Оглавление:
Электрогравиметрические разделения
- Разделение электрического веса Когда раствор, содержащий смесь ионов, необходимо проанализировать без предварительного разделения, электролиз проводят при строго контролируемом потенциале, вводя дополнительный электрод с постоянным потенциалом (например, каломельный электрод) и добавляя рабочий электрод Подключите электрод к цепи.
- Для этого используется специальное устройство под названием потенциостат. R ~ * Выводы о возможности или невозможности разделения двух металлов электролизом могут быть сделаны на основе следующего расчета: например, можно ли электролитически отделить медь и цинк от 0,1 М раствора сульфата Давайте установим. Значение стандартного потенциала электрода равно £ sig + / Cu- ° -345 В. £ zna + / Zn = -0,764 В.
Потенциал, необходимый для отделения этих металлов от раствора, определяется уравнением Нернста. Людмила Фирмаль
Может быть использован для расчета. ^ Cig + / Cu = 0,345 + — ^ ilg0J = 0,316 В £ zn’VZn = -0,764 = -0,793 в Если концентрация ионов Cu2 + в растворе составляет 10 бмоль / л или менее, выделение меди считается количественным. Потенциал катода в этом случае = 6 = 0,171 В Jf) При этом значении потенциала осаждение цинка не начинается, поэтому на вопрос о потенциале электролитического отделения меди в присутствии цинка от раствора сульфата следует ответить положительно.
Найти концентрацию ионов Cu2f, которые могут выделять цинк -0,793 = 0,345 — + — 0,029 log [Cu2 +], Откуда log [Cu24- ~ ° ‘7o30290.345 = ~ 39′ te (Cu2 + 1 = 10_M Maib / J’- Это еще раз подтверждает возможность разделения этих элементов. На аноде кислород четко выделяется H20-2e ~ = x / 202 + 2H + И кислотность раствора увеличится Потенциал анода при [H +] = 1 моль / л также можно рассчитать с использованием уравнения Нернста.
EL / »M> ~ 1> 23 + ° -058, e1-> -23 В. Гладкое перенапряжение кислорода платины при плотности тока 0,001 А / см2 составляет 0,78. При увеличении заряжаемости тока потенциал анода увеличивается, чтобы учесть перенапряжение кислорода1, 23 4 -788 = 2,01 В Разность потенциалов, которая должна поддерживаться в ходе процесса и полного отделения меди, может быть рассчитана с использованием уравнения (113). = 2,01 -0,171 = 1,84 В
Вы также можете определить, какая потенциальная эволюция водорода начинается. Поскольку медь осаждается на платиновом электроде, найдите перенапряжение (-0,94 В) водорода на медном электроде в справочнике и рассчитайте разность потенциалов из (11 3), необходимой для генерации водорода (электролиз воды). £ итого = 2,01 — (- 0,94) = 2,95 В
В результате не происходит выделения водорода в условиях количественного осаждения меди (£ ~ 1,8,2,0 В). Особенно в конце процесса или В результате других причин небольшое количество азотной кислоты вводится в анализируемый раствор при измерении меди. На катоде N05 может быть уменьшено до N0 ^ (^ или / Nor = 0,94 В) или NH4 + (£ NOf / NH, = 0,87 В). Восстановление азотной кислоты происходит с разностью потенциалов Ecb = 2,01-0,9 = 1,1.
- Поэтому, пока нитрат-ионы остаются в растворе, водород не выделяется на катоде. Вещества, вводимые в раствор для предотвращения нежелательных электродных процессов, называются деполяризаторами. Обычно электрохимическое изменение происходит при достижении определенного потенциала. В этом случае нитрат-ион является деполяризатором, который предотвращает образование водорода при измерении меди.
Аналогичные результаты расчетов показывают, что разделение металлов электролизом возможно, когда потенциал стандартного электрода варьируется от 0,2 до 0,3 В. Так, например, серебро 0,7994 В) выделяется в присутствии Br + (Ev, s + / v, = 0,23 В), меди (E ° Cu * + / Cu-0,345 В) и многих других металлов.
Этот критерий предсказывает возможность или невозможность отделения конкретной ионной пары от стандартного значения потенциала электрода. Людмила Фирмаль
Я могу Однако его нельзя отделить от ртути (E ° Hg2 + / Ug = 0,850 В). Медь присутствует в присутствии цинка (^ ^ ns + / Zn = –0,764 В), кадмия (E ° C ^ / sd = –0,403 В), свинца (° ° pb * + / pb = –0,126 В) и т. Д. Это может быть легко электролитически нанесено. Однако в присутствии висмута это можно сделать только при строго контролируемом катодном потенциале. Изменение рН или введение сложных добавок в раствор оказывает существенное влияние на величину потенциала.
Использование этих факторов значительно расширяет возможности отделения и отделения электролизных металлов. Например, генерирование водорода предотвращает образование никеля, кобальта и других элементов, которые являются ≤0 ° из-за образования водорода. Снижение кислотности снижает образование водорода и, в принципе, способствует осаждению металлов.
Найти рН, который позволяет количественно высвобождать никель из раствора. Целостность осаждения никеля потенциально достигается E = -0,228 + 0,029 log (10-6) = -0,402 В Чтобы предотвратить образование водорода при этом потенциале, концентрация ионов водорода должна удовлетворять следующему уравнению: -0,402 = 0 + 0,058 log [H +].
Откуда Другими словами, при рН ^ 7 водород не выделяется и никель количественно осаждается на катоде. На практике никель электролизуется из раствора аммиака. Однако образование никель-аммиачных комплексов также оказывает отрицательное влияние, поскольку потенциал никелевого электрода уменьшается в результате образования комплекса, и для предотвращения образования водорода требуется дальнейшее повышение pH.
Стандартный электродный потенциал никеля в растворе аммиака составляет £ N. (NH>)? Vni £ ni8 + / N. -0.029 lgPNl (NH3) i- = = -0,228 -0,029-8,01 = -0,460В. Целостность отделения никеля от раствора аммиака составляет E = -0,460 + 0,029 log 10 «6 = -0,634V. Это показывает концентрацию ионов водорода, которые подвергаются электролизу без генерации водорода. log [H +] = —g = -ll или pH> 11. С 1М NH4OH pH составляет около 11,5.
В результате это решение не генерирует водород, и количественное производство никеля возможно. Изменение потенциала электрода во время комплексообразования является одним из эффективных методов управления электрохимическими реакциями.
Благодаря точной настройке pH раствора и концентрации комплексообразующих веществ можно создать условия разделения для металлов с аналогичными стандартными значениями потенциала электрода. Например, известен способ измерения Cu2 +, Bi, Pb2 + и Sn2 + в одном растворе.
Нейтральный тартратный раствор с потенциалом -0.20. -0,40 и -0,60 В непрерывно выделяются на катоде, взвешиваются медь, висмут и свинец, раствор подкисляется для разрушения тартратного комплекса и выделяется олово. Электрогравиметрическое оборудование, которое не требует строгого поддержания потенциала, намного проще. Они обычно используются для определения только одного иона в растворе.
Мешающие ионы должны быть разделены или связаны в сильные комплексы, которые не подвержены электрохимическому восстановлению в аналитических условиях. Электрогравиметрический анализ используется для определения меди из растворов серной кислоты в присутствии азотной кислоты, серебра и кадмия из растворов цианогена, никеля из растворов аммиака и других элементов.
Смотрите также:
Решение задач по аналитической химии
| Потенциал разложения и перенапряжения | Электролиз на ртутном катоде |
| Схема установки для электролиза | Внутренний электролиз |
