Прибор для кулонометрического титрования

· Примеры решения задач

Пример 1

На полное восстановление цинка в кулонометрии понадобилось 26 мин при силе тока 100 мА. Определить содержание (г) и концентрацию (моль/л) цинка в растворе, если на кулонометрический анализ было взято 10 мл раствора.

Решение: Рассчитываем содержание (г) цинка по формуле:

=0,05285 г в 10 мл раствора,

тогда в 1 л будет содержатся 5,285 г/л или с_Zn₂₊= m / М = 5,285 / 65,38 = 0,0808 моль/л.

Ответ: m_Zn₂₊ =0,05285 г; с_Zn₂₊ = 0,0808 моль/л.

Пример 2

На кулонометрическое титрование 10 мл раствора Na₂S₂O₃ иодом, генерируемым в кулонометрической ячейке, понадобилось 22 мин при силе тока 300 мА. Определить количество затраченного электричества и молярную концентрацию эквивалента раствора Na₂S₂O₃.

Решение:

Рассчитываем количество электричества:

Q = 0,3 ^. 22 ^. 60 = 396 Кл и массу (г) Na₂S₂O₃ = 158 ^. 396 / (2^. 96500) = 0,3242 г в 10 мл раствора,

а в 1 л - 32,42 г/л.

Э(Na₂S₂O₃) = 79г/моль;

С = m / Э; С(Na₂S₂O₃) = 32,42 / 79 = 0,4104 моль /л.

Ответ: Q= 396 Кл; С(Na₂S₂O₃) = 0,4104 моль /л.

Пример 3..

Какова масса меди, выделившейся на электроде при прохождении через электрохимическую систему количества электричества, равного 2 F и выходе меди по току, равном единице (100 %)?

Решение.

Согласно закону Фарадея при прохождении количества электричества, равного 2 F выделится 2 моль эквивалента меди, что составляет:

mСu=Mэ_Сu·2=(63,57/2)г/моль · 2 моль=63,57 г.

Пример 4

Электролиз водного раствора смеси солей. Расчет выхода по току.

Рассмотрите электролиз водного раствора смеси солей Pb(NO₃)₂ и Sn(NO₃)2 на графитовых (нерастворимых) электродах. Напишите уравнения электродных процессов. Рассчитайте выход по току веществ, если на катоде одновременно образовалось 30г Sn, 52г Pb и 2,8л Н₂(условия нормальные).

Решение. Определим ионный состав раствора электролита и оценим водородный показатель среды. Запишем уравнения диссоциации молекул соли и воды:

Pb(NO₃)₂→ Pb²⁺ + 2NO₃^-

Sn(NO₃)2 → Sn²⁺ + 2NO₃^-

H₂O ←→ H⁺ + OH^- .

Соли Sn(NO₃)₂ и Pb(NO₃)₂ образованы слабыми основаниями и сильной кислотой, следовательно, при их растворении в воде будет протекать процесс гидролиза с образованием избытка ионов Н⁺, раствор электролита будет иметь слабокислую реакцию среды (примем рН ≈ 5).

Определим равновесные потенциалы возможных процессов на аноде и катоде:

К- : 𝐸_Sn2+⁄Sn0=−0,136 B, 𝐸_Pb2+⁄Pb0=−0,126 B, 𝐸_𝐻_+⁄_𝐻₂_𝑝=−0,059⋅pH=−0,295 В, (расчет по уравнению Нернста).

т.к. 𝐸_Sn2+⁄Sn0, 𝐸_Pb2+⁄Рb0 и 𝐸_𝐻_+⁄_𝐻₂_𝑝 имеют близкое значение, то на катоде будут параллельно протекать процессы восстановления ионов Pb²⁺, Sn²⁺ и Н⁺ из раствора электролита.

На аноде ионы NO₃^-, как сложные кислородсодержащие ионы, окисляться не будут, и в данном растворе электролита на нерастворимом аноде будет идти только процесс окисления ионов ОН^-.

Таким образом, на электродах протекают следующие процессы:

K- : Pb²⁺ + 2e → Pb

Sn²⁺ + 2e → Sn

2H⁺ + 2e → H₂

A+ : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4𝑒−.

Запишем массы и объем (при нормальных условиях) моль эквивалентов веществ, образовавшихся на катоде:

𝑀э,_Sn=59,3 г/моль, 𝑀э,_Pb=103,6 г/моль, 𝑉э,_𝐻₂=11,2 л/моль (н.у.).

По закону Фарадея определим количество электричества, необходимое для получения на катоде заданного количества вещества (н.у.):

𝑄_Sn=𝑚Sn𝐹⁄𝑀э,_Sn=30⋅96500⁄59,3=48819 Кл ,

𝑄_Pb=𝑚Pb𝐹⁄𝑀э,_Pb=52⋅96500103,6=48436 Кл,

𝑄_𝐻₂=𝑉_𝐻₂⋅𝐹⁄𝑉э,_𝐻₂=2,8⋅9650011,2=24125 Кл .

Суммарное количество электричества, прошедшее через катод:

𝑄_𝐾=𝑄_Sn+𝑄_Pb+𝑄_𝐻₂=121380 Кл

Определим выход по току (Bj) для всех процессов электролиза:

𝐵_𝑂₂=100 % , (т.к. на аноде идет один процесс );

𝐵_Sn=𝑄_Sn⁄𝑄к*100 % = 48819⁄121380100% = 40,2%;

𝐵_Pb=𝑄_Pb⁄ 𝑄к 100% = 39,9%; 𝐵_𝐻₂=𝑄_𝐻₂ ⁄ 𝑄к 100% = 19,9%.

ОЗНАКОМИТЬСЯ

Пример кулонометрического титрования

Проведение измерений для определения концентрации тиосульфата

Работу выполняют в следующем порядке:

1. Титрование фона.

2. Титрование стандартного раствора тиосульфата.

3. Титрование контрольной пробы (задача).

1.Титрование фона:

· В ячейку заливают 50 мл 0,1н HCl и 1 мл 0,1н раствора KJ (следите, чтобы все электроды были погружены в раствор).

· Включают мешалку.

· Далее включают одновременно генераторный ток и секундомер. Для включения генераторного тока ручку на выпрямителе переведите в положение «работа».

· Через каждые 10 сек. измеряйте э.д.с. и ведите запись.

Если в растворе не содержатся вещества, которые реагируют с J₂, то э.д.с. сразу будет увеличиваться, так как в процессе электролиза накапливается йод и потенциал индикаторного электрода растет согласно уравнения

В этом случае измерения достаточно вести 60-90 сек.

Если в растворе содержатся вещества, которые реагируют с J₂, то э.д.с. будет оставаться практически постоянной до тех пор, пока они не вступят в реакцию. Далее будет накапливаться избыток J₂ и э.д.с. увеличится.

· Строят график: э.д.с. – время и отмечают время, затраченное на титрование фона t_ф (рис. 5).

2.Титрование стандартного раствора тиосульфата.

· Стандартным раствором является 0,1н Na₂S₂O₃.

· В мерной колбе на 50 или 100 мл из стандартного раствора готовят 0,001н раствор Na₂S₂O₃.

· В кулонометрическую ячейку наливают пробу для анализа: 1 мл 0,001н раствора Na₂S₂O₃, 1 мл 0,1н раствора KJ и 50 мл 0,1н HCl (фон).

· Включают мешалку и генераторный ток.

· Через каждые 10 сек. фиксируют значения э.д.с.

При генерации J₂ на аноде, он тотчас же вступает в реакцию с тиосульфатом и величина э.д.с. остаётся практически постоянной. Когда всё определяемое вещество вступит в реакцию, в системе начинает накапливаться избыток титранта, и э.д.с. увеличивается.

· После этого нужно взять еще 5-7 измерений.

· График строят в координатах э.д.с. – время, из которого определяют время достижения конечной точки титрования t_x (рис. 5), необходимое для расчёта количества электричества.

Рис. 5. Общий вид кривой титрования.

· Концентрация анализируемого раствора рассчитывается по формуле:

мг-экв/л, где

I – величина генераторного тока, при котором ведется титрование, мА;

t_x – время, затраченное на титрование анализируемого раствора, с;

t_ф– время, затраченное на титрование фона, с;

V_x – объём пробы анализируемого раствора, мл.

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 287; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!