2.1.5. Электрогравиметрическое определение меди (работа № 10)

Цель работы: определение процентного содержания меди в образце.

Оборудование: 1) платиновые сетчатые электроды – 2 шт.; 2) выпрямитель; 3) реостат; 4) амперметр; 5) вольтметр; 6) магнитная мешалка; 7) штатив с зажимом для крепления платиновых электродов; 8) цилиндры на 200 см³ (для воды), 100 см³ (для серной кислоты 1:1), 50 см³ (для азотной кислоты 1:1), 50 см³ (для 10%-ной азотной кислоты); 9) стакан на 300 см³ (ячейка), 150 см³ (для спирта); 10) промывалка; 11) ложечка и бюкс для взвешивания.

Реактивы: 1) сульфат меди кристаллический; 2) азотная кислота 1:1, 10% (об.) и концентрированная; 3) серная кислота 1:1; 4) этиловый спирт.

Подготовка к работе. Получить у инженера лаборатории сетчатые платиновые электроды. Большой электрод (катод) взвесить на аналити-ческих весах с точностью до четвертого знака.

Собрать установку для электролиза (рис. 2.3), закрепить электроды (их нельзя деформировать). Электроды вставляют один в другой коаксиально и так, чтобы между ними не было замыкания. Внешний электрод (катод) подключить к клемме «–» выпрямителя, внутренний (анод) – к клемме «+».

Рис. 2.3. Принципиальная схема прибора для электрогравиметрии: 1 – выпрямитель; 2 – реостат; 3 – вольтметр; 4 – амперметр; 5 – анод; 6 – катод; 7 – уровень раствора в ячейке; 8 – магнитная мешалка

Ход работы. Выполнение учебной задачи. На аналитических весах с точностью до четвертого знака взять навеску сульфата меди (0,3 – 0,5 г), растворить в ячейке в 100 – 200 см³ воды. К полученному раствору доба-вить 30 – 40 см³ азотной кислоты (1:1). Поставить ячейку на столик магнитной мешалки. Опустить в раствор электроды так, чтобы они возвышались над уровнем раствора на 1 – 1,5 см. Опустить в ячейку стек-лянную мешалку. Отрегулировать взаимное расположение электродов и мешалки. Мешалка при вращении не должна касаться электродов.

Включить ток и с помощью реостата установить напряжение в пределах 2 – 2,5 В так, чтобы сила тока была 1,5 – 2 А. Время начала электролиза (включение тока) и силу тока записать в лабораторный журнал.

Через 0,5 ч, не выключая тока, добавить к электролиту 3 см³ серной кислоты (1:1) и 30 см³ азотной кислоты (10%). После этого продолжить электролиз в течение еще 20 мин.

По истечении времени, не выключая тока, поднять электроды из ячейки и опустить их в заранее приготовленный стакан с дистиллирован-ной водой. Затем выключить ток и промыть электроды в стакане со спиртом. Промытые электроды просушить на воздухе 10 мин и взвесить катод на аналитических весах. Вычислить количество выделившейся меди в граммах и процентное содержание меди в исходном образце. Сравнить результат с теоретически рассчитанным. Если данные, полученные опыт-ным путем, согласуются с теоретическим расчетом, можно приступить к контрольной задаче.

Медь, выделившуюся на катоде, растворяют в концентрированной азотной кислоте в вытяжном шкафу. Затем промывают катод сначала водой в стакане, потом водопроводной водой под краном, ополаскивают дистиллированной водой и спиртом. Сушат на воздухе 10 мин. Выливают из ячейки использованный нейтрализованный содой раствор в раковину (не уроните магнитную мешалку).

Выполнение контрольной задачи. Получить задачу у инженера лаборатории и, повторив работу в описанном выше порядке, вычислить содержание меди (%) в исследуемом образце.

Задание

1. Рассчитать теоретическое содержание меди в образце сульфата меди (%) и содержание меди (%) по данным электрогравиметрического определения.

2. Рассчитать количество электричества (Кл), затраченное на проведение электролиза, теоретическое количество электричества и выход по току.

3. Рассчитать относительную ошибку электрогравиметрического определения меди по формуле

где _g – абсолютная погрешность массы определяемого вещества; _m – абсолютная погрешность массы пробы (сульфата меди); _p – абсо-лютная погрешность массы весовой формы (меди); g – масса меди, г; m – массса навески пробы, г. Принять _m = _p = 0,0002 г.

Контрольные вопросы

1. В чем сущность электрогравиметрического определения металлов? Обсудите достоинства и недостатки метода.

2. Принципиальная схема установки для электрогравиметрии.

3. Какие требования предъявляются к электродам в этом методе аннализа? Какие химические процессы происходят на катоде и аноде при электролизе растворов CuSO₄, KCl, Ni(NO₃)₂?

4. Напишите уравнение закона Фарадея. Как рассчитать электро-химический эквивалент?

5. Какие металлы не восстанавливаются на катоде из водных раство-ров? Изобразите диаграмму устойчивости воды в координатах «потенциал – рН».

6. Для чего к анализируемому раствору добавляют азотную и серную кислоты? Как рассчитывается процентное содержание меди в исходном кристаллогидрате?

7. Объясните расхождение экспериментального и теоретического содержания меди в кристаллогидрате. Рассчитайте содержание кристалли-зационной воды в моль H₂O на моль кристаллогидрата.

8. Как учитывают явления поляризации и перенапряжения в электро-гравиметрии? На чем основан выбор рабочего напряжения и силы тока в данном методе анализа?

9. Объясните ход кривой зависимости тока от времени при электро-лизе раствора сульфата меди при контролируемом потенциале (рис. 2.2).

10. В чем сущность кулонометрического метода анализа?

11. Обсудите принципиальную схему инверсионного анализа с предварительным электролитическим концентрированием.