3

ĆWICZENIE NR 3

ANALIZA ELEKTROGRAWIMETRYCZNA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zastosowaniem metody elektrograwimetrycznej do

ilościowego oznaczania miedzi (analitu) wydzielonej w procesie elektrolizy na platynowej

katodzie i wagowe oznaczenie masy metalu na podstawie przyrostu masy elektrody.

Elektrolizę wyczerpującą roztworu elektrolitu prowadzi się z wykorzystaniem

elektrolizera, którego schemat przedstawia rysunek 1.

Rys. 1. Schemat obwodu elektrycznego elektrolizera: 1 i 2 - siatkowe elektrody platynowe

(Winklera), 3 – źródło prądu stałego, 4 – opornik suwakowy (potencjometr), 5 -

amperomierz, 6 – woltomierz, 7 – naczynie z mieszadłem elektromagnetycznym najczęściej

z regulacją ogrzewania

Uwaga!

Przed przystąpieniem do pomiarów należy zapoznać się z instrukcją obsługi

elektrolizera laboratoryjnego (EP6 – 1) i przygotować urządzenie do pracy.

WYKONANIE OZNACZENIA

1. Do kolby miarowej o pojemności 100 ml przenieść ilościowo otrzymaną do analizy

próbkę miedzi, dodać ok. 2 ml stężonego kwasu siarkowego i 1 – 2 g azotanu

amonowego, roztwór wymieszać i uzupełnić wodą destylowaną do kreski. Do

oznaczenia pobrać pipetą 20 ml roztworu i przenieść go do zlewki w której

prowadzona będzie elektroliza, dodać ok. 100 ml wody destylowanej i włożyć czyste

mieszadło.

2. Platynowe elektrody zanurzyć do stężonego roztworu kwasu azotowego (ok. 1

minuty), dokładnie opłukać, a następnie ponownie zanurzyć do roztworu etanolu.

Elektrody wysuszyć w suszarce.

3. Przygotować i uruchomić elektrolizer zgodnie z instrukcją obsługi. Wprowadzić

elektrody do badanego roztworu. W czasie pomiaru elektrolit należy intensywnie

mieszać. Ustawić parametry elektrolizy zgodnie z p. 7a (Instrukcja obsługi

elektrolizera). Pomiar prowadzić przy stałym natężeniu prądu w granicach od 0,8 do

1 A (napięcie nie powinno przekraczać wartości ok. 4 V). Po upływie 10 – 15 minut

roztwór ulega odbarwieniu w wyniku osadzenia się miedzi na katodzie.

4. Przed zakończeniem pomiaru należy sprawdzić czy miedź całkowicie wydzieliła się

z badanego roztworu. W tym celu pobrać kroplę (nie więcej) roztworu i przenieść ją

na szkiełko zegarkowe, a następnie dodać dwie krople sześciocyjanożelazianu (II)

potasowego, K

[Fe(CN)

]. Jeżeli pojawi się osad o zabarwieniu różowo-brunatnym

elektrolizę należy prowadzić jeszcze przez około 5 minut, po czym ponownie

sprawdzić obecność jonów miedzi w roztworze.

5. Po doprowadzeniu elektrolizy do końca przerwać elektrolizę (podnieść elektrody).

Pokrętła prądu i potencjału ustawić w pozycji zero (przekręcić je w lewo do oporu)

i wyłączyć

elektrolizer. Elektrody dokładnie opłukać wodą destylowaną

i wymontować je z głowicy elektrolizera.

6. Katodę (z osadzoną miedzią) opłukać w roztworze etanolu i osuszyć w suszarce,

ostudzić, a następnie zważyć na wadze analitycznej (z dokładnością do 0,0001 g).

7. Osadzoną miedź dokładnie usunąć z powierzchni katody, rozpuszczając ją

w stężonym kwasie azotowym. Elektrodę dokładnie wymyć wodą destylowaną,

a następnie opłukać w etanolu, osuszyć w suszarce i ponownie zważyć. Zapisać

wyniki pomiarów.

8. Oznaczenie masy miedzi wykonać trzy razy.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Napisać reakcje elektrodowe (anodowa i katodowa) przebiegające w trakcie

elektrolizy badanego roztworu.

2. Wyznaczyć masę miedzi otrzymaną do analizy na podstawie wyników ważenia.

Wynik podać w mg jako masę średnią wykonanych pomiarów.

ZAGADNIENIA

1. Zjawisko elektrolizy. Procesy elektrodowe, przykłady równań reakcji elektrolizy.

2. Napięcie rozkładowe. Potencjał wydzielania. Omowy spadek potencjału. Pojęcie

nadnapięcia przyczyny jego występowania i metody ograniczania.

3. Polaryzacja stężeniowa i kinetyczna. Prąd równowagi.

4. Ilościowe ujęcie procesu elektrolizy, prawa Faradaya.

5. Elektroliza bez kontroli potencjału i z kontrolowanym potencjałem katody. Pojęcie

i zastosowanie buforów potencjału.

6. Obwód elektryczny elektrolizera i naczyńka elektrolityczne.

7. Elektroliza na katodzie rtęciowej.

8. Elektroliza wewnętrzna.

9. Czynniki wpływające na strukturę osadu na elektrodzie.

10. Zastosowanie metod elektrograwimetrycznych.

INSTRUKCJA OBSŁUGI ELEKTROLIZERA LABORATORYJNEGO

EP6 – 1

Na rysunku 2 przedstawiono elektrolizer z płytą czołową urządzenia.

Rys. 2. Elektrolizer EP6 – 1 oraz płyta czołowa: 1 oznacza miernik prądu, 2 – zgrubna, 3

– dokładna regulacja natężenia prądu, 4 – wskaźnik stabilności prądu, 5 – miernik

napięcia, 6 – zgrubna, 7 – dokładna regulacja napięcia, 8 – wskaźnik stabilności napięcia,

9 – miernik temperatury, 10 – wskaźnik (dwukolorowy) grzanie/studzenie, 11 – regulacja

temperatury stolika, 12 i 13 – przyciski służące do przesuwania głowicy z elektrodami

odpowiednio do góry lub w dół, 14 – wskaźnik mieszania, 15 – regulacja szybkości

mieszania, 16 – włącznik sieciowy, 17 – dodatkowy zacisk (-), 18 – zacisk GND

(połączony z bolcem uziemiającym), 19 – dodatkowy zacisk (+), 20 – podgrzewany stolik

z mieszadłem magnetycznym, 21 – tuleja metalowa, 22 – zlewka (poj. 150 ml), 23 –

czujnik temperatury, 24 – głowica elektrolizera

Uwaga!

Nie włączać elektrolizera przed zamontowaniem elektrod. Sprawdzić czy pokrętła

regulacji napięcia, natężenia prądu, temperatury i mieszania ustawione są w pozycji

zero, w przeciwnym razie przekręcić je w lewo do oporu.

1. Zamocować elektrody Winklera w głowicy elektrolizera 24 wg rysunku 3. Anodę

mocuje się wkładając ją w szczelinę po prawej stronie głowicy i zaciskając ją śrubą

dociskową. Analogicznie należy zamocować katodę z tym, że po lewej stronie

głowicy.

Rys. 3. Głowica elektrolizera z zamontowanymi elektrodami

Zwrócić uwagę, aby nie pomylić miejscami katody i anody. Zamocowane elektrody

muszą być ustawione centrycznie względem siebie i nie mogą się ze sobą zwierać.

2. Włączyć elektrolizer wciskając przycisk 16.

3. Ustawić głowicę 24 w skrajnym górnym położeniu przytrzymując przycisk 12.

4. Na stolik elektrolizera umieścić centralnie zlewkę (150 ml) z badanym roztworem, na

dnie zlewki musi się znajdować mieszadło magnetyczne.

5. Ostrożnie opuścić głowicę (przycisk 13) tak aby elektrody były zanurzone

w roztworze i mieszadło mogło się swobodnie obracać, zapewniając równomierne

mieszanie elektrolitu. Za pomocą pokrętła 15 włączyć mieszanie co sygnalizuje

równomierne świecenie lampki kontrolnej 14.

6. W przypadku ogrzewania roztworu należy, za pomocą pokrętła 11 ustawić

odpowiednią temperaturę ogrzewania elektrolitu, która jest stabilizowana poprzez

dwupołożeniowy regulator temperatury. Temperatura roztworu jest podawana na

wyświetlaczu 9. W celu przyśpieszenia ogrzewania (powyżej 40

C) należy na zlewkę

nałożyć metalowy pierścień 21.

7. W zależności od sposobu prowadzenia pomiaru, ustawić parametry elektrolizy:

(a) Ze stabilizacją prądu. Potencjometr 6 (napięcie) ustawić w prawym skrajnym

położeniu, następnie ustawić pokrętłem 2 (prąd) żądaną wartość natężenia

prądu, w tym stanie powinna się palić lampka kontrolna 4. Dokładną wartość

natężenia prądu nastawia się przy pomocy pokrętła 3.

(b) Ze stabilizacją napięcia. Potencjometr 2 (prąd) przekręcić maksymalnie

w prawo. Odpowiednią wartość napięcia na elektrodach ustawić pokrętłem 6

(napięcie). Wówczas powinna się palić lampka kontrolna 8. Dokładną wartość

napięcia można ustawić wykorzystując pokrętło 7.

8. Po zakończeniu pomiaru pokrętła prądu i napięcia przekręcić w lewo (na miernikach

powinna się pojawić wartość zero) wyłączyć mieszanie (i ogrzewanie) roztworu

podnieść głowicę z elektrodami, wyłączyć elektrolizer, odstawić zlewkę z roztworem

opłukać i wymontować elektrody.

LITERATURA

1. Douglas A. Skoog i inni, Podstawy chemii analitycznej, tom 2, PWN, Warszawa

2007.

2. W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa

2007.

3. J. Minczewski, Z.Marczenko, Chemia analityczna, t. III, PWN, Warszawa 2001.

4. Laboratorium analizy instrumentalnej, red. Z. Brzóska, Wyd. OW PW, Warszawa

1998.

5. A. Cygański, Metody elektroanalityczne, WNT, Warszawa 1995.

6. J. Garaj i inni, Fizyczne i fizykochemiczne metody analizy, WNT, Warszawa 1981.

7. J. Koryta i inni, Elektrochemia, PWN, Warszawa 1980.

8. Galen W. Ewing, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, Warszawa

1980.