в гидрокарбонат или свободную двуокись углерода, так как иод в щелочных растворах претерпевает сам по себе окислительно-восстановительное превращение
$3I_2 + 6OH^{-} = 5I^{-} + IO_3^{-} + 3H_2O$.
Поэтому иодометрическое определение в данном случае лучше вести в слабокислой среде.)
Исследуемая проба раствора содержала $10^{-3} \times 3,35 \cdot 0,01125 \cdot 10 = 0,3768 \cdot 10^{-3}$ г-экв серы (1V) и, следовательно, $0,3768 \cdot 10^{-3} \cdot 32,06/2 = 6,04 \cdot 10^{-3}$ г серы.
Процентное содержание (по массе) серы в стали составляет $(NULL,04 \cdot 10^{-2} : 20,73) \cdot 100 = 0,029 \%$.