2.4.7. Амперометрическое определение кадмия (работа № 19)

Цель работы: определение количества кадмия в задаче методом амперометрического титрования.

Сущность метода. Аликвотную часть анализируемого раствора по-мещают в электролизер, снабженный вращающимся платиновым и хлорид-серебряным электродами. Между электродами устанавливают напряжение, необходимое для разрядки одного из ионов и титруют подходящим стан-дартным раствором. Одно из реагирующих веществ должно обязательно участвовать в окислительно-восстановителъных процессах на индикатор-ном электроде. По перегибу кривой определяют точку эквивалентности и объем стандартного раствора, пошедшего на титрование.

Оборудование: 1) стабилизированный источник постоянного тока; 2) установка с хлоридсеребряным и вращающимся платиновым электро-дами; 3) магнитная мешалка; 4) две бюретки для растворов гексациано-феррата калия и нитрата кадмия (с воронками); 5) стакан объемом 300 см³ с делениями (ячейка); 6) стакан объемом 100 см³ для раствора сульфата калия; 7) стакан объемом 500 см³ для слива; 8) промывалка; 9) фильтро-вальная бумага; 10) мерный цилиндр на 25 см³.

Реактивы: 1) 0,03000 М раствор гексацианоферрата (II) калия; 2) ~0,06 М раствор нитрата кадмия; 3) 1 М раствор сульфата калия (или натрия).

Ход работы. Титрование проводят по току титранта. В качестве стандартного раствора используют 0,03000 М раствор гексацианоферрата (II) калия. Его заливают в бюретку, которую устанавливают над ячейкой. Вместо обычного наконечника используют капилляр. Зажимом регулиру-ют скорость вытекания раствора.

Определяют концентрацию раствора нитрата кадмия. В ячейку нали-вают мерной пипеткой или из бюретки 5,00 см³ раствора Cd(NO₃)₂, 50 см³ 1 М раствора K₂SO₄, доливают дистиллированную воду до общего объема 150 см³. Опускают в раствор электроды. Вращающийся платиновый электрод не должен касаться дна и стенок электролизера. Хлоридсеребря-ный электрод не должен мешать вращению платинового электрода. Если используют стационарный (не вращающийся) платиновый электрод, то для перемешивания раствора применяют магнитную мешалку.

Содержимое ячейки титруют раствором гексацианоферрата (II) калия. Опускают капилляр бюретки в исследуемый раствор и приливают титрант порциями по 1,00 см³. После добавления каждой порции регистрируют ток, протекающий через ячейку.

При взаимодействии нитрата кадмия и гексацианоферрата (II) калия протекает реакция

5 Cd(NO₃)₂ + 4 K₄[Fe(CN)₆] = K₆Cd₅[Fe(CN)₆]₄↓ + 10 KNO₃,

в результате которой кадмий в виде комплексной соли выпадает в осадок.

После того как весь кадмий вступит в реакцию, т.е. по достижении точки эквивалентности, в растворе появляется избыток титранта. Избыточный гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] окисляется до гекса-цианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆]. При этом возрастает ток, который фиксируется самописцем или гальванометром (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Кривая амперометрического титрования раствора нитрата кадмия раствором гексацианоферрата (II) калия

Точку эквивалентности и эквивалентный объем титранта, находят по графику. Титрование повторяют до получения трех сходящихся (т.е. разли-чающихся не более чем на 0,1 – 0,2 см³) результатов. Результаты титрова-ния заносят в табл. 2.13. Из трех параллельных определений находят среднее значение эквивалентного объема раствора гексацианоферрата (II) калия (K₄[Fe(CN)₆]) и рассчитывают молярную концентрацию раствора Cd(NO₃)₂ с точностью до четырех значащих цифр:

С_м(Cd(NO₃)₂) = ,

где 5/4 – коэффициент, учитывающий стехиометрию реакции.

Таблица 2.13

Амперометрическое титрование раствора нитрата кадмия (V(Cd(NO₃)₂) = 5,00 см³; С_м(K₄[Fe(CN)₆]) = 0,03000 моль/дм³)

Учебная задача. Берут точный объем раствора нитрата кадмия (например, 6,50 см³), добавляют 50 см³ 1 М раствора сульфата калия и воды до 150 см³. Полученный раствор титруют стандартным раствором гексацианоферрата (II) калия. Титрование повторяют до получения трех сходящихся результатов (допускается расхождение 0,1 – 0,2 см³). По трем параллельным определениям находят среднее значение эквивалентного объема титранта и рассчитывают объем раствора нитрата кадмия, взятый для приготовления учебной задачи:

V(Cd(NO₃)₂) = .

Если экспериментально найденное значение объема раствора Cd(NO₃)₂ совпадает с исходным (допустима относительная ошибка 0,2 – 0,3 %), приступают к контрольной задаче.

Контрольная задача. Полученную у инженера лаборатории задачу количественно переносят в ячейку для электролиза. Добавляют 50 см³ 1 М раствора сульфата калия и воду до 150 см³. Полученную смесь титруют подобно учебной задаче. Строят кривую титрования, по которой находят эквивалентный объем титранта. Опыт повторяют до получения трех сходящихся результатов. Находят среднее значение эквивалентного объема титранта. Рассчитывают объем раствора нитрата кадмия, взятый для приготовления контрольной задачи, и массу кадмия m(Cd) в пробе (г):

m(Cd) =

где M(Cd) – молярная масса кадмия, г/моль.

По результатам трех параллельных определений рассчитать среднеквадратичную ошибку и доверительный интервал для полученных величин (доверительная вероятность 95%). Найти абсолютную и относительную ошибку определения.

Контрольные вопросы

1. Сущность метода амперометрического титрования. Принципиаль-ная схема прибора.

2. Какие реакции лежат в основе данного метода?

3. Как определяется точка эквивалентности? Объясните характер кри-вой титрования.

4. В какой момент в растворе начинается увеличение тока? Чем оно обусловлено?

5. Для чего добавляется сульфат калия?

6. Какие электроды используются в амперометрическом анализе?

7. Какую роль в анализе играет полярограф?

8. Как рассчитать массу кадмия в задаче?

9. Возможно ли амперометрическое титрование с двумя индикатор­ными электродами?

10. Виды кривых амперометрического титрования.

11. Охарактеризуйте чувствительность метода амперометрического титрования (в сравнении с потенциометрией и кондуктометрией).

Литература

Сонгина, О.Л. Амперометрическое титрование / О.Л. Сонгина, В.А. Захаров. М.: Химия, 1979.