Лабораторная работа 1. Определение галогенидных ионов методом кулонометрического титрования с амперометрической индикацией конечной точки титрования Цель работы

Определить концентрацию хлорид-ионов в воде методом кулонометрического титрования электрогенерированными ионами серебра.

Аппаратура

Титратор лабораторный Т-201 для кулонометрического титрования

Назначение титратора. Лабораторный кулонометрический титратор Т-201 поставляется заказчиками в двух модификациях:

1) с серебряными электродами и ячейкой в виде стакана;

2) с платиновыми электродами со сдвоенной ячейкой.

Титратор с серебряными электродами предназначен для определения хлорид-ионов.

Титратор с платиновыми электродами предназначен для определения бромных чисел, а также для проведения кулонометрических титрований методом бромометрии, пермангонатометрии, иодометрии и т.д.

Технические данные титратора

1. Пределы измерения концентрации хлорид-ионов, мг-экв/л	1  100
2. Основная погрешность измерения, %	±5
3. Сходимость результатов титрования не должна превышать, %	3
4. Значение генераторного тока, мА	1, 5, 10, 20, 40
5. Стабильность выходного тока, %	1
6. Ёмкость счетчика времени, С	10000
7. Относительная погрешность измерений счетчика времени, %	±1
8. Напряжение питания, В	220±10%
9. Частота питающего напряжения, Гц	50±2

Принцип действия титратора. В основу работы прибора положен принцип кулонометрического образования титрующего реагента и амперометрической индикации точки титрования.

Измерение проводится следующим образом. В ячейку для титрования заливается вспомогательный раствор (фон) и определенный объём анализируемой жидкости. К паре индикаторных электродов (ИЭ), помещенных в ячейку, прикладывается небольшое напряжение поляризации. В цепи электродов устанавливается определенный ток (несколько мкА), величина которого зависит от ионного состава анализируемого раствора.

Затем через другую пару генераторных электродов (ГЭ) пропускается постоянный ток от стабилизированного источника. Одновременно включается счетчик времени. При прохождении электрического тока через генераторные электроды на одном из них происходит образование титрующего реагента, так, например, при аргентометрическом титровании серебряный анод электролитически растворяется и происходит образование ионов серебра:

Ag – e = Ag⁺.

В конце титрования, после того, как анализируемое вещество будет связано с генерируемым реагентом, растворе появятся свободные ионы генерируемого реагента. Избыток генерируемых ионов вызовет либо поляризацию, либо деполяризацию индикаторных электродов, в результате чего в цепи последних или резко уменьшается, или резко увеличивается ток, что вызовет срабатывание релейной системы, которая разрывает цепь питания генераторных электродов и останавливает электросекундомер. Таким образом, прекращается процесс титрования.

Считывают показания счетчика времени и по формуле определяют концентрацию анализируемого вещества:

мг-экв/л,

где – электрохимический эквивалент определяемого вещества, мг-экв/Ас; I – величина генераторного тока, мА; t – время, отсчитываемое по секундомеру, с; V_Х – объём анализируемой пробы, мл

Устройство и работа составных частей титратора Т-201.

Прибор Т-201 состоит из трёх блоков (рис. 3):

1) блока стабилизированного тока;

2) блока индикации;

3) титровального стенда.

Все органы управления блоков выведены на переднюю панель. Они имеют надписи, указывающие на их назначение. На задней панели блока индикации расположены элементы, показывающие внешние соединения с блоком стабилизированного тока.

Титровальный стенд представляет собой штатив, на котором закреплены поворотный столик, мешалка и держатель электродов. Мешалка и держатель электродов объединены в один узел, который с помощью кронштейна закрепляется на штанге штатива.

Крыльчатку мешалки приводит в движение электродвигатель. Число оборотов мешалки постоянное.

Держатель электродов полиэтиленовый и закрепляется в корпусе. В верхней части держателя имеются четыре гнезда для закрепления электродов. Гнезда имеют маркировку «Г» и «И», что соответствует «генераторные электроды» и «индикаторные электроды».

Рис. 3. Титратор Лабораторный кулонометрический Т-201

A. Блок стабилизированного тока:

1 – тумблер включения; 2 – индикатор включения; 3 – переключатель установки тока на электродах; 4 – ручка сброса показателей счетчика; 5 – окно показаний счетчика времени.

B. Блок индикации БИ-1:

1 – микроамперметр; 2 – включение прибора; 3 – переключатель рада работ;

4 – индикатор включения; 5 – индикатор начала титрования; 6 – конец титрования.

C. Титровальный стенд:

1 – стакан; 2 – серебряные электроды; 3 – мешалка; 4 – тумблер включения мешалки; 5 – поворотный столик.

Подготовка к измерениям концентрации хлорид-ионов.

1. Включить прибор.

Блок индикации (БИ) и блок стабилизированного тока включают в сеть с напряжением 220 В. Включают два тумблера «прибор» и прогревают его 20 мин.

2. Проверить состояние индикаторных и генераторных электродов.

Индикаторные электроды должны иметь светлую полированную поверхность. Потемневшие в результате работы или долгого нахождения на воздухе электроды необходимо почистить и отполировать. Для очистки электродов применяется порошок мела. Вначале электроды протирают влажной тряпочкой с нанесенным на неё порошком, затем полируются сухой тряпочкой и тщательно промываются дистиллированной водой, после чего высушиваются фильтровальной бумагой.

Одним из признаков загрязнения электродов является медленное восстановление тока в цепи индикаторных электродов.

Необходимо постоянно следить за рабочей поверхностью генераторного анода. По мере растворения серебра в процессе титрования генераторный анод укорачивается и утоньшается. Поэтому периодически необходимо электрод удлинять, а заострившийся конец электрода срезать таким образом, чтобы в раствор было погружена часть электрода (20 мм). После общего уменьшения всей длины электрода на 40 мм (длина оставшейся части электрода 50 мм), электрод следует заменить на новый.

3. Установить поляризующее напряжение.

Установка поляризующего напряжения производится при помощи потенциометра, находящегося на задней стенке блока индикации. Напряжение поляризации замеряется при помощи контактного микроамперметра. При нажатой кнопке (кнопка находится на задней стенке блока БИ) и отведенной вправо до конца красной стрелке контактного микроамперметра показание его (положение черной стрелки) должно быть 15мкА. Если показания микроамперметра отличаются от 15 мкА, то необходимо потенциометром при нажатой кнопке выставить показание контактного микроамперметра на значение 15 мкА.

Внимание!!! Установку поляризующего напряжения проводить вместе с преподавателем!!!

4. Установить конечную точку титрования.

Конечная точка титрования устанавливается красной стрелкой микроамперметра (блок БИ). При генераторном токе 1 мА эта стрелка устанавливается на значение 7 мкА, при остальных значениях генераторного тока (5, 10, 20, 40 мА) – на значение 10 мкА.

Выбор значения генераторного тока и объема анализируемой пробы проводится в зависимости от концентрации анализируемого иона в соответствии с данными таблицы 1.

Таблица 1.

Генераторный ток, мА	Растворы для определения хлорид-ионов
	Концентрация растворов, мг-экв/л	Объем пробы, мл
1 5 10 20 40	 1 1  5 5  15 15  50 50  100	5  10 5 2  5 2  5 2  5