кулонометрия-лаб

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Измерение массовой концентрации тиосульфата натрия в растворе

Цель работы. Освоение методики кулонометрического титрования с бипотенциометрической индикацией точки эквивалентности.

Ι. Сущность метода определения.

Метод основан на окислении тиосульфат-иона иодом по реакции

2S₂O₃^2- + J₃^- = S₄O₆^2- + 3J^-

Иод генерируется на аноде электрохимической ячейки непосредственно в титруемом растворе из иодида калия, добавляемого в раствор с достаточным избытком, чтобы избежать смещения электродного потенциала и тем самым обеспечить 100% выход по току требуемой анодной реакции

2J­^- - 2e ↔ J₂

На катоде, отделенном от анода пористой диафрагмой, идет восстановление ионов водорода

2Н⁺ + 2e ↔ H₂

Генерация иода идет при постоянной силе тока в слабокислой среде.(рН ≈ 3,7).

Бипотенциометричекий метод индикации точки эквивалентности в данном варианте обеспечивается благодаря резкому росту ЭДС индикаторной системы на основной стадии электролиза.

Количество электричества, затраченного на генерацию иода,определяется автоматически на основании уравнения:

Q = ∫I∙dt (Кл)

На выделение одной молярной массы эквивалента вещества требуется 1F кулонов электричества, следовательно, число моль-эквивалентов определяемого вещества, находящегося в растворе: n_экв = Q / F, а искомая массовая концентрация определится из выражения

C(Na₂S₂O₃) = (Q /F)∙∙M(Na₂S₂O₃) (V_кол/ V_пип)∙10^-3 (г/дм³).

где V_пип – объем раствора пробы, взятый для анализа, см³.

V_кол – вместимость мерной колбы, см³.

M(Na₂S₂O₃) – молярная масса эквивалента тиосульфата натрия, г/моль

ΙΙ. Необходимые реактивы:

1 – калий иодистый, ГОСТ 4232-74

2 – Ледяная уксусная кислота ч.д.а. ГОСТ 19814-74

3 – Ацетат аммония (натрия) ч ГОСТ 3117-78.

4 – Вода дистиллированная ГОСТ 6709-72

ΙΙΙ. Объект анализа – раствор тиосульфата натрия с концентрацией в пределах 0,0100—0,0500 моль/л.

1V. Приготовление буферного раствора

Навеску ледяной уксусной кислоты массой (57 ± 1) мл растворяют в 500 см³ воды. Добавляют 7,7 г ацетата аммония (или ацетата натрия) и добавляют 16,6 г иодистого калия. Доводят объем раствора до метки 1000 см³ водой и перемешивают. Срок хранения 1 месяц.

Подготовка кулонометрического анализатора к работе

Управление работой анализатора осуществляется клавиатурой, расположенной на лицевой панели

Функции клавиш клавиатуры

Клавиша	Назначение	Клавиша	Назначение
	Ввод цифры < 1>; изменение номера программы		Ввод цифры < 2>; ввод массы пробы
	Ввод цифры < 3>; изменение номера программы		Вывод знака < - >.Выбор диапазона титрующего тока 5 или 50 ма
	Ввод цифры < 4> ; запуск измерения (калибровки)		Ввод цифры < 5>;выбор режима индикации (цифробукв. или графическая)
	Ввод цифры < 6>; запуск программы измерен. дрейфа		Ввод десятичной точки .Режим учет дрейфа
	Ввод цифры < 7>; ввод численных значений		Ввод цифры < 8>; ввод численных значений (которые указаны через дефис)
	Ввод цифры < 9>; Вход в режим просмотра и установки параметров		Ввод цифры < 0>Активация и отключение подсветки дисплея
	Увеличение номера измерений на единицу; переход к следующему параметру измерений		Ввод численного значения параметра; пересчет измерения
	Уменьшение номера измерений на единицу; переход к предыдущему параметру измерений		Отмена команды; выход из режимов на ступень вверх
	Включение анализатора		Выключение анализатора

1. Включить анализатор клавишей <ВКЛ.>, нажав и удерживая её в течение 1с. На дисплее, после появления фирменного знака предприятия – производителя, отобразятся установочные параметры анализатора.

2. Для входа в режим просмотра и корректировки параметров, нажать клавишу<ПРМ> 9. Для просмотра параметров в возрастающем порядке используется клавиша ,в обратном клавиша . Лабораторная работа проводится по программе [4] и следующими параметрами:

Наименование параметра	Единицы измерений	Величина параметра
Диапазон	мг	100
Уровень измерения	мВ	40
Уровень уменьшения	мВ	200
Начальный ток	%	20
Основной ток	%	20
Конечный ток	%	10
Время перемешивания	с	30
Тип индикации		Бипотенциометрическая
Эквивалент тиосульфата натрия	г/моль	158,11

При диапазоне (0 – 100)мг содержания вещества в пробе максимальная сила основного тока генерации I = 50 мА.

Уровень измерения, мВ – устанавливается клавишей «ф 1». Установка «исходного» и «конечного» значений потенциала индикаторной системы. После запуска измерений клавишей «изм», анализатор, пропуская через фоновый электролит начальный ток, автоматически доводит потенциал индикаторной системы до «уровня измерения». Исходное значение в то же время является «конечным», т.е. основной процесс электролиза происходит до тех пор, пока потенциал индикаторной системы на будет равной «исходному значению».

Уровень уменьшения, мВ,— устанавливается клавишей «числ». Это значение потенциала индикаторной системы при достижении которого, после вливания анализируемого раствора, начинается основная стадия электролиза. В то же время, данное значение является указанием, при каком значении потенциала индикаторной системы в финальной стадии электролиза автоматически производится уменьшение силы тока при приближении к точке эквивалентности. Это позволяет повысить точность измерения вследствие компенсации инерционности индикаторной системы.

Начальный ток,%− значение силы тока в процентах от максимального тока диапазона. Начальный ток пропускается через электролит до внесения пробы для достижения заданных начальных условий. Для изменения нажать «числ»и с клавиатуры ввести нужное число.

Основной ток, % -- значение силы тока в процентах от максимального тока диапазона. Основной ток используется для проведения основной (≈90−98%) стадии электролиза, пока электродная разность потенциалов индикаторной системы не снизилась до «уровня уменьшения». Для изменения нажать «ф 1» и с клавиатуры ввести нужное число.

Конечный ток, % -- значение силы тока в процентах от максимального тока диапазона. Конечный ток используется для проведения финальной (≈2−10%) стадии электролиза, после снижения разность потенциалов индикаторной системы ниже «уровня уменьшения» Для изменения нажать «прм» и с клавиатуры ввести нужное число.

Время перемешивания,с – промежуток времени между достижением разности потенциалов индикаторной системы, соответствующей «уровню уменьшения» ( порог срабатывания) после внесения пробы и началом пропускания основного тока. Для ввода требуемого значения нажать «числ», и с клавиатуры ввести нужное число.

3. Для выхода из режима просмотра и установки параметров измерений нажать клавишу «ОТМ». На дисплее появится изображение с новыми, вновь установленными значениями параметров.

4. Ввод массы навески анализируемой пробы осуществляется без входа в режим просмотра и установки параметров, следует просто нажать клавишу «mv 2» и следовать указаниям, появляющимся на дисплее. После ввода нужного значения для единичной навески или одинакового значения навески пробы для серии измерений, нажать клавишу «ВВОД».

Выполнение измерений

Заполнить электрохимическую ячейку 50 мл фоновым раствором электролита.

Поместить электроды в соответствующие гнезда ячейки.

Включить кулонометр и проверить установленные параметры.

Включить магнитную мешалку.

На лицевой панели кулонометра нажать клавишу «изм». На дисплее появится сообщение «установка в начало». Через электролит пойдет ток до тех пор, пока потенциал индикаторной системы не достигнет уровня измерения.

На дисплее появится сообщение «введите пробу»

Внести в анодную камеру ячейки требуемую порцию исследуемого раствора. Зафиксировав скачок потенциала индикаторной системы, прибор включится в режим перемешивания. Затем прибор в режиме «измерение» оттитрует тиосульфат внесенной порции исследуемого раствора и на дисплее появится сообщение «результат измерения».

Списать с дисплея значения количества электричества, затраченного на титрование, и нажать клавишу «ОТМ» для перевода прибора в исходную позицию.

Не меняя фонового раствора, операцию титрования провести трижды и по трем измерениям установить среднее значение.

Данные измерений и расчетов оформить в виде таблицы.

№ измерения	Объем пробы мл	Количество электричества Кл	Результат Расчета г/дм^3
1
2
3
Среднее

Требования безопасности

При выполнении работы необходимо соблюдать правила техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007-76, требования электробезопасности при работе с электроустановками по ГОСТ 12.1.019-79, а также требования, изложенные в технической документации на кулонометр «ЭКСПЕРТ-006.