ELEKTROOSADZANIE STOPU (BRĄZU) I. ODCZYNNIKI I SPRZĘT:

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 2 ELEKTROOSADZANIE STOPU (BRĄZU) I. ODCZYNNIKI I SPRZĘT: - zasilacz - woltomierz - amperomierz - elektrolizer - roztwór 0,08 M CuSO 4 5 H 2 O + 0,05 M Na 4 P 2 O 7 10 H 2 O - roztwór 0,1 M SCl 2 2 H 2 O + 0,05 M Na 4 P 2 O 7 10 H 2 O - roztwór do elektroosadzaia stopu - stęż. HNO 3 - stęż. NH 3-0,1 M CuSO 4 5 H 2 O II.WYKONANIE ĆWICZENIA: Pokrycie stopem miedzi i cyy (brązem) wykouje się w celu ochroy przed korozją, a także w celu dekoracji przedmiotów metalowych. W roztworach kwaśych potecjały redukcji miedzi i cyy różią się o ok. 0,5 V. Stąd rówoczese osadzaie ich a elektrodzie odbywa się w roztworach zawierających kompleksy tych metali. W tym celu dodaje się do roztworu cyjaki, feylosulfolay, fluoroboray lub pirofosforay. Te ostatie są ajmiej toksycze. Celem ćwiczeia jest wykoaie katodowych krzywych polaryzacji Cu i S, a astępie wykoaie elektroosadzaia brązu a elektrodzie i określeie składu stopu. Po zmotowaiu układu elektryczego, przed włączeiem go do sieci, jego poprawą kostrukcję kosultujemy z prowadzącym ćwiczeia. UWAGA: amperomierz włączamy do obwodu szeregowo, atomiast woltomierz rówolegle. a. Badaie katodowych krzywych polaryzacji miedzi i cyy w środowisku pirofosforaów. Skostruować układ pomiarowy według schematu: + - ELEKTROLIZER Z V + - A Z - zasilacz V - woltomierz katoda - A - amperomierz + aoda E - elektrolizer Pt Pb lub St aoda katoda mieszadło E maget.

2 Katodę staowić będzie blaszka platyowa, a aodę blaszka wykoaa z ołowiu lub stali ierdzewej. Układ ależy zmotować tak, aby móc kotrolować zarówo atężeie prądu, jak i apięcie. Elektrolizer apełić badaym roztworem miedzi(ii). Wykoać potecjometrycze pomiary (co 0,1 V) zależości i = f (E), przy czym atężeie prądu (i) odczytywać po 10 sekudach od chwili ałożeia potecjału. Polaryzację elektrod zakończyć, gdy atężeie prądu płyącego w obwodzie przekroczy wartość 400 ma. Pomiar ależy powtórzyć dla roztworu cyy(ii), po uprzedim oczyszczeiu elektrody platyowej stężoym kwasem azotowym. Wyiki umieścić w tabelkach: L. P. Napięcie (E) (V) Natężeie prądu (i) (ma) 1 2 Sporządzić wykresy zależości i = f (E). Na podstawie wykresów wskazać obszar prądowoapięciowy wydzielaia stopu. b. Badaie wpływu gęstości prądu a skład stopu. Elektroosadzaie brązu wykoujemy a elektrodzie platyowej staowiącej katodę. Aodą jest blaszka ze stali kwasoodporej lub ołowiu. Przed zmotowaiem układu ależy zważyć katodę. Układ motujemy taki jak poprzedio. Na amperomierzu ustawiamy takie atężeie prądu jakie wyliczymy a podstawie gęstości prądu, przy której będziemy prowadzić proces dla aszych waruków doświadczalych. Wykoujemy dwie elektrolizy, pierwszą przy gęstości prądu 150 A/m 2, drugą przy gęstości prądu 300 A/m 2. Stop osadzamy przez 20 mi. mieszając a mieszadle magetyczym roztwór do elektroosadzaia stopu. W trakcie elektrolizy roztwór ogrzewamy do temp. ok. 50 C. c. Ozaczaie składu brązu Po wykoaiu każdego elektroosadzaia, katodę ostrożie zaurzyć do wody destylowaej, astępie acetou i wysuszyć. Następie ją zważyć. Otrzymay stop rozpuścić w 2-5 cm 3 HNO 3 (1:1), a roztwór ogrzać pod wyciągiem w celu odpędzeia tleków azotu. Otrzymay roztwór przeieść ilościowo do kolbki miarowej o poj. 50 cm 3, dodać 5 cm 3 stęż. amoiaku i uzupełić wodą destylowaą do kreski, astępie pobrać z tej kolbki 5 cm 3 roztworu do iej kolbki o poj. 50 cm 3, dodać 5 cm 3 stęż. amoiaku i uzupełić wodą destylowaą do kreski (roztwór baday). Wykoać krzywą wzorcową. W tym celu do 5 kolbek o poj. 50 cm 3 przeieść kolejo: 0,0 cm 3 ; 0,5 cm 3 ; 2,0 cm 3 ; 4,0 cm 3 ; 6,0 cm 3 0,1 M CuSO 4 (roztworu wzorcowego), dodać po 5 cm 3 stęż. amoiaku i uzupełić wodą destylowaą do kreski. Pomiar absorbacji wykoać przy długości fali λ = 615 m. Następie zmierzyć absorbację badaego roztworu. Obliczyć skład procetowy stopu w: % wag. Cu, % wag. S. III. OPRACOWANIE WYNIKÓW: 1. Sporządzić wykresy i = f (E) dla kompleksów Cu(II) i S(II). 2. Opisać otrzymae krzywe i wytłumaczyć ich przebieg. 3. Sporządzić krzywą wzorcową A = f (c Cu ). 4. Obliczyć skład procetowy stopu. 5. Obliczyć wydajość prądową procesu elektroosadzaia stopu.

3 ĆWICZENIE 3 UTLENIANIE ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH CEREM (IV) REGENEROWANYM ANODOWO I. ODCZYNNIKI I SPRZĘT: - elektrolizer z platyową aodą w kształcie walca i wydzieloą przestrzeią katodową - (katoda - drut platyowy) - zasilacz - amperomierz - zegar cyfrowy - mieszadło magetycze - pipeta jedomiarowa 2 cm 3 - pipeta wielomiarowa 1cm 3-0,4M roztwór kwasu (1/2 H 2 C 2 O 4 ) - aolit: M roztwór Ce(III) w 2,5M roztworze HClO 4 - katolit: 2,5M roztwór HClO 4 - wybór związków orgaiczych do utleiaia (hydroksyaldehydy, hydroksykwasy, ketokwasy). II. WYKONANIE ĆWICZENIA UWAGA I: Przed włączeiem zasilaia ależy prowadzącemu zajęcia pokazać zbudoway obwód. UWAGA II: Żółtą barwę ajlepiej moża zaobserwować stosując jako tło białą kartkę papieru. Wszystkie reakcje prowadzi się do tego samego odcieia koloru żółtego. 1. Zmotować układ pomiarowy składający się z szeregowo połączoego elektrolizera, amperomierza i zasilacza. Układ taki przedstawia schemat: Z elektrolizer Z - zasilacz + - A - amperomierz E - elektrolizer E A aoda (+) katoda (-) aoda + - katoda mieszadło

4 2. Do przestrzei aodowej wprowadzić powoli przez otwór w wieczku roztwór kwasu szczawiowego do zaiku żółtej barwy aolitu. Ustawić stabilizator prądu zasilacza w pozycji 0,4A, włączyć zasilacz i ustalić pokrętłem stabilizatora atężeie prądu rówe 0,4A. Zaotować przyłożoe apięcie i obserwować elektrolit. W momecie pojawieia się barwy żółtej przerwać proces elektrolizy przez wyłączeie zasilacza (mamy tzw. pukt zerowy). 3. Następie do przestrzei aodowej wprowadzić 2 cm 3 roztworu H 2 C 2 O 4. Postępując jak podao wyżej zmierzyć czas trwaia elektrolizy przy atężeiu prądu a) 0,4A (zasilacz włączamy rówocześie z zegarem). Opisae czyości powtórzyć prowadząc elektrolizę przy atężeiu prądu b) 0,2 i c) 0,1A. Pojawiające się żółte zabarwieie aolitu powio być trwałe przez ok. 1 mi. W przypadku zaiku barwy w krótszym czasie ależy kotyuować elektrolizę. 4. Zgłosić się do prowadzącego po baday związek. Odważyć trzy próbki (I sposób) i dwie próbki (II sposób) tego związku o ilości odpowiadającej ok. 0,3 mmola (masa musi być dokładie zaa, obliczeia przedstawić prowadzącemu zajęcia). Odważoą ilość substacji wprowadzić do przestrzei aodowej elektrolizera. Dalszy sposób postępowaia zależy od rodzaju otrzymaej substacji (skosultować z prowadzącym). I SPOSÓB (p. dla kwasu wiowego) ( 50 mg): Wykoać elektroutleiaie w sposób opisay powyżej przy atężeiu prądu i = 0,4 A. Zaotować czas trwaia elektrolizy (tj. czas do mometu pojawieia się lekko żółtego zabarwieia świadczącego o admiarze joów Ce(IV) w roztworze). Ćwiczeie powtórzyć przy atężeiu prądu i = 0,2 A i 0,1 A. II SPOSÓB (p. dla kwasu jabłkowego, kwasu cytryowego)( 30 mg): Wykoać elektroutleiaie przy atężeiu prądu 0,2 A. Elektroutleiaie prowadzić jeszcze 10 miut po pojawieiu trwałego lekko żółtego zabarwieia. Zaotować całkowity czas trwaia elektrolizy. Następie, po 10 miutach odmiareczkować admiar wytworzoego ceru(iv) wprowadzając kroplami do aolitu roztwór H 2 C 2 O 4 (roztwór musi być itesywie mieszay). Zaotować zużytą objętość kwasu (titrata). Po zakończeiu miareczkowaia przeprowadzić elektrolizę roztworu (przy tym samym atężeiu prądu) do poowego pojawieia się żółtego zabarwieia roztworu. Zaotować czas dodatkowej elektrolizy. Ćwiczeie powtórzyć dla atężeia prądu 0,1A. I. OPRACOWANIE WYNIKÓW: 1. Napisać rówaie reakcji Ce(IV) z joami szczawiaowymi C 2 O Na podstawie zajomości wartości atężeia prądu, czasu trwaia elektrolizy i ilości milimoli użytych joów szczawiaowych obliczyć wydajość procesu regeeracji Ce(IV) dla poszczególych (trzech) atężeń prądu; 3. (dla sposobu II) Obliczyć admiar wytworzoego ceru(iv). 4. Obliczyć czas potrzeby do utleieia badaej substacji cerem(iv) regeerowaym przy daym atężeiu prądu (uwzględiając czas dodatkowej elektrolizy); 5. Obliczyć elektroowość reakcji utleiaia badaej substacji cerem(iv), uwzględiając wyzaczoą dla daego prądu wydajość reakcji regeeracji Ce(IV). Uzyskaą z dwóch (trzech) pomiarów wartości elektroowości reakcji uśredić i zaokrąglić do liczby całkowitej; 6. Zapropoować sumarycze rówaie reakcji badaej substacji z joami ceru(iv).

5 ĆWICZENIE 7 EKSTRAKCJA JONÓW Cd 2+ Z WODY DO CHLOROFORMU (LIGAND DITIZON) I. PRZYGOTOWANIE ROZTWORÓW DITIZONU Odważyć a wadze aalityczej 35 mg ditizou i rozpuścić w 50 cm 3 chloroformu (roztwór 1). Przez rozcieńczeie chloroformem odpowiedich objętości roztworu 1 sporządzić: a) 20 cm 3 roztworu zawierającego 17,5 mg ditizou w 50 cm 3 chloroformu (roztwór 2), b) 80 cm 3 roztworu zawierającego 8,75 mg ditizou w 50 cm 3 chloroformu (roztwór 3), c) 20 cm 3 roztworu zawierającego 4,375 mg ditizou w 50 cm 3 chloroformu (roztwór 4). II.WYKONANIE ĆWICZENIA W ćwiczeiu do badaia zależości procesu ekstrakcji od zmiay ph stosuje się roztwór HClO 4 o stężeiu ok M. Do sporządzeia roztworu F ależy użyć 0,05 cm 3 tego kwasu i 0,95 cm 3 wody - pozostałe składiki ie ulegają zmiaie w stosuku do pierwotego opisu. ph roztworów D, F i G ależy zmierzyć przy użyciu ph-metru. W tym celu ależy ph-metr wykalibrować a dwa bufory o ph=7 lub 8 oraz 3 lub 4. Dokłade wskazówki udzieli prowadzący zajęcia. Należy pamiętać o każdorazowym opłukaiu elektrody oraz wytarciu jej ligią do sucha. Po przelaiu roztworu wodego do zlewek odczy odczytuje się bezpośredio a mieriku. UWAGA I: do roztworów D, F i G dodać asycoy roztwór siarczyu sodowego dopiero po zmierzeiu ph. UWAGA II: każda z poszczególych pipet może być użyta tylko do roztworu według ozaczeia a iej. 1. Przeieść do kalibrowaej probówki A 10 cm 3 chloroformu i 10 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+ oraz 1 cm 3 wody. Wytrząsać przez 20 mi. Zostawić do rozdzieleia się faz. Następie fazę wodą (6 cm 3 ) przeieść do zlewki A i dodać asycoy roztwór siarczyu sodowego (3 cm 3 ), a po 0,5 godz. wykoać polarogram (roztwór A). 2. Przeieść do kalibrowaej probówki B 10 cm 3 roztworu 1, 10 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+ i 1 cm 3 wody. Dalej jak w pkt. II.1. - (roztwór B). 3. Przeieść do kalibrowaej probówki C 10 cm 3 roztworu 2, 10 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+ i 1 cm 3 wody. Dalej jak w pkt. II.1. (roztwór C). 4. Przeieść do kalibrowaej probówki D 10 cm 3 roztworu 3, 10 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+ i 1 cm 3 wody. Dalej jak w pkt. II.1. (roztwór D).

6 5. Przeieść do kalibrowaej probówki E 10 cm 3 roztworu 4, 10 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+ i 1 cm 3 wody. Dalej jak w pkt. II.1. (roztwór E). 6. Przeieść do kalibrowaej probówki F 10 cm 3 roztworu 3, 10 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+, 0,05 cm 3 roztworu HClO 4 o stęż. 2, mol/l i 0,95 cm 3 wody. Dalej jak w pkt. II.1. (roztwór F). 7. Przeieść do kalibrowaej probówki G 10 cm 3 roztworu 3, 10 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+ i 1 cm 3 roztworu HClO 4 o stęż. 2, mol/l. Dalej jak w pkt. II.1. (roztwór G). 8. Do 5,45 cm 3 wyjściowego roztworu Cd 2+ dodać 0,55 cm 3 wody, 3 cm 3 asycoego roztworu siarczyu sodowego i po upływie 0,5 godz. wykoać polarogram (WZ). Nie zmieiając czułości wykoać astępie polarogramy roztworów A-G. III. OPRACOWANIE WYNIKÓW: Proces ekstrakcji jest procesem rówowagowym, który moża opisać rówaiem (zakładając, iż odczyik chelatujący jest kwasem jedozasadowym): Me + (aq) + HL (o) MeL (o) + H + (aq) Ideks aq ozacza warstwę wodą, o - orgaiczą. Rówowaga ta jest opisaa rówaiem: K = + [ MeL ] [ H o ] + [ Me ] [ HL] Podczas ekstrakcji substacja ekstrahowaa (Cd 2+ ) rozdziela się pomiędzy dwie ie mieszające się z sobą fazy zgodie z prawem podziału Nersta. Najdogodiej podział moża opisać wprowadzając pojęcie współczyika ekstrakcji D: aq aq o D = c c Me( o) Me( aq) c Me(o) ozacza całkowite (aalitycze) stężeie joów metalu w fazie orgaiczej, c Me(aq) w fazie wodej. Poieważ stężeia joów Cd 2+ są liiowo powiązae z wysokością fali polarograficzej, proste przekształceia prowadzą do wzoru: D h p = h h Me Me w którym h p odpowiada wysokości fali polarograficzej Cd 2+ przed rozpoczęciem ekstrakcji, h Me - po jej zakończeiu. Współczyik ekstrakcji D moża powiązać ze stałą K astępującą zależością: K = D + [ H ] [ HL] Po zlogarytmowaiu i uporządkowaiu otrzymuje się: aq o ( [ ] ) (I) log D = log K + log HL + ph (II) czyli wzór postaci y = b + ax. Umożliwia o wyzaczeie log K oraz wartości z rówaia reakcji. Należy pamiętać, iż zależość ma charakter liiowy tylko w ograiczoym zakresie o

7 ph. Każdy układ ekstrakcyjy posiada charakterystyczą wartość ph przy której D = 1 (log D = 0), ozaczaą jako ph 1/2 i rówą: 1. NA PRACOWNI: 1 ph1/ 2 = log K log[ HL] o (III) 1.1 Zapisać wartości ph roztworów D, F i G. 2. PO ZAJĘCIACH: 2.1 Odczytać z wykresów wysokości fal polarograficzych h i a podstawie wzoru (I) dla roztworów A-G obliczyć współczyiki ekstrakcji D. 2.2 Na podstawie zależości: E = D D V 100% aq + Vo Obliczyć dla każdego z powyższych roztworów procet ekstrakcji E. Otrzymae wartości D i E zamieścić w tabeli. 2.3 Stosując metodę ajmiejszych kwadratów obliczyć a podstawie rówaia (II), dla pomiarów roztworów D, F oraz G wartość log K oraz. Przyjąć [HL] o = c dit (aalityczemu stężeiu ditizou). Wartość zaokrąglić do ajbliższej liczby całkowitej. Otrzymay logk porówać z daymi tablicowymi. 2.4 Sporządzić wykresy zależości logd=f(log c dit ) (dla roztworów B-E) oraz logd=f(ph) (dla roztworów D, F i G). 2.5 Na podstawie rówaia (III) obliczyć wartość ph 1/2 dla badaego układu. 2.6 Podać pełe rówaie reakcji ekstrakcji joów Cd(II) ditizoem. Narysować wzór strukturaly kompleksu Cd(II) z ditizoem. 2.7 Podać wioski dotyczące efektywości procesu ekstrakcji Cd(II) chloroformowym roztworem ditizou (optymale waruki).

8 ĆWICZENIE 8 SYNTEZA SZCZAWIANOWEGO KOMPLEKSU Fe(III). OZNACZANIE JEGO SKŁADU ILOŚCIOWEGO. I. SPRZĘT: - zlewki 600 cm 3, 2 x 400 cm 3, 150 cm 3, 4 x 100 cm 3 - kolba miarowa 100 cm 3-2 biurety 10 cm 3 - pipety: jedomiarowa 20 cm 3, wielomiarowe 5 i 10 cm 3 - lejek, bagietka, bibuła filtracyja II. WYKONYWANE CZYNNOŚCI: UWAGA: Należy dokładie czasowo rozplaować eksperymet! 1. Syteza kompleksu 12,2 g BaCl 2. 2H 2 O rozpuścić w 250 cm 3 wody destylowaej. W drugiej zlewce w idetyczej ilości wody rozpuścić 9,2 g K 2 C 2 O 4. H 2 O. Otrzymay roztwór wlać do roztworu chlorku baru. Wytrącoy osad oddzielić od roztworu, sącząc go przez bibułę filtracyją. Otrzymay osad przemyć małą ilością zimej wody, a astępie przeieść go do zlewki 400 cm 3. W drugiej zlewce rozpuścić w 150 cm 3 wody 5,5 g Fe 2 (SO 4 ) 3 i 9 g K 2 C 2 O 4. H 2 O. Roztwór te wlać do zlewki z osadem. Całość ogrzewać a maszyce elektryczej, przyajmiej przez 30 mi od mometu rozpoczęcia wrzeia roztworu. Następie osad odsączyć a gorąco, zbierając przesącz do czystej zlewki o pojemości 150 cm 3. Przesącz zatężyć a maszyce elektryczej do objętości maks. 50 cm 3. Roztwór pozostawić do krystalizacji w łaźi lodowej lub w lodówce. Otrzymae kryształy oddzielić od roztworu i suszyć w temperaturze pokojowej. Po wysuszeiu (a astępej pracowi) zważyć otrzymay osad. 2. Ozaczaie jego składu ilościowego Na wadze aalityczej odważyć ok. 0,30 ± 0,05 g kompleksu (wyik zaotować). Odważkę przeieść do kolby miarowej o pojemości 100 cm 3 i uzupełić wodą do kreski (roztwór A). Magaometrycze ozaczeie zawartości joów szczawiaowych Do kolby Erlemayera przeieść odmierzoe pipetą jedomiarową 20 cm 3 roztworu A i dodać do iego 5 cm 3 2 M H 2 SO 4. Roztwór podgrzać do temperatury o C i miareczkować a gorąco miaowaym roztworem KMO 4 o stężeiu 0,02 M. Ozaczeie powtórzyć. Jodometrycze ozaczeie zawartości żelaza(iii) Do kolby Erlemayera przeieść, odmierzoe pipetą jedomiarową, 20 cm 3 roztworu A i dodać do iego 5 cm 3 2M H 2 SO 4. Następie po dodaiu 5 cm 3 2M KI roztwór odstawić w cieme miejsce. Po upływie 10 miut roztwór miareczkować miaowaym 0,025 M roztworem Na 2 S 2 O 3 stosując jako wskaźik skrobię. Ozaczeie powtórzyć.

9 III.OPRACOWANIE WYNIKÓW: 1. Obliczyć masę i liczbę moli joów szczawiaowych w pobraej próbce. Obliczeia przeprowadzić dla uśredioej wartości objętości titrata. 2. Obliczyć masę i liczbę moli joów żelaza (III) w pobraej próbce. Obliczeia przeprowadzić dla uśredioej wartości objętości titrata. 3. Obliczyć procetową zawartość joów szczawiaowych i żelaza (III) w kompleksie oraz liczbę moli joów szczawiaowych przypadających a 1 mol żelaza (III) - (wyik zaokrąglić do wartości całkowitej). 4. Biorąc pod uwagę, iż wzór kompleksu posiada ogóly wzór: K x Fe(C 2 O 4 ) y. zh 2 O oraz a podstawie wcześiej przeprowadzoych w pukcie 3 obliczeń, wyzaczyć wartości x, y i z oraz zapropoować ostateczy wzór sumaryczy kompleksu (wartość z zaokrąglić do 0,5). 5. Obliczyć wydajość reakcji sytezy kompleksu.