Лабораторная работа №2 электровесовой метод анализа

Электровесовой метод анализа (электроанализ) заключается в катодном восстановлении ионов анализируемого вещества на инертном (платиновом) электроде в виде компактного покрытия и последующем определении его массы. Электровесовой анализ обычно проводят при постоянной плотности тока, позволяющей получать плотные осадки анализируемого вещества и, следовательно, предотвратить возможные его потери за счет осыпания и повторного растворения в электролите. Если в анализируемом растворе содержится несколько катионов с близкими по величине потенциалами электровосстановления, возможно их одновременное осаждение на катоде в ходе эксперимента. В этом случае используют метод выделения ионов металла из раствора при постоянном контролируемом потенциале (потенциостатический метод).

Цель работы – ознакомление с методикой проведения электровесового анализа при постоянном потенциале.

В качестве объекта исследования используется раствор, содержащий ацетаты свинца и кадмия. Схема установки для проведения электроанализа изображена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема установки для электровесового анализа: 1 – электролизер; 2 – магнитная мешалка; 3 – титановый сетчатый катод; 4 – платиновый проволочный анод; 5 – электролитический ключ; 6 – электрод сравнения; 7 – потенциостат.

Опыты проводят в электролизере 1, который устанавливается на магнитной мешалке 2. Рабочим электродом – катодом – служит титановая сетка 3, анодом – платиновый электрод 4. Постоянство катодного потенциала обеспечивается с помощью электронного потенциостата 7 (например, типа ПИ – 50. 1. 1). Силу тока в цепи измеряют с помощью включенного последовательно амперметра или по электронному прибору, входящему в комплект потенциостата. Для контроля потенциала рабочего электрода в цепь подключается электрод сравнения 6. Электрод сравнения должен находиться в непосредственной близости к катоду либо через электролитический ключ 5 касаться его поверхности. В электролизер заливают определенный объем анализируемого раствора, катод взвешивают. Затем с помощью потенциостата устанавливают значение потенциала электрода равным (–0,60) В по отношению к хлоридсеребряному электроду сравнения и подключают ячейку.

Для уменьшения сопротивления ячейки в испытуемый раствор вводят ацетат натрия СН₃СOОNa, а для предотвращения гидролиза – СН₃СOОН; в ходе анализа раствор непрерывно перемешивают. В момент завершения процесса осаждения свинца резко падает величина тока. Последующее осаждение кадмия проводят на чистом титановом катоде при потенциале отрицательнее –0,60 В по отношению к хлоридсеребряному электроду сравнения. Для получения на катоде плотных осадков применяют плотности тока порядка 0,01А/см². Количество выделенного металла рассчитывают по привесу катода. Зная объем анализируемого вещества и массу выделенного металла, определяют содержание соответствующих солей в растворе.

Лабораторная работа №3 кулонометрический метод анализа

Кулонометрия — электрохимический метод количественного анализа, основанный на измерении количества электричества, израсходованного на окисление или восстановление определяемого вещества.

Из уравнения

(1.12)

измерив в опыте количество израсходованного электричества Q, определяют количество превращенного при электролизе вещества. Кулонометрическим методом анализа можно пользоваться и тогда, когда в результате электролиза образуются растворимые продукты. Условия применимости этого метода – отсутствие других, совместно протекающих электродных реакций и полное превращение анализируемого вещества. Метод применим при изучении механизма электродных процессов, определении числа электронов, участвующих в электрохимическом процессе, определении толщины гальванических покрытий и др.

Измерения рекомендуется проводят при постоянном (контролируемом) потенциале либо при постоянном токе. Электролиз проводится до полного превращения анализируемого вещества, после чего определяют количество пропущенного электричества и по уравнению (1.12) вычисляют содержание этого вещества. Измерения существенно упрощаются, если электролиз проводить при постоянной величине тока. Однако в этом случае изменяется потенциал электрода и со временем становится возможным протекание побочных электрохимических реакций раньше, чем завершится основная реакция. Для устранения этого затруднения применяют метод кулонометрического определения вещества с регенерацией реагента – кулонометрическое титрование. В этом методе используют реагент, затрудняющий протекание побочных электрохимических реакций и обеспечивающий вместе с тем полноту прохождения основной электрохимической реакции. Так, например, кулонометрическое определение содержания ионов Fе²⁺ проводят в присутствии в растворе большого избытка ионов Се³⁺. В такой системе на платиновом аноде протекает реакция электрохимического окисления ионов Fе²⁺ до Fе³⁺. При снижении концентрации ионов Fе²⁺ у поверхности анода до нулевого уровня, его потенциал смещается до значений, соответствующих потенциалу выделения кислорода, хотя процесс окисления Fе²⁺ еще не завершен. В присутствии ионов Се³⁺ потенциал выделения кислорода не достигается, так как процесс

Се³⁺ + е = Се ⁴⁺ (1.17)

протекает при более электроотрицательных потенциалах. Образующиеся на аноде ионы Се ⁴⁺ благодаря интенсивному перемешиванию быстро распределяются в растворе и окисляют оставшиеся ионы Fе²⁺, обеспечивая таким образом полное окисление железа. Появление в растворе избыточных ионов Се⁴⁺ указывает на завершение процесса окисления ионов Fе²⁺ и обнаруживается колориметрически. Катодом служит платиновый электрод, находящийся в стеклянной трубочке и отделенный от анализируемого раствора стеклянным фильтром. Трубочка заполнена электролитом, не содержащим анализируемого вещества (например,насыщенные растворы Nа₂SO₄, КNО_з). Применение катодной ячейки такого типа позволяет полностью предотвратить возможное влияние катодного процесса на реакцию анодного окисления. В ходе опыта электролит анодной части ячейки интенсивно перемешивается.

Цель работы: кулонометрическое определение концентрации ионов Fе²⁺ в растворе.

Исследуемый раствор содержит FеSO₄ (0,1–0,005 моль экв) и промежуточный реагент Ce₂(SO₄)₃ в большом избытке. Для улучшения электропроводности добавляют 5г серной кислоты на 100 см³ анализируемого раствора. Плотность тока на аноде устанавливают в зависимости от концентрации анализируемого раствора в пределах 0,02–1 А/дм². Начало и конец опыта фиксируют по секундомеру, величину проходящего тока – по миллиамперметру. Необходимую величину тока устанавливают предварительно по особой порции анализируемого раствора. Конец опыта определяют по изменению цвета раствора от бесцветного до оранжево-красного. Количество ионов Fе²⁺, г, рассчитывают по уравнению (1.12):

Вопросы для самоконтроля

1.Законы Фарадея. 2. Понятие электрохимического эквивалента вещества, способы его определение и расчета. 3. Скорость электрохимического превращения. 4. Возможные отклонения от законов Фарадея. 5. Кулонометры, их назначение, устройство, принцип работы. 6. Понятие выхода по току, количественное определение выхода по току. 7. Практическое использование законов Фарадея в аналитической и неорганической химии.