Ćwiczenie: Kulometria - BIOL

ĆWICZENIE 6
MIARECZKOWANIE KULOMETRYCZNE Z BIAMPEROMETRYCZNYM
OKREŚLENIEM PUNKTU KOŃCOWEGO („DEAD STOP”)
CEL ĆWICZENIA:
Oznaczenie tiosiarczanów za pomocą znanych ilości wolnego jodu.
ZASADA OZNACZENIA:
Znane ilości jodu wytwarzane są w układzie generującym poprzez polaryzację elektrod
platynowych zanurzonych do roztworu KI prądem o stałym natężeniu w określonym czasie.
Punkt końcowy miareczkowania mierzony jest w układzie wskaźnikowym. Prąd w tym
układzie może płynąc tylko wtedy, gdy w roztworze oprócz jonów jodkowych (reduktor)
znajduje się również wolny jod (utleniacz). Jeśli w roztworze znajdują się jony S 2O32-,
wytwarzany jod reaguje z tymi jonami i prąd w układzie wskaźnikowym nie płynie., Pojawia
się on dopiero wówczas, gdy cała obecna w roztworze ilość tiosiarczanów przereaguje z
wygenerowanym jodem. Znając czas potrzebny na wytworzenie jodu w ilości potrzebnej do
przereagowania z tiosiarczanami zawartymi w roztworze oraz prąd, jakim jod był generowany
można obliczyć ilość wytworzonego jodu, a tym samym obecnych roztworze tiosiarczanów (z
praw elektrolizy Faradaya).
WYKONANIE ĆWICZENIA:
1. Zestawić układ wg schematu:
A. Układ generujący:
A- anoda platynowa,
K- katod platynowa umieszczona w rurce ze spiekanym szkłem, (aby uniemożliwić
mieszanie wydzielającego się wodoru z jodem),
N- naczynie pomiarowe – zlewka na 250 ml,
P- przełącznik (otwarty: wolno go zwierać tylko w czasie generowania),
R1- opór wzorcowy –opornik RN-1; 100,00 Ω
V1 – woltomierz do określenia spadku potencjału na oporze wzorcowym – woltomierz
cyfrowy V-530
Z1- zasilacz, źródło napięcia stałego ok. 120 V,
R2 – opór rządu 10 kΩ – opornik dekadowy DR6a – 16,
G1- miliamperomierz do przybliżonego określenia prądu płynącego w obwodzie (miernik
LM-1)
1
B. Układ wskaźnikowy:
N- naczynie pomiarowe,
E± - zespolona elektroda platynowa (katoda i anoda),
Z2 – źródło napięcia stałego – zasilacz typ P 322,
G2- galwanometr – mikroamperomierz LG1, nastawiony na zakres 10 A podłączony do sieci
przez transformator T,
V2 – miliwoltomierz – miernik uniwersalny Lavo 3,
R3 – opornik suwakowy – potencjometr OP; punkt „a” odpowiada położeniu „0”, „b” –„max”,
a „c” – wyjściu odprowadzającemu potencjał z opornika, oznaczonemu kolorem czerwonym.
Przy zestawieniu układu należy obliczyć, jaki powinien być opór R2, aby prąd generujący
równy był około 12 mA i wartość tą nastawić na oporniku R2 pamiętając, by nie przekroczyć
dla danego oporu prądu maksymalnego.
Uwaga: dalsze wykonywanie ćwiczenia
możliwe dopiero
prawidłowości zmontowania układu generującego i wskaźnikowego.
po
sprawdzeniu
2. Odważyć na wadze technicznej ok. 4-5 g jodku potasowego i wsypać go do zlewki na
250 ml. Zlewkę ustawić na mieszadle, dodać wody do kreski, wrzucić mieszadełko i
zamieszać w celu przyśpieszenia rozpuszczenia. Umieścić w naczyniu elektrody i
poczekać, aż roztwór „wejdzie” do rurki ze spiekanym szkłem. Wszystkie elektrody
powinny być zanurzone w roztworze.
3. Zasilacz Z2 (układ wskaźnikowy) po podłączeniu do sieci ustawić wartość ok. 1V.
Potencjometrem R3 ustalić wartość przykładanego do elektrod wskaźnikowych
potencjału na 50 mV, kontrolując go na woltomierzu V2, który należy stopniowo
nastawiać na wartość 150 mV. Przy tej wartości potencjału (50 mV) ustawić
mikroamperomierz G2 na zakres 10 A i wyzerować.
4. Wyzerować woltomierz V1 (układ generujący) na zakres 10 V.
5. Włączyć mieszanie roztworu. Sprawdzić działanie sekundomierza.
Uwaga: Stoper należy włączyć równocześnie z rozpoczęciem generowania jodu (zwarcie
przełącznika P) i wyłączać równocześnie z zakończeniem generowania każdej porcji
jodu (wyłączenie przełącznika P). Stoper należy włączać i wyłączać tym samym
(prawym) przyciskiem, aby nie cofać wskazania na „0” i po każdym czasie generowania
móc odczytać sumaryczny czas, który upłynął od rozpoczęcia generowania pierwszej
porcji jodu.
2
6. Włączyć obwód generowania na 5 sek. Przerwać generowanie i odczytywać wartość
natężenia prądu w układzie wskaźnikowym na mikroamperomierzu G 2. Roztwór
powinien być przez cały czas mieszany. Generować jod w odstępach, co 5 sek.
każdorazowo notując czas, który upłynął od rozpoczęcia generowania i wartość
natężenia prądu wskaźnikowego. Odczytu wartości prądu należy dokonać po
zaprzestaniu generowania i sprawdzeniu napięcia pomiędzy elektrodami
wskaźnikowymi. W razie potrzeby należy każdorazowo sprowadzać wartość
potencjału za pomocą potencjometru R3 do 50 mV i dopiero wtedy odczytywać
wartość natężenia prądu.
Wyniki notować w tabeli:
Czas [sek] Prąd wskaźnikowy [ A]
Spadek potencjału V1 [mV] Prąd generujący [mA]
7. Gdy wartość prądu wskaźnikowe zbliża się do 10 A, przerwać generowanie w
odstępach 5 sek., a do naczynka pomiarowego dodać 5 ml oznaczanego roztworu
Na2S2O3 z kolbki „K”. Generować dalej, ale nie przerywać wytwarzania jodu tak
długo, aż zacznie w układzie wskaźnikowym płynąć prąd. Jednocześnie obserwować
zmiany zabarwienia roztworu. Na woltomierzu V1 odczytać spadek napięcia na
oporniku wzorcowym R1 (jest to konieczne do dokładnego wyznaczenia prądu
generującego). Gdy wartość prądu wskaźnikowego zacznie wzrastać, przerwać
generowanie i zanotować jego wartość po sprawdzeniu różnicy potencjałów pomiędzy
elektrodami wskaźnikowymi. Generować jod w odstępach 5 sek. i notować prąd, aż do
wartości bliskiej 10 A.
8. Dodawać kolejną porcję Na2S2O3 (5 ml) i powtarzać czynności a punktu 7. W sumie
należy dodać 7 porcji oznaczanego tiosiarczanu.
9. Rozmontować obwód i umyć używane w ćwiczeniu naczynia.
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
1. Dla każdej dodanej porcji tiosiarczanu uzyskane wyniki przedstawić na wykresach
iwsk = f (tgen).
Gdy wszystkie dane umieścić na jednym wykresie, przedstawiałby się on następująco:
t0- czas potrzebny do wygenerowania jodu zużywającego się w reakcji z zanieczyszczeniami
(obecne w roztworze reduktory) – może nie wystąpić lub mieć wartość ujemną.
t1, t2, t3, …… tn – czas potrzebny na wygenerowanie jodu zużytego w reakcji z kolejnymi
porcjami dodanego tiosiarczanu (porcja 1, 2, 3, …,n). Ponieważ okresy t1, t2, t3, …… tn są
dużo dłuższe od czasów wzrostu prądu o 10 A, na zamieszczonych w sprawozdaniu
3
wykresach należy przedstawić tylko okresy wzrostu prądu (obszary zaznaczone linią
przerywaną). Przykładowy wykres wraz z koniecznym opisem przedstawiono poniżej:
Na podstawie spadku napięcia na oporze wzorcowym wyznaczyć wartość prądu generującego
podczas oznaczania kolejnych próbek. Znając czas tn i wartość prądu igen można wyznaczyć
ładunek jaki zużył się na wytworzenie takiej ilości moli jodu, która była konieczna do
przereagowania z kolejną porcją tiosiarczanu.
Wyniki zastawić w tabeli:
L.p.
2.
a)
b)
c)
d)
V Na2S2O3 [ml]
5
10
15
Igen. [mA]
tn [sek]
Qn [mC]
n I2 [mmol]
m Na2S2O3
Dokonać statystycznej oceny wyników. W tym celu określić
średnią arytmetyczną X
odchylenie pojedynczego wyniku S
odchylenie standardowe średniej arytmetycznej s
przedział ufności
u=X ±t•s
gdzie: t- współczynnik Studenta dla prawdopodobieństwa 95% (lit. E Szyszko i Z. Galus)
Ostateczny wynik podać w postaci:
X -t•s≤ X ≤ X +t•s
Przyjmując współmierność kolby z pipetą za równą 10, podać zawartość Na2S2O3 w
otrzymanej próbce (w mg).
Aktualizacja 1 X 2014r.
4