Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физической химии

Реферат

по дисциплине «Аналитическая химия»

на тему:

КУЛОНОМЕТРИЯ

Выполнил: студент Е.Ю. Кулакова

Преподаватель: доцент И.В. Берлинский

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2018 г.

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ КУЛОНОМЕТРИИ ПОКАЗАТЕЛИ
• ДОСТОИНСТВО КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДИК
• ВИДЫ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ
• ПРЯМАЯ КУЛОНОМЕТРИЯ
• КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
• УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
• ВВЕДЕНИЕ
• кулонометрический гальваностатический титрование
• Кулонометрия - это пока единственный метод, не использующий зависимость свойства от концентрации определяемого вещества, характерный для любого другого физико-химического метода анализа. С точки зрения теоретических основ и прикладных аспектов гальваностатическая кулонометрия - весьма доступный для широкого применения метод, в котором основными контролирующими параметрами являются время и сила тока. Имеющиеся в настоящее время приборы и устройства позволяют измерить эти параметры с очень высокой точностью. Все это создает предпосылки для разработки высокочувствительных методик кулонометрического определения различных соединений.
• В основе кулонометрических методов определения лежит закон устанавливающий связь между массой электропревращенного и количеством затраченного электричества. Во многих случаях электрогенерированный кулонометрический титрант вступает в окислительно-восстановительный процесс с органическим субстратом по механизму реакции с переносчиком электронов. Наиболее эффективными переносчиками служат ионы металлов переменной валентности и их комплексы: окислители - хром(VI), марганец(III), кобальт(III), церий(IV), ванадий(V), медь(II); восстановители - кобальт(II), хром(II), ванадий(III)| титан(III), железо(II), медь(I), олово(II). Широкая область практического применения галогенид-ионов (хлорид-, бромид-, иодид-ионы) выделяют их среди ряда реагентов - переносчиков электронов. Галогенид-ионы используются при генерации свободных галогенов и, кроме того, соответствующих частиц, в положительной степени окисления, например, иод(I), бром(I)[1].
• ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ КУЛОНОМЕТРИИ ПОКАЗАТЕЛИ
• Кулонометрию (как большинство электрохимических методов) почти не применяют для определения в воздухе, воде и почве летучих органических соединений (ЛОС), но часто используют для определения многих металлов, неорганических соединений и неорганических газов. Кулонометрический анализ восходит к М.Фарадею, но практически он был впервые применен лишь в 1938 г. для определения тяжелых металлов пищевых продуктах.
• Особенно успешно реализован метод кулонометрии в различного рода газоанализаторах, позволяющих быстро определять в атмосфере, воздухе рабочей зоны, промышленных выбросах, автомобильных выхлопах и др. целый ряд важных приоритетных загрязнений (галогены, озон, оксиды серы и углерода, сероводород и др.)
• Кулонометрический анализ газов основан на измерении токов электродной реакции, в которую вступает определяемое вещество, являющееся деполяризатором, непрерывно подаваемое в электролитическую ячейку с потоком анализируемого газа. В соответствии с характером протекающей на электроде реакции кулонометрический метод может быть использоваться для определения восстановителей и окислителей.
• В отличие от других электрохимических методов (кондуктометрии, потенциометрии)в кулонометрическом анализе ток определяется лишь количеством электрохимически , подаваемого в электролитическую , и мало зависит от , обычно влияющих на измерений методами: температуры, поверхности электродов, перемешивания и др.
• В настоящее в России, США, , Японии и других выпускается не менее 100 газоанализаторов для контроля за сероводорда, серы, хлора, , оксидов углерода, и других газов в , технологических , выбросах промышленных и воздухе рабочей .

ДОСТОИНСТВО КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИХ

Достоинством методик являются , чувствительность, простота, и более широкий определяемых по сравнению с ранее способами. Границы концентраций составляют от 1 г/л до 1 . Относительное отклонение (Sr) лежит в 0,05-0,002.

Кулонометрические основаны на определении электричества, расходуется в электрохимической . Основные законы установлены Фарадеем:

· вещества, при электролизе, пропорционально электричества, прошедшего раствор;

· при прохождении раствор и того же количества на электродах выделяется и то же количество эквивалента .

Эти законы формулой:

где m - масса , выделившегося при электролизе или в электрохимическую реакцию; Q - электричества; М - масса эквивалента ; I - сила тока; t - электролиза; 96500 - Фарадея, т.е. электричества, которое для выделения 1 моль вещества, n - число , участвующих в реакции [2].

ВИДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЙ

Различают два вида кулонометрических - прямую и кулонометрическое титрование. В прямой кулонометрии превращению непосредственно в ячейке анализируемое вещество. В кулонометрического титрования подвергается вспомогательное , а еще продукт - титрант - реагирует с веществом. Кулонометрические могут проводиться при потенциале (-статическая кулонометрия) и при силе тока (-статическая кулонометрия). В кулонометрии применяют потенциостатические , массу определяемого рассчитывают по приведенной формуле (1).

В кулонометрического титрования установки с постоянной тока. Кулонометрическое в значительной сохраняет аналогию с титриметрическими методами. различие относится к титранта. В титриметрических методах его заранее по точной или стандартизируют по специальным веществам, а в кулонометрического титрования генерируется электрохимическим . Так как титрант генерируется в , точно содержанию анализируемого , то по количеству электричества, на генерацию титранта, рассчитать определяемого вещества.

для кулонометрического титрования на генераторном электроде в электрохимической с участием растворителя (, в результате восстановления до ОН^-), материала электрода (, в результате Аg до Аg(I)) или вспомогательного (например, в результате I^- до I₂).В последнем 100%-ный по току (непременное получения правильных ) обеспечивают введением избытка реагента. Для индикации точки титрования как инструментальные методы (, амперометрия), так и способы, применяемые в .

При выполнении кулонометрических необходимо соблюдать общие :

· электрохимическое превращение должно протекать со 100 %-ным по току, т.е. побочные реакции отсутствовать;

· следует фиксировать момент электрохимической реакции ( кулонометрия) или реакции;

· необходимо количества электричества, на электродную реакцию.

титрование некоторые преимущества обычными титриметрическими . Наиболее существенным кулонометрического является то, что рабочий не готовят и не стандартизируют: генерируется электрохимически в присутствии вещества и в количестве, только для данного . Это позволяет использовать для малоустойчивые или вещества. Регулируя тока, можно дозировать очень количество .

Метод кулонометрического характеризуется высокой и точностью (0,1 -0,05%), прямым определять вещества в при концентрации до 10-6 /л, что намного превышает других методов. Достоинствами титрования являются универсальность метода титранта( и тот же источник тока использовать для генерирования титрантов) и возможность автоматизации титровании [3].

ПРЯМАЯ

Потенциостатическая кулонометрия

Эта прямой кулонометрии для определения веществ и основана на электродной реакции вещества при постоянном рабочего . Для выполнения определения ячейку с тремя (трехэлектродная ячейка): электродом, на протекает электрохимическая , вспомогательным электродом и сравнения (для потенциала электрода). схема установки для анализа при контролируемом приведена на рис. 3.

.3. Принципиальная схема для потенциостатической кулонометрии: 1 - ; 2 - кулонометр; 3 - ячейка; 4 - электрод; 5 - электрод; 6 - электрод ; 7 - миллиамперметр; 8 - потенциометр.

 значение потенциала электрода автоматически потенциостатом. , обеспечивающее заданное потенциала рабочего , подается на от одного из блоков . Потенциал рабочего измеряется по отношению к сравнения , являющимся другим потенциостата, и сравнивается с значением. За счет связи этими блоками на ячейку напряжение на необходимом уровне.

, каким в потенциостатической кулонометрии потенциал рабочего , определяется окончание реакции и измерение количества , израсходованного на проведение .

Выбор потенциала электрода на основании кривых ток-потенциал(I-E)для вещества, т.е. по вольтамперным поляризационным кривым.

, что потенциал электрода выбирают в предельного тока. В условиях наблюдается не 100 % выход по , но и максимально возможная электродной реакции.

Для точного измерения электричества специальные устройства - и интеграторы, - включенные в установки для кулонометрического .

Электрохимические включаются в цепь с кулонометрической ячейкой (. 3). Они представляют собой , в которых электролиз со 100 % выходом по . По окончании электролиза количество продукта , катодной или реакции в кулонометре, а вычисляют, на основании Фарадея, количество .

По принципу количества вещества кулонометры различных : электрогравиметрические, титриметрические, и др.

Работа кулонометров основана на при электролизе плотного металла с относительно эквивалентной и определении массы осадка. Чаще используются серебряный и кулонометры. В из них используется выделение серебра на платиновом из раствора нитрата ; в качестве в этом случае серебряная пластина. вычислить, что при прохождении 1 Кл осаждается мг серебра в серебряном и 0,329 мг меди в кулонометре.

В титриметрических происходит растворимых продуктов окисления или восстановления, затем титруют рабочими . Например, в иодном иод, получающийся за счет иодида на платиновом (2 ^- - 2е ^2-) титруют раствором тио-сульфата ( 2 + 2Na₂S₂O₃ = 2Na + Na₂S₄O₆).

Газовые кулонометры измерить количество по объему , выделившихся в результате реакции. Простейший из них - кулонометр, в котором электролиз . При этом на аноде кислород, на катоде - . Объем смеси , приводят к условиям и вычисляют количество электричества.

Для количества электричества также . В настоящее время отдают электронным интеграторам. Принцип их основан на заряда (пропорционального ) на конденсаторе в процессе с последующим определением на этом . Такие электронные тока работают в с пересчетным устройством, что производить отсчет в кулонах или долях определяемого . Одним из основных интеграторов высокая точность малых количеств (до 0,01 %).

Потенциостатическая кулонометрия высокой определения, что обеспечивается потенциала рабочего , при котором осуществляют электродную .

В качестве рабочих чаще всего платиновые или ртутные с большой . Ртуть в виде на дне электролизера применяют для процессов восстановления, - для электродного (т.е. в анодной области).

Для потенциала рабочего можно воспользоваться по потенциалам , имеющимся в справочной по вольтамперометрии (полярографии). При электродного восстановления рабочего должен быть 0,2-0,3В более отрицательным, чем полуволны электроактивного ; в случае реакции - на такую же более положительным. кулонометрические определения не затруднений при простых по составу , не содержащих других , кроме определяемых. в анализируемом посторонних веществ тр дополнительной информации.

Для в общем случае не только , какие посторонние содержатся в анализируемом , но и получить их вольтамперные . Если компоненты электроактивны, то их удалить из раствора или условия электролиза ( комплексообразователь, рН) таким образом, посторонние компоненты электрохимически неактивны. примесей, легче, чем определяемое , часто осуществляют электролизом (предэлектролизом) при предельного мешающего компонента.

К ТИТРОВАНИЕ

Эта разновидность анализа относится к кулонометрии и для определения растворенных . Этот метод на взаимодействии определяемого с титрантом, получают электролизом. в этом случае называют .

В кулонометрическом титровании применяться два генерирования титранта: и внешний. В первом из них получают в том же растворе, содержит компонент. Реже генерирование титранта в электролитической ячейке с введением его в анализируемого вещества ( генерация).

Кулонометрическое можно применять для как неэлектроактивных, так и веществ. Тогда в случае электродная используется только для титранта, во случае и само вещество может участие в реакции на (генераторном) . Наиболее часто титрование осуществляют при силе тока, т.е. в режиме.

образом, несмотря на то что определяемого вещества в конечный продукт за реакции на , а другая часть - за взаимодействия с титрантом, , будто все определяемое претерпевает превращение. Как и в случае вещества, количество эквивалентно содержанию компонента.

Т образом, в кулонометрическом , как и в обычных титриметрических , используются химические между веществом и титрантом. Но в от других титриметрических титрант получается . Определения на нахождении количества , что сводится к измерению электролиза до завершения (при значении тока ). Вновь можно аналогию между титрованием и : измерение объема соответствует измерению , а концентрация рабочего - величине электролиза. Наконец, как и для титриметрических методов, при кулонометрического титрования определить химической реакции, т.е. точку титрования (к.т.т.).

методов определения к.т.т., в титриметрии, и для кулонометрического титрования. применяемые в обычном визуальные индикаторные в кулонометрическом используются редко. чаще используются методы индикации: , фотометрические, . Применение того или способа индикации от физико-химическихсвойств нентов реакции [6].

УСТАНОВКА ДЛЯ ТИТРОВАНИЯ

Установка для титрования при постоянной тока сод следующие основные :

1) источник постоянного ;

2) устройство для опреде количества ;

3) электролитическую ячейку с генераторным ;

4) индикаторную систему для конца титрования;

5) для определения электролиза.

Источником тока служат источники питания (-1, УИП-2) или (П-5848, П-5827М). тока должен постоянство тока в цепи.

конструкции ячеек для титрования можно к двум типам: с внутренней и ячейки с внешней титранта. Значительно применяют ячейки типа, вид которой приведен на рис. 1.

Рис. 1. для кулонометрического титрования:1 - пространство (исследуемый ); 2 - катодное (фоновый электролит); 3- (+) рабочий электрод, титрант; 4 - катод (-) электрод;5 - фильтр; 6 - корпус ; 7 - магнитная мешалка.

Для титрования требуется два -рабочий (3) и вспомогательный (4). Рабочим электрод, расположенный в пространстве, содержащем вещество. электроды изготавливают из , золота, серебра, , ртути, графита. В вспомогательных электроды из благородных . Вспомогательный электрод в отдельной камере, , стеклянной , в нижнюю часть впаяна пористая диафрагма (5). Иногда электрод в отдельную ячейку (), которая соединяется с ячейкой электролитическим .

Для индикации точки титрования (к.т.т.) часто используют и потенциометрический методы. В вводят электроды: два платиновых (при амперометрической ) или платиновый и каломельный (при индикации). Иногда для к.т .т. используют фотометрический , помещая ячейку в отделение и измеряя светопоглощение в титрования. Конец может быть визуально, , по появлению окраски , вызванной избытком . Типичная установка для титрования с индикацией к.т.т. представлена на рис. 2 [4].

.2. Установка для кулонометрического тиосульфата натрия иодом:1 - для титрования; 2 - электроды; 3 - ; 4 - переключатель рода ; 5- тумблер включения ; 6 - миллиамперметр; 7 - регулировки тока; 8 - мешалка.

ТЕХНИКА ЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ С ИНДИКАЦИЕЙ ТОЧКИ ТИТРОВАНИЯ

работы по кулонометрическому с визуальной индикацией к.т.т. в следующем :

1. Включить источник тока. Прогреть в течение 20минут.

2. Налить в анодное пространство ячейки анализируемый и вспомогательные растворы, опустить магнитный стержень для перемешивания. В катодное пространство в качестве фона помещают раствор KCl. Закрыть ячейку крышкой с закрепленными в ней электродами и поставить на магнитную мешалку.

3. Соединить электроды со стабилизатором тока, присоединяя анод к клемме (+), а катод - к клемме (-).

4. Переключатель 4 поставить в положение «калибровка» или «установка 0», замыкая цепь, и ручками 7 установить выбранное значение силы тока по шкале миллиамперметра. Во время электролиза следят, чтобы сила тока была постоянной.

5. Включить магнитную мешалку и поставить переключатель 4 в положение «работа» или «ячейка», одновременно включая секундомер.

6. При изменении окраски раствора в анодном пространстве выключить секундомер и ток генерации (переключатель 4 ставят в положение «калибровка» или «установка 0»). Затем отключить магнитную мешалку.

7. Записать время, прошедшее с момента начала реакции, силу тока во время электролиза и объем аликвоты исследуемого раствора, помещенного в ячейку для титрования.

8. Снять ячейку со столика мешалки, вынуть крышку с электродами, промыть их дистиллированной водой. Повторить кулонометрическое титрование 3-5 раз [5].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кулонометрия - абсолютный (безэталонный) метод (единственный пока в своем роде среди физико-химических методов анализа), не использующих зависимость свойства от концентрации определяемого вещества, так как измеряется число электронов, участвующих в электродной реакции. Это обуславливает высокую чувствительность метода при определении как больших количеств веществ, так и примесей [7].

Кулонометрически может быть выполнен любой вид титрования: кислотно-основное, осадительное, комплексонометрическое, окислительно-восстановительное. Метод кулонометрического титрования по точности и чувствительности превосходит другие методы титрования. Он пригоден для титрования очень разбавленных растворов концентрацией до 10-6 моль/дм3, а погрешность определений не превышает 0,1-0,05 %.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Основы аналитической химии / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др.; Под ред. Ю.А. Золотова: В 2 кн.- М.: Высш. шк., 1999.- Ч.2: Методы химического анализа. - 493 с.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия / В.П. Васильев. - М.: Высш. шк., 1989.- Ч .2: Физико-химические методы анализа.- 384 с.

3. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика)/Ю.А. Харитонов: В 2-х кн .-М.: Высш. шк., 2003.- Кн.2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. - 560 с.

4. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. пособие для вузов / В.И. Фадеева, Т.Н. Шеховцова, В.М. Иванов и др.; Под ред. Ю.А. Золотова.- М.: Высш. шк., 2001.- 463 с.

5. Практикум по физико-химическим методам анализа / И.Я. Турецкий, В.В. Кузнецов, Л.Б. Кузнецова и др.; Под ред. О.М. Петрухина. - М.: Химия, 1987.- 248 с.

6. Речниц Г.А. Электроанализ при контролируемом потенциале.- Л.: Химия, 1967.

7. Плэмбек Дж. Электрохимические методы анализа. Основы теории и приложение.- М.: Мир, 1985.

Размещено на Allbest.ru