6.2.3. Аппаратура

Потенциометр или pH метр (рис. 6.11, 6.12).

Рис. 6.11. рН метр А7000

Рис. 6.12. Потенциометр комбинированный АНИОН

4150

210

6.3. Кулонометрия

Кулонометрические методы основаны на измерении количества электричества, затраченного на электропревращение определяемого ве- щества (прямая кулонометрия) или на получение промежуточного реа- гента, который количественно реагирует с определяемым веществом (косвенная кулонометрия).

В основе кулонометрических методов анализа лежат законы элек- тролиза Фарадея.

Законы Фарадея: 1. Количество электропревращенного (восстановленного или

окисленного) в процессе электролиза вещества прямо пропорционально количеству прошедшего электричества.

2. Масса различных веществ, выделенных или растворенных при прохождении одного и того же количества электричества, пропорцио- нальна их электрохимическим эквивалентам.

Суть закона Фарадея в том, что для выделения одного моля любого вещества в процессе электролиза необходимо затратить одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея (F):

F MtI

F MQ

m ээ , (6.16)

где m – масса вещества, выделившегося при электролизе; Q – количе- ство электричества; Мэ – молярная масса эквивалента; I – сила тока; t – время электролиза.

Электролиз в кулонометрической ячейке можно проводить либо при постоянной силе тока (гальваностатическая кулонометрия), либо при постоянном потенциале (потенциометрическая кулонометрия).

Можно использовать химические интеграторы (кулонометры). Кулонометр – это электролитическая ячейка, в которой при замыкании цепи со 100 %-ным выходом по току протекает электрохимическая ре- акция известной стехиометрии. Кулонометр включают последовательно с кулонометрической ячейкой, поэтому за время электролиза через обе ячейки протекает одинаковое количество электричества. По окончании электролиза по массе выделенного в кулонометре вещества рассчиты- вают эквивалентное ему количество электричества

э M

Fm Q . (6.17)

Рассмотрим принцип работы кулонометра на примере серебряного и газового кулонометров (рис. 6.13, 6.14).

211

Рис. 6.13. Серебряный кулонометр: 1 – платиновый катод; 2 – стеклянный ти-

гель с пористым дном; 3 – серебряный анод; 4 – раствор AgNO3

При прохождении тока на катоде осаждается серебро

тв AgeAg .

Осадок хрупкий, поэтому катод помещают в стеклянный тигель с дном из пористого стекла. Тщательно вымытый тигель и катод высуши- вают при 150 °C до постоянной массы и взвешивают. Погружают в ку- лонометр и последовательно включают в цепь ячейки.

По окончании электролиза цепь размыкают, тигель с катодом мо- ют, сушат и взвешивают. По разности масс находят массу осадка сереб- ра и рассчитывают количество электричества (по закону Фарадея при прохождении 1 Кл электричества осаждается 1,118 мг серебра).

Рис. 6.14. Водородно-кислородный газовый кулонометр: 1 – платиновый элек-

трод; 2 – раствор K2SO4; 3 – термометр; 4 – вода; 5 – бюретка

В основе лежит реакция электролиза воды. При электролизе на ка- тоде выделяется водород

OHH 2 1

eOH 22

,

а на аноде – кислород

H2O 2 1

e2OH 22

.

212

Измерив суммарный объем газа, рассчитывают количество про- шедшего электричества (при н.у. 1Кл – 0,1791 см

3 газа).

Современные установки снабжены цифровыми счетчиками, кото- рые показывают количество кулонов электричества, затраченного на электролиз определяемого вещества.