Определение концентрации хлорида железа (III)

Солянокислые растворы хлорида железа широко используются для химического травления различных металлов, сплавов и полупроводников, например, при производстве печатных плат для травления меди, в тонкопленочной технологии для растворения тонких пленок меди, алюминия, хрома, нихрома и других, в полупроводниковой технике для травления антимонида индия и т.д. Непрерывное определение концентрации хлорида железа в травильных растворах имеет большое практическое значение для корректировки состава этих растворов. Быстрое и надежное определение концентрации Fe³⁺ в присутствии ионов Cu²⁺, образующихся в процессе травления медных покрытий, можно приводить потенциометрическим титрованием.

Определение проводят титрованием слабого солянокислого испытуемого раствора (рН ~ 2) стандартным раствором аскорбиновой кислоты. За изменением потенциала индикаторного платинового электрода следят, измеряя ЭДС гальванического элемента и используя в качестве электрода сравнения насыщенный хлоридсеребряный электрод. Аскорбиновая кислота С₆Н₈О₆,. стандартные растворы которой характеризуются высокой устойчивостью, является достаточно сильным восстановителем. В процессе титрования раствора железа аскорбиновой кислотой протекает химическая реакция, которая описывается уравнением:

2Fe³⁺ + C₆H₈O₆ = 2Fe²⁺ + C₆H₆O₆ + 2H⁺

В то же время медь (П) не восстанавливается аскорбиновой кислотой в условиях титрования железа (Ш). Титрование целесообразно проводить при нагревании, так как основная реакция характеризуется малой скоростью.

Электрохимическими реакциями при титровании являются следующие.

1) до точки эквивалентности:

Fe³⁺ + ē = Fe²⁺

;

2) после точки эквивалентности:

С₆Н₆О₆ + 2Н⁺ + 2ē D С₆Н₈О₆

.

Из-за достаточной разности величин стандартных потенциалов (φ₁º=+ 0.77 В и φ₂º= + 0.18 В) в конечной точке титрования наблюдается довольно резкий скачок потенциала.

Оборудование и реактивы

Иономер.

Индикаторный электрод, платиновый.

Электрод сравнения хлоридсеребряный

Аскорбиновая кислота, 0,05000 М раствор.

Аммиак,10%-ный раствор.

Соляная кислота, раствор (1:1).

Описание определения

В стакан емкостью 100-150 мл переносят 10,00 мл анализируемого раствора, прибавляют по каплям 10%-ный раствор аммиака до появления первой неисчезающей при перемешивании мути и затем 4-6 капель раствора соляной кислоты (1:1) разбавляют 50-100 мл дистиллированной воды.

В подготовленный таким образом раствор погружают два электрода: платиновый и хлоридсеребряный.

Бюретку заполняют титрантом – рабочим раствором аскорбиновой кислоты и подготавливают к работе.

Анализируемый раствор титруют при перемешивании ориентировочно по

1 мл стандартным раствором аскорбиновой кислоты. Затем титруют новую порцию анализируемого раствора, прибавляя раствор титранта в области скачка потенциала по 2-3 капли. Величины ЭДС цепи фиксируют при достижении их постоянного значения: изменение ЭДС в течение одной минуты не должно превышать ~5 мВ.

Результаты измерений и расчетов представляют в форме табл.15.2 и графически в координатах E – V и (ΔE/ΔV) – V. Вычисляют содержание железа (Ш) в граммах в исследуемом растворе по формуле:

m(Fe³⁺), г = (VN)_аск.к.·Э(Fe³⁺)·n·10^–3,.

где (VN)_аск.к – объем и нормальная концентрация раствора аскорбиновой кислоты;

Э(Fe³⁺) – эквивалент железа (III), равный 55,85;

n – число аликвотных частей анализируемого раствора.