贵金属分析方法全集.docx
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1、1贵金属的分析化学性质及其资源贵金属是钉(Ru)、错(Rh)、耙(Pd)、钺(Os)、钺(卜)、粕(Pt)、银(Ag)、金(AU)的统称,其中前六种元素称为粕族金属。贵金属在自然界中含量甚微,价格昂贵,是有色金属中的贵重金属。人类发现和应用最早的金属是金和银。公元前,埃及、印度和中国用金和银制作高贵的装饰工艺品及货币。金源自古英文名“Geolo”,意为黄色,元素符号“Au”由拉丁名“Aurum”而来,意为“灿烂”。银的元素符号由白色而来。粕是1735年西班牙科学家安东尼奥乌洛阿(AntoniodeUlIoa)在平托河金矿中发现的。第一个科学研究的铝试样是1741年由科学家伍德(CharIeSW
2、OOd)从牙买加带到英国,引起国际上科学家的极大兴趣。伯起源于西班牙文“Platina”(意为稀有的银)。1803年英国的沃拉斯顿(WillianHydeWoIIaSton)用NH4CI从王水溶液中沉淀出(NH4)2PtC向后,在母液中发现钿,并以1802年新发现的小行星“Pallas”命名。18031804年英国沃拉斯顿在提炼铝、耙的废渣中,从一种玫瑰色盐里发现错(希腊文意为玫瑰)。1803年英国坦南特(Sm让hsonTennant)在研究王水溶解箱后的剩余残渣中发现一种颜色多变的化合物,命名为钺(拉丁文意为虹),而另一种物质的氧化物能挥发出特殊气味,命名为饿,源于“Osme”、(希腊文意为
3、气味)。钉是1844年俄国喀山大学化学系教授克劳斯(KaPnKapnoBNNKrlayC)首先发现的,他从乌拉尔粕矿渣中制得(NH4)2RuC6,经燃烧后获得金属钉(拉丁文意为俄罗斯)。伯族金属虽然发现较晚,直到本世纪初才真正进入工业规模的生产,但由于其特有的优良性质,使之成为现代科学、尖端技术和现代工业中必不可少的重要材料之一,应用范围也日益广泛。贵金属是热和电的良好导体,具有高温稳定性,抗化学腐蚀,抗氧化性和低膨胀系数等性能。此外,粕族金属外表具有吸附氢气的特殊性能。因此,贵金属广泛用在航天航空工业上用作起火电触头材料、高温涂层和高效燃料电池材料;电子工业上用作各种引线以及电气仪表的印刷浆
4、料、电阻与电容材料;石油化工工业上用作催化剂、氢气净化器及特殊器皿;工业上的各种测温元件以及汽车、柴油机的废气净化材料。此外,金、银、粕大量用作首饰、工艺品和货币。由于卤化银对光线的敏感性,照相和电影业成为银的最大使用部门。柏的某些络合物,如顺柏(二氯二氨络亚伯),碳铝(1,1二较酸根环丁烷二氨合亚伯)有抗癌活性,己用于临床治疗。综上所述,贵金属在国防、科研、国民经济建设和人民生活中占有非常重要的位置。贵金属元素的分析,特别是柏族元素的分析是现今人们公认的一个难题。伯族元素具有相似的电子层结构和化学性质,使很多分析试剂能同时与多种伯族元素发生相似的反响并产生互相干扰,很难找到一些特效的分析试剂
5、。加之,它们又多伴生在一起,因此别离和测定十分困难。如错、钺的别离,无论是在分析和湿法冶金方面都仍然是一个未能很好地解决的课题。伯族元素具有d电子层结构,因此它们有多种变价状态,且有形成络合物的趋势。这对于分析化学是十分重要的,了解和掌握生成各种络合物的条件及其稳定性是分析取得成功的关键。贵金属分析应用最早的技术是火试金法,虽然操作较繁杂,但它是贵金属分析的特效方法,迄今仍广泛采用。火试金法从铅试金开始,逐渐开展了锡试金法、睇试金法、钿试金法、统试金法等。早期用多种含硫、氮的有机物和无机物沉淀的重量法也不少,但多数因选择性不好受到限制,只有少数方法,如二甲基乙二后沉淀钿、复原沉淀金的重量法仍在
6、应用,并列为国内外标准分析方法。利用贵金属的变价性质建立的氧化复原滴定法是测定高含量贵金属的有效方法,如电生CU(I)库仑滴定Au,Fe(II)滴定Ir,KMno4,电流滴定Pt等。NaeI(或Kl)沉淀滴定Ag也有很好的选择性。络合滴定法在贵金属分析中用得不多,常用的氨竣络合剂与贵金属生成络合物速度较慢且无选择性,只用于Pd和Ag的测定。目前开展最快的是使用各种有机显色剂的吸光光度法,是各种技术中应用最广的方法。吸光光度法与有机溶剂萃取结合,可用于复杂物料的分析,如二苇基二硫代草酰胺吸光光度法测定Pt、Pd,安替比林吸光光度法测定Rh,硫代米蚩酮吸光光度法测定Au,双硫踪(打萨踪)吸光光度法
7、测定Ag,催化光度法测定Os、RU等。极谱催化法已成功地用于痕量粕族金属的测定。溶出伏安法、离子选择性电极电位法在贵金属分析中也有新的开展。原子发射光谱法(AES)用于纯贵金属的分析已日趋成熟等离子体(ICP)-AES的应用,为各种贵金属的分析开拓了广阔前景。原子吸收光谱法(AAS)用于Au、Ag的测定是十分成功的,并用于某些柏族元素的分析。此外,X射线荧光光谱法(XRF)、中子活化分析(NAA)也有应用。根据不同的分析对象和要求选用适当的分析技术是十分重要的。),锹的熔点最高(3045)。贵金属熔点的顺序为:锁、钺、钉、错、始、耙、金、银。贵金属的升华能普遍较高,蒸气压较低,故极难挥发。饿、
8、钉在氧气存在下加热,易氧化为四氧化物而挥发。柏在100(TC条件下,错、钺在2000C条件下形成挥发性氧化物。金是唯一在高温条件下不易氧化的金属。金、银、柏、钿有很好的延展性,锹、钉、错性硬且脆,钺只有在加热条件下才能进行机械加工。贵金属是良好的导电体。纯铝的电阻率随温度升高而升高,主要用于粕电阻温度计。柏族金属及其合金组成的热电偶,其热电势随温度的变化而变化,此特性巳成功用于从低温到高温的系列温度测量。贵金属对光线的反射率高,特别是错对可见光有很高的反射率,且随波长变化较小,稳定性好,用于探照灯的反射镜镀膜。多数贵金属有吸附气体的性质,特别是吸附氢气。饿、钉吸附少量氢气生成相应的化合物。柏、
9、错吸附氢气的数量与其分散度有关,钳黑能吸附502体积的氢气,而海绵伯仅能吸附49.3体积的氢气,铭黑由于制作方法不同,吸附量变化较大(165206体积)。最特殊的是钿,能吸附2800体积的氢气并形成和B两种铝固溶体,同时使钿的密度下降,导电性、磁化率及抗拉强度也相应降低,但加热时又放出氢气。钿还有允许氢气透过的性质,己成为贮藏氢气和制备高纯氢气的材料。表1-1贵金属的物理化学常数步累,卧PdAg,Os心Au票子序敷、445,47767778179二票的算子W量,101.0718.9L.106.401190.20,192.22、,956KSl子站构*4d?5Si4耒玄弓簟子我、如1和43,21工
10、,亲于0.125、a1230.128*0.1340.126、0.1270.130,0.134、高手三fV10.069.0.068o.oo.0.126.0.069,0.068.0.0B0.0.137.(Ru,).fc)(阳,(AW,八(Pt2*).o,oe?.00990.083.0.065.o.os.(Ag5*).(OS*h(W*(Au*)、篇一零惠客/政7.46.B.33N59、3.7,9.0.9.0.9.22,芳二电震算/以,15.76,19.42.程0,e.oISM.警三电寓密破?28.46、51.05.52.92、件塞,Wl-X-个4an,.,。口,,0,(11).OJIb*U11XL.
11、m11mv,.(l11),Vmu皿LJV,.,V,11XC3.、sXfl)EI)Gn&:总监大方博的4立方体.工力士力冷、工心士力上、大方律,立心士才付,工C立才体,三Scm1hU.3112.411.4,10.5248,22.42.121.45,19.3,22501966Rh2Pb,RhPb2、RhZn2、Rh3Zn2RhSn3、IrSn2、RUSn3等。为了将块状或大颗粉的伯族金属分成细微粒状,多用锌、锡、铅、铝等金属与其共熔,再用稀酸溶解除去共熔的活泼金属,即得到分散程度很好的钳族金属粉末,然后选用适当的溶剂进行溶解。金与单一的HCI、HNo3、H2SO4不反响,但溶于HCI-HN03和有
12、氧化剂存在的HCl中。常用的氧化剂有电。2、KMno4、KeIo4、KBQ3、KNo3等。由于HCl与氧化剂混合产生新生态氯,对金属有强烈的腐蚀作用。1.2.1.2 贵金属与无机碱和其他试剂的反响在高温条件下,粉状贵金属与碱性氧化物反响生成相应的贵金属氧化物。常用的有Na2O2:高温熔融法和BaO2高温烧结法。熔融或烧结后的物料经水浸、酸化,可以将贵金属转化为可溶性盐溶液。这两种方法适用于难以用无机酸溶解的错、钺、钺、钉,其缺点是引入杂质太多。一般的碱溶液对贵金属没有腐蚀作用,当通入氯气时,对贵金属有较强的腐蚀作用。贵金属与NaCl混合经加热并通入氯气,可制成相应的氯化物,其中饿的反响速度最快
13、;钉产生多种状态的氯化物;粕的氯化物在氯化温度超过650C条件下挥发;钿的氯化物假设无NaCl存在那么挥发;钱、钺生成Na3RhCI6Na2lrCI6,用于错、钺的标准溶液的制备。此外,金溶于某些络合剂(如氟化物、硫氟酸盐、硫服、硫代硫酸盐等),且生成相应的稳定络合物。1.2.2贵金属的氧化复原性质贵金属元素的原子结构决定它们是多价态的,且易生成稳定络合物。尤其是柏族金属在水溶液中几乎都以络合物的形式存在。因此了解和掌握其生成状态是分析化学中别离和测定的关键。1.2.2.1 钳的氧化复原性质粕的常见价态是Pt(IV)和Pt(II),在溶液中都很稳定。Pt(IV)可被一些较强的复原剂复原成Pt(
14、II)和金属伯,此类复原剂有CU(I)锌、Hg(I)、TieI3、甲酸盐、抗坏血酸和联胺。Pt(II)可与强氧化剂反响且生成Pt(IV)。此类氧化剂有KMnO4、Ce(So4)2、NaBro3、HNO3等0Ir(W)也可氧化Pt(11),但反响缓慢,加热可以加速反响。氧化复原反响的进程与外部条件关系密切,如在C(HCI)1.5molL介质中,Cu(I)与Pt(IV)的反响缓慢,且不能定量反响,而在C(HCl)Sn(II),硫代硫酸盐、次亚磷酸盐、甲酸盐、乙醇、甘油等复原为金属。此外,复原时的介质条件对反响的进行有明显影响,如Pd(三)在HCo4介质中的复原比在HCI介质中容易进行,因为Pd(I
15、I)HCIO4很难生成稳定的络合物。1.2.2.3 错的氧化复原性质错的特征价态是Rh(III)oRh(III)与强氧化剂(如(NH4)2S2O6,NaBiO3、次氯酸盐;次澳酸盐反响一种蓝紫色的溶液,即错的高价化合物。Rh(III)在HClc)4介质中,用臭氧氧化生成Rh(V),但高价错不稳定,可慢慢地释放出氧。Rh(IlI)与氢气、镁、锌、睇、甲酸、Cr(III),Ti(III),V(II)反响复原成金属铭。Rh(III)与Cu(I)、Hg(I)的反响需在较高酸度下进行,但抗坏血酸和次磷酸盐不能使Rh(IlI)复原。如果Rh(II)的化合物是一种难溶物质,那么Rh(HI)可以复原为Rh(1
16、1),但不能复原为金属。在筑基苯并睡哇存在的条件下,Rh(HI)用Ti(Ill)可以复原为Rh(II),因为Rh(II)与筑基苯并睡哇生成沉淀而阻止Rh(三)进一步被复原。与此类似,在硫代乙酰胺存在的条件下用Cr(II)复原Rh(III),或在乙硫羟酸存在的条件下,用V(Il)复原Rh(IIl)均可得到Rh(II)的化合物。1.2.2.4 钺的氧化复原性质钺的特征价态是Ir(UI)和Ir(IV)。在酸性介质中,Ir(III)用KMnO4、NaBrO3Klo3、Ce(SO4)2,HCIo4、H2O2浓HNo3、C2等氧化为Ir(IV)。Ir(In)与Na2O2高温熔融可生成Na2O-IrO3o在
17、酸性介质中,Ir(W)易被多种复原剂复原为Ir(III)。常见的复原剂有Fe(II)、CU(I)、Kl、TiCl3、抗坏血酸、氢醍、联胺、羟胺、So2、乙醇等。要使Ir(IIl)复原为金属是十分困难的,即使Ir(III)与锌、镁粉长时间反响也不能复原完全,只有在加压的氢气中才能使其完全复原为金属。在无氧化剂存在的碱性介质中,Ir(IV)能自然地复原为Ir(III),并放出氧气。Ir(III)在碱性介质中且长期放置空气中,也能被空气中的氧所氧化。在加热条件下,Ir(W)与NaBio3反响生成紫蓝色的高价钺化合物。1.2.2.5 钺的氧化复原性质钺的特征价态是OS(VlII)、Os(IV)o金属锹
18、在空气中灼烧生成OSo4。低价态的氧化饿在酸性或碱性介质中易氧化为OS(VilI)。锁在氧化剂(KCQ4、NaNo3)存在下(或在充足的空气流中)与K2CO3,熔融可生成OS(IIl)的化合物,用酸处理可发生歧化反响并生成OS(Vl)和C)S(VIn)的产物。在HzSCU溶液中,Os(III)、OS(IV)可用NH4VO3氧化为OS(VI),用Ce(SC)4)2、KMno4、四乙酸铅氧化为C)S(VllI)。OS(Vlll)的水溶液是一种极强的氧化剂。Os4的蒸气对人身有害,容易造成眼睛的暂时失明。1.2.2.6 钉的氧化复原性质钉与锁有很多相似之处,钉在氧气中灼烧得到稳定的RuO4O在H2S
19、C4介质中RU(IV)、RU(VI)用KMnO4或NaBro3氧化可得到Ru(W)0在HCI介质中,RU(IV)、RU(Vl)用KClo3氧化或在碱性介质中用Cl2。氧化均可得到Ru(Vffl)oRUO4吸收在稀碱溶液中生成绿色的络阴离子(RuCk),而在较浓的碱溶液中生成一红色络阴离子(Ru42)用非络合性的酸处理RuO4会发生歧化反响并生成RU(VllI)和Ru(IV)o在稀H2SO4介质中,RU(Vln)用NaNO2、Na2SO3联胺、羟胺等复原为Ru(IV),而RU(IV)用TiCI3、CrCI3草酸、KKSnCI2、甲酸钠等复原为RU(III)。RuCkF和1。沪性质相似,它们都可用
20、Fe(三)、氢醍、抗坏血酸、乙醇复原为Ruck%和lrC6产,也可用,CI2、H2O2,HNO3,等将复原产物氧化为RuCkF和1沪。Ru(III)在一定条件下能被某些强复原剂复原为RU(II)和RU(I)。1.2.2.7 金的氧化复原性质金的常见价态是AU(IlI)。Au(III)是一种很强的氧化剂,其标准氧化复原电位(EeAU3+au)为1.5V,这决定了金很难被氧化为Au(III)相反地,AU(Ill)很容易被复原为金属。复原AU(In)的试剂很多,如电动序在金以前的镁、铝、锌、铁等金属,还有SnCI2、TiCI3、So2、Fe(II),Cr(II)CII、NaNo2、联胺、羟胺、抗坏血
21、酸、氢醍、草酸、甲酸钠等。AU(I)很不稳定,只出现在AU(IlI)与某些复原剂反响产生的中间态,继续反响即复原为金属。AU(I)与某些络合剂可生成稳定的络合物,如供119m)丁、伊32-。人”111)用甘汞可复原为人31),其中局部AU(I)发生歧化反响且生成Au(III)和金属金,局部以AUOH形式沉淀。在碱性溶液中,Au(III)用H2SO3复原仅生成A(I)o1.2.2.8 银的氧化复原性质银的特征价态是Ag(I)。在一般化学反响中,银都是以Ag(I)存在,只有用强氧化剂氧化时才得到Ag(II)oAg(I)与臭氧或(NH4)2S2C反响可得到Ag(11)在C(HCIo4)=611.5m
22、olL介质中,Ag(II)是很稳定的。1.3贵金属的化合物与络合物所有的贵金属都具有d-电子层结构,尤其是柏族金属,其4d(或5d)电子未充满,给那些电子给予体的电子填充提供了空轨道,可形成分子杂化轨道,故能生成稳定的络合物,这是柏族金属的特性。在分析化学上,经常遇到的柏族金属化合物多为络合物形态。这些络合物各有其特殊的化学性质,因此,了解和掌握络合物的性质、形成条件及稳定性情况对钳族金属的分析是十分重要的。贵金属的简单化合物在分析上的重要性远远比不上其络合物,尤其是钳族金属,其络合物种类繁多,数量巨大,能与其配位的除卤素外,还有含02、S、N、P、C、AS的基团。常见的有F、CI-、Br,l
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