Лабораторная работа №211
Кулонометрическое титрование кислот
Литература:
Методические указания по кулонометрическому методу анализа М., 1987.
АХ стр. 308-344; Лабораторный практикум стр. 310-322
Краткое теоретическое введение:
Кулонометрия объединяет методы анализа, основанные на измерении количества электричества, израсходованного на электрохимические реакции, приводящие к количественному электроокислению или электровосстановлению определяемого вещества или же к получению промежуточного реагента, который количественно взаимодействует с определяемым веществом.
В основе количественного определения веществ в кулонометрии лежит закон Фарадея, устанавливающий связь между количеством электропревращенного вещества и количеством израсходованного при этом электричества:
g = MQ/nF,
где g – масса электрохимически превращенного вещества, г
М – молярная масса вещества, г/моль
Q – количество электричества, Кл
n – число электронов, участвующих в электрохимической реакции
F – постоянная Фарадея, равная 96485 Кл/моль.
Различают прямую кулонометрию и кулонометрическое титрование. При прямой кулонометрии контролируется потенциал, при кулонометрическом титровании – контролируется ток.
Для анализа методом прямой кулонометрии необходимо, чтобы определяемое вещество А было электроактивным, т.е. на электроде должна происходить одна из следующих реакций:
А + nē → В (электровосстановление)
или
А - nē → В (электроокисление)
Таким образом, измеряя количество электричества, затраченное па полное электропревращение А в В, можно определить массу вещества А,
Кулонометрическим титрованием можно определить и электронеактивное вещество А, так как при анализе по этому методу в исследуемый раствор вводят электроактивный вспомогательный реагент Д, продукт электрохимической реакции которого Z количественно взаимодействует с определяемым веществом.
Например: определяемое вещество А и вспомогательный реагент Д электровосстанавливаются, то на катоде
А + nē → В
Д + mē → Z
а в растворе протекает электрохимическая реакция:
mA + nZ → mВ + nД
Суммарное количество электричества, затраченное непосредственно на восстановление части вещества А в В и на образование промежуточного продукта Z, с помощью которого часть вещества А за счет химической реакции в растворе тоже превращается в В, будет эквивалентным содержанию А в исходном, анализируемом растворе. Таким образом, измеряя общее количество электричества, затраченное на обе реакции, можно определить массу вещества А.
Необходимое условие использования электрохимической реакции в кулонометрии состоит в том, чтобы практически все расходуемое количество электричества затрачивалось в конечном итоге на превращение определяемого вещества. Побочные эффекты должны отсутствовать. Это выполняется, если выход по току равен (или близок) к 100% и остается постоянным в ходе электролиза. Формула для вычисления: (Q/Q1)*100%, где Q – теоретически рассчитанное количество электричества для определяемой массы вещества; Q1 – фактическое количество электричества, затраченное на кулонометрическое определение.
Достоинства кулонометрии: надежное определение малых и больших количеств веществ; возможность применения малоустойчивых реагентов; отсутствие эталонов; простота и экспрессивность метода.