Методическая разработка измерение массовой концентрации тиосульфата методом кулонометрического титрования с использованием кулонометра «ЭКСПЕРТ-006», страница 2

Реакция (3) протекает при небольших напряжениях, а реакция (4) – при больших (около 1В). Поэтому если йода много, на датчике нулевое напряжение, если йода нет – напряжение 600-800 мВ (почти 1 Вольт), а если концентрация йода промежуточная, то напряжение на датчике меняется в этом диапазоне. Уменьшаясь с увеличением концентрации йода. Можно прокалибровать датчик по концентрации йода, но мы этого за ненадобностью не делаем.

2.3. Каково устройство ячейки.

Ячейка кулонометрическая жидкостная с фильтром 1. корпус ячейки , 2. катодная камера  3. катод  4. анод 5. индикаторные электроды 6. хлор-кальциевая трубка (если требуется)  7. порт ввода

Для определения тиосульфата в ячейку заливают фоновый раствор, по своему составу представляющий смесь ацетатного буфера (рН 4) и избытка йодистого калия. Выбор среды не случаен: как будет ясно из раздела, где описана работа индикаторного  электрода, величина рН должна быть стабилизирована, для того, чтобы показания индикаторного электрода были воспроизводимыми.   В кислой среде тиосульфат разложится по реакции:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄  + SO₂ + S + H₂O

Таким образом, кислая среда неприемлема, так как не обеспечивает стабильность тиосульфата. Если взять щелочную среду, то йод, использующийся для титрования, вступит в реакцию диспропорционирования.

J₂+NaOH= NaJ + Na JO₃

Продукты реакции диспропорционирования уже не способны к реакции с тиосульфат-ионом в щелочной среде, таким образом, в щелочной среде йод потеряет активность. В ацетатном буфере, который обеспечивает умеренно кислую среду с рН около 4 йод сохраняет активность, а тиосульфат – стабильность. Таким образом, ацетатный буфер обеспечивает удачный компромисс для проведения реакции. Избыток йодистого калия, с одной стороны служит как источник йода на генераторном электроде, а с другой стороны, он обеспечивает стабильную работу индикаторного электрода, так как является единственным довольно сильным восстановителем, присутствующем в растворе в избытке. Подробнее это описано в следующем разделе.

При загрузке методики, внесенной в память прибора  (осуществляется клавишей Ф2) анализатор осуществляет подготовку к проведению электролиза, запускает пропускание тока постоянной силы через электролит в электрохимической ячейке и автоматически прекращает электролиз при достижении начальных условий. Эти условия заключаются в том, что устанавливается некоторая остаточная концентрация йода в растворе С_ост. Когда прибор проводит процесс титрования тиосульфата, он также доводит концентрацию йода не до нуля, а именно до той же концентрации С_ост. Поэтому сгенерированное прибором количество йода точно эквивалентно количеству введенного в раствор тиосульфата.

Измерив израсходованное на проведение реакции время, рассчитывают согласно закону Фарадея количество вещества n, восстанавливающееся (или окисляющееся) на электроде. Величина n прямо пропорционально количеству электричества Q, проходящего через электролит:

, при I=CONST    

где   М – масса моля определяемого вещества, г/моль;

I – сила тока, А;

t_э- время электролиза, с;

z – количество электронов, переходящего в ходе электродной реакции;

F - константа Фарадея (96485,3415 ± 0,0039), Кл/моль.

3.  СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, ПОСУДА, РЕАКТИВЫ И МАТЕРИАЛЫ

3.1. Средства измерений

3.1.1. Кулонометр “ЭКСПЕРТ-006”	ТУ 4215-003-41541647-98
3.1.2. Электрод бипотенциометрическй индикаторной системы
3.1.3. Электроды генераторные
3.1.5. Весы лабораторные аналитические общего назначения с наибольшим пределом взвешивания 200 г, 2-го класса точности	ГОСТ 24104-88Е
3.1.6. Меры массы Г-2-210	ГОСТ 7328-82 Е
3.1.8. Колбы мерные 2-100-2, 1-250-2, 2-500-2, 2-1000-2	ГОСТ 1770-74 Е
3.1.9. Колбы мерные с одной отметкой и цилиндрической горловиной 1-1000-2, 1-2000-1	ГОСТ 1770-74
3.1.10. Цилиндры мерные лабораторные с носиком 1-50-2, 1‑25-2	ГОСТ 1770-74 Е
3.1.11. Пипетки градуированные 2-го класса точности вместимостью 1, 2, 5 см3	ГОСТ 29227-91

Примечание: допускается использование других средств измерений с аналогичными или лучшими метрологическими характеристиками.

3.2. Вспомогательное оборудование

3.2.1. Аппарат для перегонки воды (кварцевый или стеклянный)	ТУ 25.11-1592-81
3.2.3. Насос для мерных пипеток “Bio Mark”
3.2.4. Штативы лабораторные 1 шт.	КДЦТ 418546.001
3.2.5. Воронки лабораторные	ГОСТ 25336-82
3.2.6. Колбы конические со шлифами Кн-1-500-29 ТС	ТУ 92-891.02991
3.2.7. Стаканы стеклянные лабораторные вместимостью 50, 100, 150 см3	ГОСТ 25336-82
3.2.9. Палочки из стекла	ГОСТ 21400-75
3.2.11. Мешалка магнитная типа ПЭ 6100 с мешальником (железный стержень, впаянный в тефлон)	ТУ 25-11.834-80
3.2.12. Резиновые груши вместимостью 50 и 100 см3

Примечание: применяемые средства измерений и вспомогательное оборудование должны быть исправны и иметь техническую документацию. Средства измерений должны быть поверены в соответствии с ПР 50.2.006, вспомогательное оборудование – аттестовано в соответствии с ГОСТ Р 8.568-97.

3.3. Реактивы и материалы

3.3.1. Калий йодистый	ГОСТ 4232-74
3.3.2. Ледяная уксусная кислота  ч.д.а.	ГОСТ 19814-74
3.3.3. Ацетат аммония  (ацетат натрия) ч.	ГОСТ 3117-78
3.3.4. Натрия тиосульфат, х.ч. или фиксаналы для приготовления 0,01 М раствора тиосульфата натрия	ГОСТ 4328-77
3.3.11 Вода дистиллированная	ГОСТ 6709-72
3.3.12. Фильтры обеззоленные “синяя лента”	ТУ 6-09-1678-95
3.3.13. Бумага фильтровальная лабораторная	ГОСТ 12026-76

Примечание: допускается использование реактивов более высокой квалификации.

3.4. Приготовление растворов.