PHÂN TÍCH KIM LOẠI 2

Khái niệm Gang là hợp kim Fe-C với hàm lượng các bon lớn hơn 2-5 % và trong gang luôn có các nguyên tố khác như: Gang xám: dùng để đúc bệ máy,ống dẫn nước Chi tiết máy,vật dụng,dụng cụ

CHUYÊN ĐỀ 7: PHÂN TÍCH KIM LOẠI_2

Giáo viên hướng dẫn: Ts.Trần Quang Hải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

PHÂN TÍCH CÔNG NGHIỆP 2

3

Gang, thép

Nội dung 1

Gang Thép

1 Khái niệm Gang là hợp kim Fe-C với hàm lượng các bon lớn hơn

2-5 % và trong gang luôn có các nguyên tố khác như:

Gang xám: dùng để đúc bệ máy,ống dẫn nước

Chi tiết máy,vật dụng,dụng cụ lao động,vật liệu xây dựng…

Nội dung 2

Ảnh hưởng của các nguyên tố C, Si, Mn, Cr đến tính

chất cơ lí của gang thép

Gang Thép

C  Là nguyên tố thúc đẩy quá trình Graphit hóa.

 Hàm lượng C càng cao thì màu của gang càng xám, độ

bền cơ học, độ dẻo, tính dẫn nhiệt giảm xuống

 Hàm lượng C cho phép trong gang từ 2,1- 4,3%.

 Là nguyên tố chính quyết định tới tính chất của thép.

 Hàm lượng C cao thì làm tăng độ cứng, sức bền kéo, uốn xoắn, độ đàn hồi

 Khi hàm lượng C lớn quá thì làm giảm sức bền, độ dẻo và khó gia công

 Hàm lượng C cho phép trong thép từ 0,1- 0,8%.

Si  Ảnh hưởng nhiều nhất tới cấu trúc tinh thể của gang.

 Si làm gang bị xám, dễ tạo bọt bên trong khối gang làm

Gang Thép

Mn  Làm tăng tính mài mòn, tăng độ bền của gang

 Hàm lượng Mn cao dễ chuyển gang hợp kim thành gang trắng

 Hàm lượng Mn trong gang trắng: 2-2.5%, trong gang xám: < 1,3%

 Làm tăng độ bền cơ học, độ cứng và tính mài mòn của thép

 Hàm lượng Mn: 0,2 - 0,8%

Cr  Hàm lượng Cr không đáng kể, chủ yếu là do bị lẫn

từ các nguyên liệu đầu vào nên không ảnh hưởng lớn tới tính chất cơ lí của gang.

 Là thành phần quan trọng giúp thép có khả năng chống lại sự oxi hóa từ môi trường.

Làm tăng độ cứng, độ mài mòn, chịu nóng khi ma sát.

Hàm lượng Cr: 10.5% - 26%

NỘI DUNG 3

Phương trình phản ứng:

2- + 3H4L + 8H+  Cr(HL)2+ + Cr3+ + H2L + 8H2O

3.1.2 Điều kiện tiến hành:

• Phá mẫu: Phá mẫu bằng hỗn hợp axit HCl và HNO3, khi đó Crom trong mẫu bị phân hủy tạo

Cr3+ Quá trình hoàn tan mẫu cần đung nóng để mẫu hoàn tan nhanh hơn và để đuổi khí NO, NO2

Cr + 3HCl + 3HNO3  CrCl3 + 3No2 + 2H2O

• Sau khi hòa tan mẫu, axit hóa dung dịch bằng H2SO4 để tạo muối Cr2SO4, bằng cách đem cô

khô mẫu để đuổi HCl

• Oxi hóa Cr3+ thành CrO42- bằng KMnO4 dư trong môi trường kiềm Na2CO3.

Cr2(SO4)3 + 2KMnO4 + 4Na2CO3  Na2CrO4 + 2MnO2 ↓ + 2Na2SO4 + K2SO4 + 4CO2↑

• Trong điều kiện này, thế oxi hóa khử của CrO42- và MnO4- lần lượt là:

nên phản ứng xảy ra hoàn toàn

• Thực hiện phản ứng trong môi trường kiềm, có thể loại bỏ sự ảnh hưởng của Fe3+ , Ni2+ dưới dạng hidroxit kết tủa vì các ion này cũng có thể tạo màu

với thuốc thử Lọc bỏ kết tủa MnO2 và hdroxit của các kim loại bằng giấy lọc băng vàng.

• Tạo phức màu của Cr(VI) với diphenylcacbazit, môi trường pH= 1,5 - 2,5

Dung dịch sau khi oxi hóa Cr(III) đem axit hóa bằng H2SO4 tạo môi trường thích hợp.

• Nếu pH quá thấp thì phản ứng tạo phức sẽ giải phóng SO2

• Sau khi tạo phức đem đo giá trị mật độ quang tại bưosc sóng hấp thụ cực đại 536nm

Phá mẫu bằng hỗn hợp axit H2SO4, HNO3, H3PO4

Oxi hóa Mn2+ thành MnO4 2- bằng persulfat S2O8 2-, xúc

tác AgNO3

Chuẩn độ MnO4 - sinh

ra bằng muối Mohr hoặc Na3AsO3

3.2 Nguyên tắc phân tích hàm lượng Mn trong gang thép Một số chú ý khi tiến hành và giải

thích

3.2.1 Nguyên tắc xác định hàm lượng Mn

Phương trình phản ứng

• Phá mẫu

2MnS + 14HNO3  3Mn(NO3)2 + 3H2SO4 + 4H2O

3MnC + 8HNO3  3Mn(NO3)2 +2NO + 3C + 4H2O

• Oxi hóa Mn2+ → MnO42-

Mn2+ +5S2O82- + 8H20  2MnO4- + 10SO42- +16H+

• Chuẩn độ

AsO33- + MnO4- + NO2-  AsO43- + Mn2+ + NO3- + 2H2O

Công thức tính:

Trong đó:

C: nồng độ đương lượng của dung dịch AsO3

3-100

)

• Phá mẫu bằng hỗn hợp axit

 HNO3 có tác dụng hòa tan mẫu kim loại và oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ làm mẫu tan nhanh3MnO2 + 4H3PO4 → Mn3(PO4)2 + 6H2O

 Hỗn hợp H2SO4 + H3PO4 làm cho độ sôi ổn định, quá trình phá mẫu được triệt để

3.2.2 Điều kiện tiến hành

• Điều kiện oxi hóa

 Oxi hóa hoàn toàn Mn2+ thành MnO4- bằng lượng dư S2O82- có AgNO3 xúc tác Nếu không có xúc tác AgNO3 dễ sinh ra:

Mn2+ + S2O82- + 3H2O → MnO(OH)2↓ + 2SO42- + 4H+

→ Khi có AgNO3 thì tránh được kết tủa sinh ra:

2AgNO3 + (NH4)2S2O8 → Ag2S2O8 + 2NH4NO3

 Ag2S2O8 kém bền, thủy phân ra Ag2O2 có tính oxi hóa cao (E0Ag2+/Ag+ = 1,98V)Ag2S2O8 + 2H2O → Ag2O2 + 2H2SO4

Ag2O2 → Ag2O + [O]

 Chính [O] là tác nhân oxi hóa Mn2+ → MnO4-

5Ag2O2 + 2Mn(NO3) + 6HNO3 → 2HMnO4 + 10AgNO3 + 2H2O

• Loại bỏ lượng dư S2O82- và xúc tác AgNO3 bằng cách đun kỹ dung dịch đến hết bọt khí O2:S2O82- → SO42- + SO3↑ + ½ O2↑

• Loại bỏ xúc tác AgNO3 bằng lượng dư NaCl, dung dịch nguội

AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaCl

→ Nếu dung dịch còn nóng có nguy cơ mất MnO42-

MnO4- + 2Cl- + H+ → Cl2 + Mn2+ + 4H2O

• Điều kiện chuẩn độ

 Chuẩn độ bằng Na3AsO3 trong môi trường axit vừa phải

5AsO33- + 2MnO4- + 6H+ → AsO43- + 2Mn2+ + 3H2O

• Mục đích:

 Làm tăng tính oxi hóa của dung dịch MnO4-

 Làm tăng tính khử của AsO33- làm cho phản ứng chuẩn độ hoàn toàn