Амперометрическое титрование.
Определение катионов кадмия и цинка
Цель работы: освоение способов выбора условий амперометрического титрования, техники проведения анализа и обработки данных титрования.
Введение
В лабораторной работе определение катионов цинка или кадмия проводится по реакциям с гексацианоферратом (II) калия, в результате которых в присутствии сульфата калия образуются осадки двойных солей:
3Zn2+ + 2[(Fe(CN)6]4- + 2К+ → К2Zn3[(Fe(CN)6]2↓
5Сd2+ + 4[(Fe(CN)6]4- + 6К+ → К6Сd5[(Fe(CN)6]4↓
Ток на рабочем платиновом электроде определяется окислением титранта – гексацианоферрата (II) калия; кривая титрования имеет вид, показанный на рис. 8.
Рис. 8. Общий вид кривой титрования катионов цинка (или кадмия) гексацианоферратом (II) калия.
Экспериментальная часть
Оборудование и посуда: амперометрическая установка АУ-4М; электрохимическая ячейка; платиновый микроэлектрод; хлорсеребряный электрод сравнения; микробюретка на 5 мл.
Реактивы: раствор K4[Fe(CN)6] 0,03 М; раствор K2SO4 1 М; раствор HNO3 1:1; анализируемый раствор сульфата цинка (или сульфата кадмия) 0,1 М.
Подготовка оборудования к работе и техника проведения измерений:Прибор АУ-4М предназначен для амперометрического титрования. Прибор состоит из измерительного, регистрирующего и вспомогательных устройств. Измерительные и вспомогательные устройства объединены в общий блок – блок титрования. В качестве регистрирующего устройства используется микроамперметр.
Включите прибор тумблером «Сеть» и прогрейте его в течение 30 – 40 минут.
На верхней панели прибора посередине устанавливается ячейка для титрования так, чтобы находящаяся под панелью магнитная мешалка обеспечивала равномерное перемешивание раствора. Мотор магнитной мешалки включает переключатель «Мотор»: положения 1 – 4 соответствуют различным скоростям вращения электродвигателя мешалки.
Назначение остальных ручек:
– ручка «Чувст.» служит для переключения чувствительности гальванометра;
– переключатель «Полярн. гальв.» изменяет полярность подаваемого на гальванометр напряжения;
– ручка «Налож.» служит для плавной установки наложенного на ячейку напряжения.
Ход работы
Опыт 1. Вольтамперные кривые окисления K4[(Fe(CN)6] на платиновом электроде
1. Платиновый электрод погрузить на 1 – 2 секунды в раствор HNO3 (1:1), затем тщательно промыть дистиллированной водой.
2. Поместить в электрохимическую ячейку 10 мл 0,3 М раствора К2SO4 (фонового электролита), 2,0 мл 0,03 М раствора K4[(Fe(CN)6] и 18 мл дистиллированной воды.
3. Погрузить в раствор держатель с электродами и при интенсивном перемешивании установить напряжение 1,9 В.
4. Подобрать такую чувствительность микроамперметра, при которой стрелка не зашкаливает (если это происходит, чувствительность надо уменьшить – шунты 50 или 100), но заметно отклоняется, более, чем на половину шкалы (если отклонение мало, то чувствительность надо увеличить – шунт 10). Дальнейшие измерения провести при выбранной чувствительности.
5. Тщательно промыв ячейку и электроды, поместите в ячейку 10 мл 0,3 М раствора К2SO4 и 20 мл дистиллированной воды. Снимите вольтамперограмму фонового электролита при его интенсивном перемешивании. Для этого постепенно, через 0,1 В, меняя напряжение в диапазоне от 0 до 1,9 В, запишите установившиеся через одно и то же время (например, через 20 с) показания микроамперметра.
6. Повторите регистрацию вольтамперной кривой в растворах, содержащих:
– 1 мл 0,03 М раствора K4[(Fe(CN)6], 10 мл 0,3 М раствора К2SO4 и 19 мл дистиллированной воды;
– 2 мл 0,03 М раствора K4[(Fe(CN)6], 10 мл 0,3 М раствора К2SO4 и 18 мл дистиллированной воды.
Обработка результатов
1. Постройте на одном графике вольтамперные кривые в координатах I – Е для фонового электролита и растворов K4[(Fe(CN)6].
2. Для каждой концентрации K4[(Fe(CN)6] графически найдите величину предельного диффузионного тока:Id = Iпред – Iфона. Соблюдается ли прямопропорциональная зависимостьId от концентрации?
3. По вольтамперным кривым выберите потенциал рабочего электрода для амперометрического титрования по току окисления K4[(Fe(CN)6].
Опыт 2. Амперометрическое титрование контрольного раствора соли цинка (кадмия)
1. Получите у лаборанта контрольный раствор в мерной колбе на 50,0 мл, доведите его до метки дистиллированной водой.
2. На титрование отберите аликвоту 5,00 мл анализируемого раствора и поместите ее в электролитическую ячейку, добавьте 10 мл фонового электролита и 15 мл воды.
3. При выбранном по результатам опыта 1 потенциале рабочего электрода проведите титрование раствором K4[(Fe(CN)6]. Титрант добавлять из микробюретки порциями по 0,1 мл, регистрируя показания микроамперметра. Ввести такой избыток титранта, чтобы участок после точки эквивалентности включал не менее 5 точек.
4. Провести 3 – 4 параллельных титрования.
Обработка результатов
1. Постройте кривые титрования (каждую – на отдельном графике).
2. Определите графически конечные точки титрования.
3. По усредненному значению объема титранта, затраченного на титрование, рассчитайте массу определяемого катиона в контрольном растворе.