3.4. Кулонометрия

Пример 10поможет Вам при решениизадач № 78 – 81.

Навеску пикриновой кислоты массой 0,0060 г растворили и количественно восстановили в кулонометрической ячейке по реакции

С₆H₂(OH)(NO₂)₃ + 18H⁺ + 18ē = С₆H₂(OH)(NH₂)₃ + 6H₂O

Количество затраченного электричества установили по количеству выделившегося в йодном кулонометре йода, на титрование которого потребовалось 21,15 мл 0,0200 н раствора Na₂S₂O₃. Рассчитатьмассовую долю(%)пикриновой кислоты в навеске.

Решение.Количество вещества пикриновой кислоты эквивалентно количествувещества йода,выделившегося в кулонометре и равно количеству вещества тиосульфата натрия. Следовательно, массу пикриновой кислоты можно рассчитать по формуле

m= • •¹∕₁₈M_{пикр. к-ты}=

= 0,02 • 0,02115 • 229,082/18 = 0,00538 г

Рассчитываем массовую долю (%) пикриновой кислоты в навеске

Пример 11поможет Вам при решениизадач № 82 – 85.

ПримерРастворK₂Cr₂O₇объемом 25,00 мл оттитровали ионами железа (II), генерируемыми при силе тока 0,250 А в течение 35,0 мин. Конец реакции фиксировался по фотометрическим данным.

Определить массу K₂Cr₂O₇(г) в растворе.

Решение:В данном случае использовался метод кулонометрического титрования. Количество электричества,пошедшее на генерацию титранта,эквивалентно количеству определяемого вещества. Поэтому используем уравнение Фарадея (см. пример 9).

Число электронов, участвующих в электрохимическом процессе, определяемое на основании полурекции:

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6ē = 2Cr³⁺ + 7H₂O

n= 6

Рассчитываем массу k2Cr2o7

4. Фотометрические методы анализа

Пример 12 поможет Вам при решении задач 106107.

При спектрофотометрическом определении Cа²⁺в виде комплексного соединения с комплексоном IIIоптическая плотность раствора, содержащего 0,022 мгCа²⁺в 50,0мл органического растворителя, оказалась равнойА = 0,326. Измерения проводились в кюветес толщиной слояl = 5 см при определенных условиях. Вычислить значение молярного коэффициента поглощения комплекса.

Решение. Значение молярного коэффициента поглощения найдем из закон Бугера-Ламберта-Бера

А = ε · С · l,

где ε – молярный коэффициент поглощения; С – молярная концентрация, моль/л; l - толщиной слоя(кюветы), см.

Рассчитаем концентрацию Cа²⁺ в 50,0мл

Найдем значение молярного коэффициента поглощения

.

Пример 13 поможет Вам при решении задач 108109.

Для определения содержания Feв анализируемом образце методом добавок навеску 0,3250 г растворили, перенесли в мерную колбу вместимостью 100,0 мл и довели объем раствора до метки. Для приготовления окрашенного раствора отобрали аликвоту 20,0 мл, добавили необходимые реактивы и довели объем раствора до 50,0 мл. Оптическая плотность исследуемого раствора и такого же раствора с добавкой0,2 мг FeравныА_х = 0,250 иА_х+ст = 0,370 соответственно. Рассчитать массовую долю (%) Feв образце.

Решение: Для решения задачи воспользуемся методом добавок [4]

.

Найдем концентрацию железа в стандартном С_ст. и анализируемом С_х растворах

В мерную колбу вместимостью 50,0 мл была помещена аликвота объемом 20,0 мл. По закону эквивалентов найдем концентрацию железа до разбавления.

Концентрация железа в 20,0 мл и в 100,0 мл одинаковая. Рассчитаем массу железа, которая содержится в мерной колбе на 100,0 мл

Определим массовую долю железа в навеске

Пример 14 поможет Вам при решении задач 110111.

Рассчитать концентрацию (моль/л) ипри их совместном присутствии в растворе последующим данным спектрофотометрических измерений (Табл.4).

Таблица.4.

Ион	, нм	Асмеси	()	()
	550	0,71	2100	0
	430	0,42	500	220

Решение.

Определение и в смеси основано на законе аддитивности светопоглощения. При длине волны 550 нм поглощает только , а при 430 нм поглощают и. Следовательно при 550 нм:

А_{смеси,550} = А()₅₅₀

при 430 нм:

А_{смеси,430} = А()₄₃₀ + А()₄₃₀

Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера [4] данную систему можно записать

А_{смеси,550} = ε()₅₅₀ ·  · l

А_{смеси,430} = ε( )₄₃₀ ·  · l + ε()₄₃₀ ·  · l

В условии задачи не дано значение толщины слоя l, поэтому примем данное значение равным 1. Подставим численные значения и решим полученную систему уравнений.

0,71 = 2100 · С()

0,42 = 500   С() + 220 · С()

С() = 0,0003381 М,

С() = 0,001140 М.

Пример 15 поможет Вам при решении задач 112120.

Навеску K₂Cr₂O₇массой0,7323 грастворили в колбе вместимостью500,0 мл. Для построения градуировочного графика в мерные колбы вместимостью50,0 млпоместилиV_n, млэтого раствора (табл.5), добавили реактивы и довели до метки. Измерили оптические плотности относительно первого раствора.Навеску анализируемого образца массой1,2580 г растворили в колбе вместимостью100,0 мл. Аликвоту10,0 млпоместили в мерную колбувместимостью 50,0 мл, добавили реактивы и довели раствор до метки. Измерили относительную оптическую плотность, как при построении градуировочного графика А_отн,х = 0,40. Вычислить массовую долю (%)хромав образце.

Таблица 5

Vn, мл	10,0	12,0	14,0	16,0	18,0
Аотн	0,250	0,450	0,650	0,850	0,950

Решение. Найдем концентрацию Cr в 250,0 мл раствора.

С(Сr) = 2   0,009957 = 0,009957

Найдем концентрации растворов, которые использовались для построения градуировочного графика:

Аналогичным образом рассчитываем остальные концентрации. Результаты расчета сводим в таблицу 6.

Таблица 6

Vn, мл	10	12	14	16	18
С·104, М	19,91	23,90	27,88	31,86	35,85
Аотн	0,25	0,45	0,65	0,85	0,95

Построим градуировочный график (Рис.10). На оси ординат откладываем А_отн,х=0,4, проводим линию до пересечения с прямой, опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим концентрацию стандарта в анализируемом растворе (50,0 )мл – С=22,9·10^-4 М. По закону эквивалентов найдем концентрацию до разбавления.

Концентрация хрома в аликвоте (10,0 мл) и в растворе объемом 100,0 мл одинаковая.

Рис.10.Калибровочный график.

Найдем массу хрома в 100,0 мл раствора

Найдем его массовую долю

Пример 16 поможет Вам при решении задач 121129.

Навеску1,5432 гобразца после растворенияпоместили в мерную колбувместимостью200,0 мл, добавили необходимые реагенты для получения окрашенного раствора и довели объем до метки дистиллированной водой. Затем взяли аликвоту5,0 мли оттитровали0,05 н. раствором ЭДТАпри определенной длине волны. Построить кривую титрования(табл. 7)и определить массовую долюZn в образце (%).

Таблица 7

V (ЭДТА), мл	1,9	2,1	2,3	2,5	2,7	2,9	3,1
А	0,70	0,70	0,72	0,98	1,23	1,25	1,25

Решение.Запишем уравнение реакции

Zn²⁺ + Na₂Н₂Y = ZnNa₂Y + 2 H⁺

Факторы эквивалентности у цинка и у ЭДТА одинаковые и равны ½, так как при реакции выделяется два иона H⁺.

Построим кривую титрования (Рис.11).

Рис.11. Кривая титрования

По кривой титрования находим точку эквивалентности [1] и соответствующий ей объем ЭДТА: V = 2,5 мл.

Массу цинка в аликвоте найдем из закона эквивалентов

m = 0,0500 · 0,0025 · 32,690 = 0,00409 (г)

Для определения массы Zn²⁺ в мерной колбе составим пропорцию:

0,00409 г содержится в 5,0 мл

х г содержится в 200,0 мл

х = 0,00409 · 200,0 / 5,0 = 0,1636 (г)

Массовая доля (%) цинка в образце составит

%