Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Потенциометрический метод анализа





Гальванические элементы (Г.Э.) - устройства, преобразующие энергию химических реакций в электрическую энергию.

Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом А(-).

Электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом К(+).

ЭДС Г.Э. (Е) – максимальное напряжение электрического поля, соответствующее обратимому протеканию реакции.

Считают, что стандартный электродный потенциал φ0 = 0 В для стандартного водородного электрода (платиновая пластинка, покрытая губчатой платиной, опущена в раствор кислоты (а(Н+) = 1 моль/л) и омывается потоком водорода (р(Н2) = 1 бар). Стандартная температура 298К.

За условную величину, характеризующую потенциал данного электрода, принимают ЭДС Г.Э., составленного из этого электрода и стандартного водородного электрода.

Стандартным потенциалом данного электрода0) называется электродный потенциал его, когда активности всех ионов, определяющие электродный процесс, равны 1 моль/л; их значения приведены в справочниках.

Электродные потенциалы при других условиях рассчитывают по уравнению: RT [Ox]

φ = φ0 + ------ lg ----------, (2.1)

nF [Red]

R = 8,31Дж/(моль К) - унив.газовая постоянная

F = 96485 Кл – постоянная Фарадея

n – число электронов, участвующих в процессе окисления (восстановления)

[Ox] и [Red] – активности окисленной и восстановленной форм, соответственно.

 

Для процессов, протекающих при температуре 298К по уравнению: Ме – nе- → Меn+

уравнение (2.1) принимает вид:

φ = φ0 + (0,059/n) lg [Ox] = φ0 + (0,059/n) lg [Меn+], (2.2)

 

ЭДС элемента вычисляют по формуле:

Е = φ(катода) – φ(анода) (2.3)

 

Потенциометрия – электрохимический метод анализа, основанный на измерении потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор, или, иначе, определении концентрации иона по величине ЭДС Г.Э.

Для потенциометрического анализа используют Г.Э., состоящие из индикаторного электрода и электрода сравнения. Потенциал первого зависит от концентрации определяемого иона в растворе, а потенциал второго нечувствителен к концентрации этого иона. Т.е., ЭДС элемента зависит только от концентрации определяемого (потенциалопределяющего) иона в растворе.

Прямая потенциометрия – измерение точной величины ЭДС Г.Э., по которой можно определить концентрацию потенциалопределяющего иона в растворе. Прямая потенциометрия широко применяется для определения рН растворов. Например, при использовании водородного электрода (электродный процесс 2Н+ + 2е- → Н2):

φ = φ0 + 0,059 lg [Ox] = 0 + 0,059 lg [Н+] = - 0,059рН

рН = - φ/0,059 (2.4)

Появление ионселективных электродов привело к разработке методов потенциометрического определения других ионов.

Потенциометрическое титрование основано на том, что изменение концентрации ионов в процессе титрования непременно сопровождается изменением потенциала электрода, погруженного в титруемый раствор. Около точки эквивалентности происходит скачок потенциала, фиксируемый потенциометром. Электрод сам служит индикатором и называется индикаторным электродом.

Стандартный водородный электрод не всегда удобен для технических измерений, поэтому для измерения рН в качестве индикаторного обычно применяют хингидронный, сурьмяный или стеклянный электроды.

В данной работе используется стеклянный индикаторный электрод трубка с тонкостенным шариком из специального стекла на конце. Внутри шарика буферный раствор и погруженный в него металлический электрод. После хранения в сухом виде стеклянный электрод вымачивают в 0,1М растворе соляной кислоты в течение 24 часов. Перед измерениями электрод калибруют, пользуясь буферными растворами с известными значениями рН, проверяют правильность калибровки по третьему буферному раствору с известным рН. В перерывах между измерениями электрод хранят в растворе для вымачивания или в дистиллированной воде.

В качестве электродов сравнения используют электроды 2-го рода, чаще всего:

- насыщенный каломельный электрод сравнения – система из металлической ртути и каломели HgCl2 в насыщенном растворе хлорида калия;

- насыщенный хлорсеребряный электрод сравнения – металлическое серебро, покрытое тонким слоем хлорида серебра, погруженное в насыщенный раствор хлорида калия;

В настоящее время для измерения рН часто используют комбинированные электроды, в которых совмещены индикаторный электрод и электроды сравнения.

Электроды сравнения и комбинированные электроды в перерывах между измерениями хранят в насыщенном растворе хлорида калия.

 

Оборудование и посуда: рН-метр; стеклянный электрод (индикаторный); электрод сравнения; магнитная мешалка, магниты; бюретка; стаканчики узкие для титрования на 100 мл; пипетки на 10 мл и 20 мл; мерные колбы на 100 мл.

 

Реактивы и материалы: стандартные буферные растворы; соляная кислота 0,1 н раствор; растворы гидроксида натрия № 1-4 (с неизвестной концентрацией) – по указанию преподавателя; гидроксид натрия (техн.); гидроксид калия (техн.); раствор гидроксида натрия, 1 н.; раствор гидроксида натрия, 0,1 н.; лимонная кислота; уксусная кислота, конц.; растворы, содержащие соляную и борную кислоты (с неизвестной концентрацией) – по указанию преподавателя; глицерин.

Ход работы:

Перед началом работы провести калибровку электрода по стандартным буферным растворам (см. инструкцию).

 

Опыт 1. Определение концентрации раствора гидроксида натрия методом потенциометрического титрования.

Цель опыта: определить концентрацию щелочи в растворе

1. Заполнить бюретку 0,1 н раствором соляной кислоты.

2. В стаканчик для титрования внести отмеренные пипеткой 30 мл раствора гидроксида натрия неизвестной концентрации (№ 1- 4 по указанию преподавателя).

3. Поместить в стаканчик магнит, поставить стаканчик на магнитную мешалку, опустить в раствор электроды, учитывая, что магнит не должен касаться электродов при перемешивании. Электрод сравнения должен быть погружен в раствор ниже индикаторного на несколько мм. Измерить и записать значение рН раствора щелочи.

4. Включить мешалку, отрегулировать скорость перемешивания и провести титрование раствора NaOH 0,1 н раствором соляной кислоты до рН 7,0 (точка эквивалентности при титровании щелочей сильной кислотой и наоборот).

5. Проведя титрование 2-3 раза (при сходимости результатов), определить объем соляной кислоты, пошедший на титрование, и рассчитать нормальность раствора NaOH по закону эквивалентов.

6. Вычислить значение рН раствора щелочи и сравнить с экспериментальным значением.

7. Рассчитать массовую долю раствора щелочи, приняв плотность равной 1 г/мл.

8. Оформить результаты, сделать вывод.

 

Опыт 2. Определение содержания примесей в щелочах.

Щелочи NaOH и КОН являются гигроскопичными веществами и поглощают водные пары из воздуха, Кроме того, при хранении происходит взаимодействие указанных веществ с СО2 воздуха:

2NaOH + СО2 à Na2СО3 + Н2О

2КOH + СО2 à К2СО3 + Н2О

Для использования щелочей в лаборатории для химических анализов необходимо знать истинное содержание NaOH и КОН в используемой навеске.

В данной работе используется метод потенциометрического титрования: раствор, содержащий некоторое количество основания или кислоты, титруется раствором кислоты или основания, соответственно, до точки эквивалентности. Затем по закону эквивалентов рассчитывается содержание щелочи в растворе.

 

Цель опыта: определить массовую долю примесей в образце щелочи

Ход работы:

1.Проведя расчеты, приготовить 50-100 г 5-8%-ного раствора щелочи (по указанию преподавателя), взвесив необходимое количество щелочи и добавив необходимую массу дистиллированной воды. Используя мерную посуду (пипетки и мерные колбы), разбавить раствор в 10 раз.

2. Определить нормальную концентрацию разбавленного раствора щелочи методом потенциометрического титрования:

- Заполнить бюретку 0,1 н раствором соляной кислоты.

- В стаканчик для титрования внести отмеренные пипеткой 30 мл разбавленного раствора щелочи.

- Поместить в стаканчик магнит, поставить стаканчик на магнитную мешалку, опустить в раствор электроды, учитывая, что магнит не должен касаться электродов при перемешивании. Электрод сравнения должен быть погружен в раствор ниже индикаторного на несколько мм. Измерить и записать значение рН раствора щелочи.

- Включить мешалку, отрегулировать скорость перемешивания и провести титрование раствора 0,1 н раствором соляной кислоты до рН 7,0 (точка эквивалентности при титровании щелочи сильной кислотой или наоборот).

- Проведя титрование не менее 3-ех раз (при сходимости результатов), определить средний объем соляной кислоты, пошедший на титрование, и рассчитать нормальность разбавленного раствора щелочи по закону эквивалентов.

3. Рассчитать массовую долю примесей во взятом образце, приняв плотность раствора равной 1 г/мл.

4. Оформить результаты, сделать вывод.

 

Опыт 3. Определение точки эквивалентности слабой кислоты по кривой титрования.

Цель опыта: построить кривую титрования слабой кислоты (лимонной или уксусной) щелочью и определить точку эквивалентности.

1. Приготовить 100 мл 1 н раствора лимонной или уксусной кислоты (по указанию преподавателя).

2. Заполнить бюретку 1 н раствором гидроксида натрия.

3. В стаканчик для титрования внести отмеренные пипеткой 30 мл раствора 1 н раствора лимонной или уксусной кислоты.

3. Поместить в стаканчик магнит, поставить стаканчик на магнитную мешалку, опустить в раствор электроды, учитывая, что магнит не должен касаться электродов при перемешивании. Электрод сравнения должен быть погружен в раствор ниже индикаторного на несколько мм. Измерить и записать значение рН исходного раствора кислоты.

4. Включить мешалку, отрегулировать скорость перемешивания и провести титрование раствора кислоты 1 н раствором гидроксида натрия, приливая из бюретки по (2-0,5 мл) раствора титранта и отмечая значение рН. При повторных титрованиях уменьшить объемы титранта в области скачка рН до 0,2-0,1 мл.

5. На миллиметровой бумаге построить кривую титрования:

- на оси абсцисс откладывать объем титранта в мл;

- на оси ординат откладывать величину рН.

Определить точку эквивалентности, которая соответствует половине скачка рН на кривой титрования.

6. Используя закон разбавления Оствальда и справочные величины констант диссоциации, рассчитать степень диссоциации кислоты и рН раствора (до начала титрования). Для лимонной кислоты учитывать только диссоциацию по первой стадии.

7. Рассчитать теоретическое значение рН в точке эквивалентности.

8. Оформить результаты, сделать вывод.

 

Примечания.

1. Ярче точка эквивалентности проявляется при использовании более концентрированных растворов.

2. В качестве титрантов используют растворы сильных кислот и оснований, так как при титровании слабым электролитом кривая титрования имеет более пологий ход и точка эквивалентности выявляется недостаточно резко. Нормальности титранта и титруемого раствора одинаковы.

3. При титровании одноосновной слабой кислоты сильным основанием точка эквивалентности сдвинута в область с рН>7,0, причем тем сильнее, чем слабее кислота. Кислота с Кд <10-8, оттитрована быть не может.

4. При титровании слабого основания сильной кислотой точка эквивалентности сдвинута в область с рН<7,0, причем тем сильнее, чем слабее основание.

5. При титровании многоосновных кислот отчетливые скачки титрования, соответствующие постадийному титрованию протонов, наблюдаются, только если ΔрКд ≥ 4. В противном случае на кривой титрования наблюдается один скачок, соответствующий оттитровыванию сразу всех протонов многоосновной кислоты.

 

Опыт 4. Определение хлороводородной и борной кислот в их смеси.

Определение основано на последовательном титровании кислот раствором гидроксида натрия. Борную кислоту нельзя оттитровать непосредственно, вследствие малого значения константы диссоциации (рКд = 9,24). Однако в присутствии ά-диолов (глицерина, маннита и некоторых других веществ) кислотные свойства борной кислоты усиливаются, и ее титрование в водном растворе становится возможным. Это объясняют образованием комплексных соединений вследствие наличия у атома бора свободной орбитали:

 

 

Одна связь В-О-С соответствует образованию простой эфирной связи, другая связь В-О-С образуется по донорно-акцептоному механизму.

Благодаря этому свойству борной кислоты удается провести также дифференцированное титрование ее смеси с какой-либо сильной кислотой (например, НСl). Сначала титруют смесь без добавления ά-диола, при этом оттитровывается только сильная кислота. После этого добавляют в раствор, например, глицерин и оттитровывают Н3ВО3 как одноосновную кислоту.

Цель опыта: определить массу НСl и Н3ВО3 в их смеси.

Титрование проводить согласно правилам, приведенным в опытах 1-3.

1. Перенести в стакан для титрования 30 мл исследуемого раствора, содержащего НСl и Н3ВО3 и титровать 0,1 н раствором NaOH, приливая из бюретки по (2-0,5 мл) раствора титранта и отмечая значение рН.

2. После скачка рН добавить 1,5-2 мл раствора-титранта, затем прилить 10 мл глицерина и продолжить титрование до второго скачка значения рН.

3. Повторить титрование еще два раза. При повторных титрованиях уменьшить объемы титранта в области скачка рН до 0,2-0,1 мл.

4. На миллиметровой бумаге построить кривую титрования:

- на оси абсцисс откладывать объем титранта в мл;

- на оси ординат откладывать величину рН.

и дифференциальную кривую титрования:

- на оси абсцисс откладывать объем титранта в мл;

- на оси ординат откладывать величину ΔрН/ΔV.

 

Определить точки эквивалентности, которые соответствуют скачкам рН на кривой титрования или точкам перегиба на дифференциальной кривой титрования.

5. По графику найти V1 - объем щелочи, затраченный на титрование НСl (1-ая точка эквивалентности), и V2 - объем щелочи, затраченный на титрование суммы НСl и Н3ВО3 (2-ая точка эквивалентности). (V2 – V1) – соответствует объему щелочи, затраченному на титрование борной кислоты. Рассчитать нормальную концентрацию исследуемого раствора по обеим кислотам и массы кислот в 100 мл исследуемого раствора.

6. Оформить результаты, сделать вывод.

Лабораторная работа № 3







ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.