Приборы, оборудование и реактивы

1. Электрохимический стенд IBM-совместимый ПК.

2. Программное обеспечение MultyLab.exe.

3. Электрохимическая ячейка для амперометрического титрования с одним индикаторным электродом: индикаторный платиновый электрод ЭПВ-1, хлорсеребряный электрод сравнения ЭВЛ-1МЗ.1 (приложение 1).

4. Электрохимическая ячейка для амперометрического титрования с двумя индикаторными платиновыми электродами.

5. Бюретка.

6. Цилиндр мерный вместимостью 50 мл.

7. Пипетки вместимостью 10, 5 и 2 мл.

8. Стаканы химические вместимостью 50 мл – 2 шт.

9. Резиновая груша.

10. Промывалка.

11. Раствор гексацианоферрата(II) калия, 0,03 М, K₄ [Fe(CN)₆]. Навеску K₄[Fe(CN)₆]·3H₂O массой 14,3613 г количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1000 мл, растворяют навеску в дистиллированной воде, доливают колбу H₂O(дист.) до метки и перемешивают.

12. Стандартный раствор бихромата калия, с молярной концентрацией эквивалента 0,0500 моль/л. Готовят из стандарт-титра.

13. Стандартизированный раствор тиосульфата натрия, с молярной концен-

трацией эквивалента 0,05 моль/л. Готовят растворением 6,205 г Na2S2O3·5H2O в

500 мл дистиллированной воды.

14. Анализируемый ~0,01 М раствор сернокислого цинка. Взвешивают 1,440 г ZnSO₄∙7H₂O и растворяют в 500 мл H₂O(дист.).

15. Раствор йода спиртовой 5 %-ный медицинский (Solutio Iodi spirituosa 5 %).

16. Раствор серной кислоты, 2 н (1:17).

17. Раствор иодида калия, 10 %-ный.

18. Фоновый раствор , 0,5 М сульфата калия. Готовят растворением 87,13 г К₂SO₄ в 1000 мл дистиллированной воды.

19. Фильтровальная бумага.

Практическая часть.

Амперометрическое титрование с одним индикаторным электродом. Подключают стенд к сети питающего напряжения и стенд к ПК соединительным кабелем. Устанавливают и подсоединяют индикаторный электрод и электрод сравнения к разъёмам U_вых(+) и I_вх(–) генераторной цепи стенда. Платиновые электроды обрабатывают раствором HNO₃(1:1) и многократно промывают H₂O (дист.). Запускают на ПК программу «MultyLab», после появления главного меню программы, включают кнопку «Сеть» на задней панели стенда (положение «I»). Прибор готов к работе.

1)Изучение вольтамперных кривых раствора K4[Fe(CN)6]. В стакан для титрования на 50 мл вносят пипеткой 25,0 мл фонового раствора, опускают магнитную мешалку и устанавливают стаканчик на основание стенда, опускают держатель электродов вниз. Снимают вольтамперную кривую фонового раствора, изменяя подаваемый на электроды потенциал в интервале 0,0 – 2,0 В.

Для этого на панели управления ПК нажимают:

1. Кнопку «Установки»

2. В диалоговом окне «Текущие установки – Устройства» включают мешалку

3. Устанавливают слайдером интенсивность перемешивания в положение – 5

4. Активируют источник напряжения для генераторной цепи и напротив метки «Значение [В]» устанавливают величину потенциала «0»

5. Выбирают параметр регистрации для генераторной цепи – «Ток ± 100 мкА»

6. Источник тока в генераторной цепи и источник напряжения в индикаторной цепи должны быть дезактивированы

В диалоговом окне «Текущие установки – Дополнительные параметры» задают следующие установки:

1. автоматическая остановка измерений по параметру «Время» – 30 с

2. период регистрации значений – 1 с

3. «Приливаемый объем титранта [мл]» – 0

После выбора текущих установок экран монитора будет поделен на четыре окна. В каждом располагается график для регистрации установленных параметров. Рядом с вертикальной осью верхнего графика в окне «Генераторная цепь» должна появиться надпись «Ток». Это значит, что прибор готов к работе. На панели управления активируют кнопку «Старт».

В верхнем правом углу монитора появляется окно «Регистрация», включается мешалка и начинается измерение текущего параметра – тока.

После установления регистрируемого параметра происходит автоматическая остановка измерения и мешалка отключается.

При получении первой контрольной точки регистрируемого параметра I

(Е = 0), открываем диалоговое окно «Текущие установки» и задаем «Значение [В]» - 0,1 и «Приливаемый объем титранта [мл]» – 0,1. Нажимаем кнопку «Продолжить». Получаем вторую контрольную точку с E = 0,1 В. Продолжаем измерение величины силы тока, каждый раз изменяя значение потенциала с шагом 0,1 В, при этом в окне отображения данных «Генераторная цепь», на станице «От V титранта», отображается зависимость величины I от величины E.

Результаты измерений записываем в «Архив», численные значения величины I заносим в таблицу 1.

Аналогично повтрояем для раствора K₄[Fe(CN)₆]. Для этого в стакан, содержащий 25,0 мл фонового раствора, вносим 1,0 мл раствора K₄[Fe(CN)₆] и регистрируют величину I в зависимости от величины E.Результаты также записывают в «Архив», а численные значения записываем в таблицу 2.

Строим график зависимости I от Е для фонового раствора и для раствора K4[Fe(CN)6]. Выбираем E окисления соответствующий предельному диффузионному току. Для этого на кривой из центра площадки предельного диффузионного тока опускаем перпендикуляр на ось потенциалов и находим потенциал, соответствующий предельному току окисления K4[Fe(CN)6] на платиновом электроде относительно хлоридсеребряного электрода.

Используя данные, полученные при изучении кривой окисления K4[Fe(CN)6] (см. табл. 2) и уравнение Гейровского-Ильковича, строим график зависимости lg(I/(I-Id)) – Е для восходящей части кривой. По графику находим значение потенциала полуволны (Е1/2) относительно хлоридсеребряного электрода и величину котангенса угла наклона прямой.

Вывод:

Проверка правильности выбора потенциала окисления K₄[Fe(CN)₆]. Критерием правильности выбора потенциала окисления является линейность зависимости исправленного, с учетом разбавления, предельного диффузионного тока от концентрации K₄[Fe(CN)₆].

Исправленный предельный диффузионный ток рассчитываем по формуле:

В стакан для титрованияна 50 мл вносим пипеткой 25,0 мл фонового раствора, опускаюем магнитную мешалку и устанавливаем стаканчик на основание стенда, опускаем держатель электродов вниз, добавляеи из бюретки 0,2 мл раствора K4[Fe(CN)6].

В диалоговом окне «Текущие установки» устанавливаем значение потенциала окисления – «Значение [В]», выбираем параметр регистрации для генераторной цепи – «Ток ± 100 мкА». Задаем автоматическую остановку измерений по параметру:

1. «Время» – 20 с, период регистрации значений – 1 с;

2. «Приливаемый объем титранта [мл]» – 0,2.

3. Нажимаем кнопку «Старт»

Получаем первую точку диффузионного тока при объеме добавленного титранта 0,2 мл.

В стакан для титрования из бюретки добавляем еще 0,2 мл р - ра K4[Fe(CN)6]. Нажимаем кнопку «Продолжить» и регистрируем вторую точку, соответствующую добавленному объему титранта 0,4 мл. Повторяем опыт, добавляя раствор K₄[Fe(CN)₆] порциями по 0,2 мл и доведя общий объем добавляемого раствора K₄[Fe(CN)₆] до 1,0 мл.

По окончанию измерений результаты заносим в «Архив», а численные значения в таблицу 3. Вычисляем исправленное значение с учетом разбавлением предельного диффузионного тока. Строим график зависимости в координатах I_испр от V_{(K4[Fe(CN)6]).}

I_испр =

Вывод:

Амперометрическое титрование цинка(II) раствором K₄[Fe(CN)₆].

K₄[Fe(CN)₆] образует с ионами Zn²⁺ малорастворимое соединение Zn₃[Fe(CN)6]^2– и в нейтральной среде количественно осаждает ионы Zn²⁺. Титрование проводим на фоне K₂SO₄ по току окисления Fe(CN)₆]^4– на платиновом электроде при постоянном потенциале от +0,8 до +1,1 В (относительно хлоридсеребряного электрода сравнения).

Реакция в растворе:

3Zn²⁺ + 4K₄[Fe(CN)₆] → K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂↓ + 6K⁺.

Электрохимическая реакция на Pt-электроде:

[Fe(CN)₆]^4– → [Fe(CN)₆]^3– + e^–.

Ионы Zn²⁺, фонового в - ва и продукта р-ции не дают электродой р - ции при анодной поляризации платинового электрода, поэтому ток через ячейку до точки эквивалентности отсутствует. После достижения ТЭ в растворе появляется избыток K₄[Fe(CN)₆] и на платиновом аноде происходит окисление ионов Fe[(CN)₆]^4–, появляется ток, который при правильно выбранном потенциале пропорционален росту концентрации K4[Fe(CN)6].

Аликвотную часть от 2,0 до 10,0 мл исследуемого раствора Zn(II) помещаем в стакан для титрования, приливаем 25,0 мл р - ра K₂SO₄. Опускаем магнитную мешалку и устанавливаем стаканчик на основание стенда, погружаем электроды в раствор.

В диалоговом окне «Текущие установки» устанавливаем значение выбранного потенциала, выбираем параметр регистрации для генераторной цепи – «Ток ± 100 мкА».

Задаем автоматическую остановку измерений по параметру:

1. «Время» – 30с,

2. Период регистрации значений – 1 с;

3. «Приливаемый объем титранта [мл]» – 0.

4. Нажимают кнопку «Старт»

Получаем первую точку регистрации при нулевом объеме добавленного титранта. Снова активируем окно «Текущие установки» и устанавливаем величину «Приливаемого объема титранта[мл]» – 0,5. Проводим титрование, прибавляя объем титранта порциями по 0,50 мл и заносим в таблицу величину измеренного тока.

Для построения кривой титрования измеряем 4-5 значений тока до конечной точки и 4-5 значения после конечной точки титрования. По окончанию титрования результаты заносим в «Архив». По численным значениям строим кривую титрования в координатах I от V(K4[Fe(CN)6]).

По кривой титрования находим объем титранта в конечной точке титрования и рассчитываем концентрацию раствора цинка по формуле

Рассчитываем стандартное отклонение и доверительный интервал.

Вывод: