6. Визначення вольфраму (VI) каталітичним кінетичним методом

Для визначення дуже малих концентрацій (~10^–6 ÷ 10^–7 моль/л) деяких речовин використовують каталітичну здатність цих речовин впливати на протікання кольорової реакції в реакційній системі, причому швидкість утворення забарвленого продукту реакції пропорційна концентрації каталізатора.

Метою даної роботи є визначення концентрації вольфраму (VI) у водному розчині на основі його каталітичного впливу на реакцію окиснення йодид-іонів пероксидом водню в кислому середовищі до вільного йоду:

Н₂О₂ + 2 І^– + 2 Н⁺ → І₂ + 2 Н₂О

У відсутності каталізаторів (сполук вольфраму, молібдену, цирконію, танталу, феруму та деяких інших) реакція протікає повільно, а в їх присутності — швидко.

Залежність швидкості реакції від концентрації реаґуючих речовин виражається рівнянням:

dx/dτ = K C_w( – Х)

де dx/dτ — швидкість реакції; К — умовна константа швидкості реакції, у величину якої входять значення концентрації речовин, взятих у надлишку; Х — концентрація виділеного йоду; — концентрація Н₂О₂ (береться у надлишку); С_w — концентрація натрій вольфрамату; — початкова концентрація йодиду.

Про швидкість реакції можна судити за зміною забарвлення розчину, яка зв’язана з виділенням йоду. Додавання в розчин крохмалю дає можливість виявити досить малі концентрації йоду (Х), і тому для вимірювання швидкості реакції можна обмежитись початковим її періодом, коли Х << . У зв’язку з цим, для початку реакції можна прийняти, що – Х ≈ і тоді

dx/dτ = K C_w

Між концентрацією йоду (Х), що утворюється внаслідок реакції, і часом взаємодії τ існує пропорційна залежність:

Х = К C_wτ

На основі цього можна побудувати графік залежності Х = f(τ) і визначити швидкість реакції за значенням тангенса кута нахилу α відповідної прямої (рис. 5а). Замість Х на практиці при побудові графіка відкладають пропорційну йому величину — оптичну густину А, яка зв’язана з концентрацією забарвленої речовини.

Оскільки концентрація забарвленої речовини (Х) при постійних значеннях концентрацій реаґуючих речовин ( та ) пропорційна концентрації визначуваної речовини-каталіза­тора C_w, можна побудувати графік залежності між тангенсами кутів нахилу прямих А=f(τ) першого графіка і концентраціями стандартних розчинів речовини-каталізатора (C_w) (рис. 5б).Цей (другий) графік і буде калібрувальним і за його допомогою можна знайти концентрацію речовини-каталізатора (в даному випадку — натрій вольфрамату (VI)).

Рис. 5. Графіки залежності: а ― оптичної густини від часу; б ― тангенса кута

нахилу відповідної прямої від концентрації каталізатора.

Реактиви, посуд, прилади

1. Стандартний розчин натрій або амоній вольфрамату, 10^–6 моль/л (готується розбавленням більш концентрованого розчину.

2. Водень пероксид Н₂О₂, 0.003 моль/л (готується безпосередньо перед роботою розбавленням 3%-ного розчину Н₂О₂).

3. Калій йодид КІ, 0.005 моль/л (готується розбавленням 20 мл 0.1 моль/л розчину КІ в мірній колбі на 50 мл).

4. Хлоридна кислота НСl, 1 моль/л.

5. Крохмаль, 0.2%-ний розчин (готується в день використання розчиненням в 50 мл гарячої дистильованої води 0.1 г розчинного крохмалю, після 2–3-хвилинного повільного кип'ятіння розчин охолоджується в проточній воді і фільтрується через паперовий фільтр).

6. Мірні колби місткістю 50 мл — 5 шт.

7. Бюретки місткістю 25 мл для розчинів натрій вольфрамату, водень пероксиду, хлоридної кислоти, калій йодиду — 4 шт

8. Піпетка місткістю 1 мл ― 1 шт.

9. Фотоелектроколориметр ФЭК-56М або іншої марки.

10. Кювети, l = 5.0 або 3.0 см.