Подключение электрохимического стенда

Подключите стенд к компьютеру соединительным кабелем. Подключите стенд к сети питающего напряжения. Включите системный блок компьютера. Запустите программу «MultyLab», при этом на мониторе появляется главное окно программы (рис. 9).

Рис. 9. Главное окно программы MultyLab.

Опыт 1. Кулонометрическое титрование с визуальной индикацией точки эквивалентности

1. Платиновый генераторный электрод подключите к разъему Uвых (+), графитовый вспомогательный электрод, погруженный в катодное отделение с насыщенным раствором KCl, – к разъему Iвх (–) для генераторной цепи стенда. Платиновые электроды непосредственно перед работой обработайте раствором HNO₃ (1:1) и многократно промойте дистиллированной водой.

2. Нажмите на панели управления кнопку «Установки», на экране монитора появляется диалоговое окно «Текущие установки»(рис.10).

2.1. Активируйте в этом окне четыре установки:

· включите мешалку и установите слайдером интенсивность перемешивания;

· активируйте источник тока для генераторной цепи и напротив метки «Значение [мА]» установите постоянную силу тока – «5 мА», при которой будет проводиться кулонометрическое титрование;

· выберите параметр регистрации для генераторной цепи – «Ток ± 10 мА»;

· источник напряжения вгенераторной цепи и источник напряжения в индикаторной цепи должны быть дезактивированы для данного вида титрования.

Рис. 10. Окно «Текущие установки–Устройства»

2.2. В окне «Дополнительные параметры»(рис. 11)задайте следующие установки:

· Период регистрации значений – 1 с;

· «Приливаемый объем титранта» – V = 0.

Рис. 11. Окно «Текущие установки – Дополнительные параметры»

После выбора текущих установок экран монитора будет поделен на четыре окна, в каждом из которых располагается график для регистрации установленных параметров, причем, рядом с вертикальной осью верхнего графика в окне «Генераторная цепь» должна появиться надпись «Ток», а рядом с вертикальной осью нижнего графика в окне «Генераторная цепь» – надпись «Q». Это значит, что прибор готов к работе в режиме кулонометрического титрования.

3. В стакан для титрования внесите 50 мл раствора KI и 1 мл крахмала, отмеренные мерным цилиндром. В раствор погрузите платиновый генераторный электрод и катодное отделение на 1,5 – 2 см. Для удаления посторонних восстановителей проведите предэлектролиз фонового раствора в течение 5 – 7 сек. Предэлектролиз проводят до появления отчетливой синей окраски раствора.

3.1. На панели управления активируйте кнопку «Старт». В верхнем правом углу монитора появляется окно «Регистрация» (рис. 12), включается мешалка, начинается генерация титранта и начинается измерение текущего параметра – количества электричества. (Текущие установки – интенсивность перемешивания, силу тока в генераторной цепи – можно изменить в окне «Регистрация», изменение параметра необходимо подтвердить нажатием клавиши «Применить», в этом случае измененные настройки будут сохранены).

Рис. 12. Вид окна «Регистрация» в момент измерения параметра Q.

Регистрируемое значение визуально отображается на странице «От времени» в окне «Генераторная цепь», на графиках зависимости тока от времени и количества электричества от времени.

3.2. После окончания предэлектролиза (5 – 7 с) в окне «Регистрация» нажмите кнопку «Стоп». Таким образом получают первую контрольную точку регистрируемого параметра Q, когда «Объем прилитого титранта» равен нулю.

4. В ячейку мерной пипеткой внесите аликвоту 3,0 мл анализируемого раствора тиосульфата натрия и проведите титрование электрогенерированным раствором I₂ до появления синей окраски.

4.1. Откройте диалоговое окно «Текущие установки» и напротив метки «Приливаемый объем титранта» введите численное значение объема (мл), например, 3 мл.

Внимание! В данном случае под установкой «Объем прилитого титранта» подразумевают объем аликвоты исследуемого раствора (тиосульфата натрия), поскольку в методе кулонометрического титрования титрант не приливается, а генерируется на электроде.

4.2. На панели управления активируйте кнопку «Продолжить», при этом включается мешалка, начинается генерация титранта и регистрируется значение текущего параметра – количества электричества. Регистрируемое значение визуально отображается на странице «От времени» в окне «Генераторная цепь», на графиках зависимости тока от времени и количества электричества от времени.

4.3. После окончания титрования аликвоты в окне «Регистрация» нажмите кнопку «Стоп». На странице «От V титранта» в окне «Генераторная цепь» появляется вторая контрольная точка.

5. Повторите ввод аликвот анализируемого раствора в ячейку и кулонометрическое титрование. Получите не менее 7 результатов параллельных титрований, необходимых для статистической обработки. Если опыт не закончен, а ячейка переполнена, следует раствор вылить, ячейку тщательно вымыть, залить в нее фоновый электролит и продолжить работу, начиная с предэлектролиза. Если объем аликвоты отличается от предыдущего, в диалоговом окне «Текущие установки» напротив метки «Приливаемый объем титранта» введите фактическое значение объема.

6. Измерение количества электричества:

6.1. В верхней части графика Ток – Время (рис. 13) маркером <S> задайте диапазон интегрирования, выделяя для этого любой участок между двумя точками. В данном случае выделен участок между 4-й и 5-й точками, когда оттитровано 3 мл Na₂S₂O₃. Внимание! Область предэлектролиза не выделяется, количество электричества, затраченное на предэлектролиз, не учитывается.

6.2. По интегральной зависимости Q – Время определите численное значение Q, которое было затрачено на генерацию титранта I₂, необходимого для реакции с данным объемом Na₂S₂O₃. Соответствующее значение Q (Кл) автоматически отображается в верхней части графика (рис. 13).

7. По окончании серии параллельных титрований тщательно вымойте ячейку и рабочий электрод.

8. По результатам каждого титрования, используя закон Фарадея, вычислите массу тиосульфата натрия в аликвоте исследуемого раствора и титр этого раствора. Проведите статистическую обработку результатов параллельных титрований, представьте результаты в виде доверительного интервала.

Рис. 13. Вид графика Ток–Время при кулонометрическом титровании раствора тиосульфата натрия: выделение маркером <S>диапазона для интегрирования (верхнее окно), заданная область интегральной зависимости Q–Время в виде наклонной прямой: отображение Q (нижнее окно).

9. Запись результатов в «Архив». На панели управления активировать кнопку «Архив/Сохранить в архив» и внести необходимую текстовую информацию (рис. 14).

Рис. 14. Диалог сохранения данных с полем ввода комментария к архивируемым данным.

Опыт 2. Кулонометрическое титрование с индикацией точки эквивалентности методом амперометрии с двумя индикаторными электродами

1. Индикаторные платиновые электроды подсоединяют к разъёмам Iвх и Uвых индикаторной цепи стенда. Uвх шунтируют, подсоединяя сопротивление в 75 Ом. В диалоговом окне «Текущие установки» для индикаторной цепи устанавливают постоянное значение напряжения «0,02 – 0,05 В», выбирают параметр регистрации – «Ток ± 50 мкА». В окне, где изображаются зависимости для индикаторной цепи, необходимо выбрать масштаб «Авто».

2. В стакан для титрования вносят 50 мл раствора KI и 10 мл 0,2 н. серной кислоты, отмеренные мерным цилиндром. В раствор на 1,5 – 2 см погружают электроды.

3. Для удаления посторонних восстановителей проводят предэлектролиз фонового раствора в течение 5 – 7 секунд (так же, как и при визуальной индикации). В ходе предэлектролиза значение тока в индикаторной цепи будет близко к нулю. Предэлектролиз проводят до резкого увеличения тока в индикаторной цепи.

4. В стакан для титрования вносят аликвоту 3,0 мл исследуемого раствора тиосульфата натрия и проводят титрование электрогенерированным раствором I₂ до резкого увеличения тока в индикаторной цепи (желательно, чтобы конечное значение тока было таким же, как и в ходе предэлектролиза) (рис. 15).

Рис. 15. Вид графика Ток – Время для индикаторной цепи.

Повторяют определения с новыми аликвотами исследуемого раствора (не менее 7 раз), как в опыте 1.

5. Проводят измерение количества электричества, как описано в п. 6 опыта 1. Вычисляют массу тиосульфата натрия в аликвоте анализируемого раствора и титр этого раствора, проводят статистическую обработку результатов параллельных определений.

Опыт 3. Кулонометрическое титрование с потенциометрической индикацией точки эквивалентности

1. В диалоговом окне «Текущие установки» для индикаторной цепи выбирают регистрируемый параметр – потенциал: прибор работает одновременно как кулонометр (в режиме измерения количества электричества Q в генераторной цепи) и как потенциометр (в режиме измерения ЭДС в индикаторной цепи). Платиновый электрод ЭПВ-1 подключают к разъему Uвх, а хлорсеребряный – к разъему Uвых индикаторной цепи. В окне, где изображаются зависимости для индикаторной цепи, необходимо выбрать масштаб «Авто».

2. В стакан для титрования вносят 50 мл раствора KI, аликвоту 3,0 мл анализируемого раствора тиосульфата и опускают электроды.

3. Для определения конца титрования вначале снимают зависимость ЭДС индикаторной цепи (потенциала индикаторного электрода относительно электрода сравнения) U от времени электролиза t – кривую кулонометрического титрования с потенциометрической индикацией. Электролиз ведут до получения графика, по форме характерного для кривых потенциометрического титрования, генерируя при этом значительный избыток титранта.

По интегральной кривой в координатах U – t, или, что точнее, по дифференциальной кривой в координатах dU/dt – t, находят время, отвечающее конечной точке титрования t_КТТ. Затем по интегральной кривой определяют соответствующее этому времени значение потенциала U_КТТ, при котором следует прекращать в дальнейшем предэлектролиз и титрование тиосульфата.

4. Заливают в ячейку новую порцию раствора KI и проводят предэлектролиз фонового раствора до выбранного значения потенциала (рис. 16).

5. В стакан для титрования вносят аликвоту 3,0 мл исследуемого раствора тиосульфата натрия и проводят титрование электрогенерированным раствором I₂.

Рис. 16. Вид графика Потенциал – Время для индикаторной цепи.

Повторяют определения с новыми аликвотами анализируемого раствора (не менее 7 раз), как в опытах 1 и 2. По окончании работы тщательно моют ячейку и электроды.

6. Проводят измерение количества электричества, как описано в п. 6 опыта 1. Вычисляют массу тиосульфата натрия в аликвоте анализируемого раствора и титр этого раствора, проводят статистическую обработку результатов параллельных определений. Результаты, полученные в опытах 1 – 3 (титр раствора тиосульфата), сопоставляют с действительным содержанием тиосульфата в анализируемом растворе.

Опыт 4. Контрольная задача: кулонометрическое титрование раствора тиосульфата неизвестной концентрации

Провести анализ раствора тиосульфата неизвестной концентрации, используя один из способов индикации (по выбору студента), как описано в предыдущих опытах. Получить и обработать результаты 6 – 7 параллельных определений.