Определение Fe( II ) в водном растворе.

 

Метод основан на электроокислении иона Fe(II) в кислых раство­рах при постоянном потенциале рабочего электрода. Значение потен­циала, отвечающего заданной степени завершения электродной реакции λ, можно оценить, используя уравнение В.Нернста в следующем виде:.

где E_λ - потенциал рабочего электрода, В; Е° - стандартный потенциал (для системы Fe³⁺/Fe²⁺ он равен 0,771 В). Потенци­ал рабочего электрода контролируется относительно хлорид-серебря­ного электрода сравнения, потенциал которого равен 0,201 В.

В процессе анализа фиксируют изменение силы тока в зависимости от временя. Теоретически эта зависимость описывается уравнением

, где I₀ - начальная сила тока, A; t - время с начала электролиза, с; k - константа электролиза, причем k= DA/δV, где D - коэффициент диффузии; А - площадь электрода; V - объем раствора; δ - толщина диффузионного слоя.

Площадь под кривой зависимости I от t равна количеству электричества

Константу электролиза и начальную салу тока находят из графика ли­нейной зависимости

lnI = lnI₀ - kt

Для частичного предотвращения потерь тока на окисление электро­активных примесей в исходном растворе проводят предэлектролиз, кото­рый подчиняется описанным выше закономерностям. Эти потери можно учесть при обработке результатов.

1. Аппаратура

Рис. Схема установка для потенциостатической кулонометрии

Схема установки, созданная на базе потенциостата, по­казана на рисунке.

Основой установки является собранная в химических стаканах вмести­мостью 100 см³ трехэлектродная ячейка. Рабочий платиновый сетчатый электрод 8 помещен в стакан с раствором серной кислоты (40 см³ H₂SO₄). Сюда же после предэлектролиза вводят исследуемый раст­вор Fe(II). Для ускорения анализа (увеличения константы электро­лиза) раствор в пространстве рабочего электрода активно перемешива­ется магнитной мешалкой 7.

Вспомогательный спиральный платиновый электрод 5 опущен в на­сыщенный раствор сульфата калия (40 см³).

Электрод сравнения 9 - хлорид-серебряный полуэлемент - поме­щают в насыщенный раствор хлорида калия (40 см3). Электродные пространства соединены в ячейку двумя электролитическими ключами 6.

Из схемы (рис.) видно, что на один вход усилителя 2 потенциостата подается от источника 1 задающее напряжение (U₃ = Е_λ- Е_ср), а на другой - разность потенциалов между электродом сравнения и ра­бочим электродом

(U = Е-Е_ср). Входные напряжения в усилителе сравниваются. Полученная разность ∆U управляет выходным то­ком усилителя, поляризующим рабочий электрод до потенциала, установ­ленного на источнике задающего напряжения.

2. Выполнение работы

I. Включение установки проводят под руководством преподавателя.

 

2. Подготовка электрохимической ячейки

 

В стаканчики электролитической ячейки заливают соответствующие электролиты, затем в них размещают электрода. При этом необходимо проследить, чтобы рабочий электрод не мешал свободному вращению стержня магнитной мешалки. Электродные пространства замыкают электролитическими ключами.

 

3. Проведение измерений

 

Рассчитать значения потенциала рабочего электрода Е_λ, за­дающего напряжения U₃.

Включить магнитную мешалку и добиться равномерного перемешива-
ния рабочего электролита.

Выполнить предэлектролиз рабочего электролита с целью окисле­ния содержащихся в нем электроактивных примесей. Электролиз прово­дят 10-15 мин. По возможности быстро внести заданный объем исследуемого раст­вора в пространство рабочего электрода, вновь включить ячейку. Электролиз проводить 5-7 мин, а затем отключить ячейку и магнитную мешалку. 

 

4. Выключение установки

 

Выключение установки проводят под руководством преподавателя. Разобрать ячейку, слить растворы и сдать электроды препо­давателю.

 

5. Обработка результатов

 

Выполнить графическую обработку показаний регистратора, вычислить на­чальную силу тока I₀, константу электролиза k, количество электричества, затраченного на процесс, , конечное значение силы тока предэлектролиза I_К. С использованием полученных данных рассчитать молярную и массовую концентрации исследуемого раствора. Сопоставить расчетное и экспериментально измеренное зна­чения I₀ и объяснить возможные причины их различия. Вычислить время, необходимое для проведения электролиза до заданной степени завершения процесса λ.

6. Отчет должен содержать

1. Краткую теорию метода.

2. Принципиальную схему установок для и амперостатической кулонометрии.

3. Диаграммы с записью аналитических сигналов, их полную обра­ботку.

4. Расчет концентрации определяемых веществ и времени, необходимого для проведения электролиза до заданной степени завершения процесса λ

5. Выводы.