всак. Потенциометрия_пособие. Санктпетербургский государственный химикофармацевтический университет кафедра аналитической химии
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
4.2. Определение хлороводородной и борной кислот ЦЕЛЬ РАБОТЫ определить содержание хлороводородной и борной кислот при их совместном присутствии методом алкалиметрического титрования с потенциометрической индикацией конечной точки титрования. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ В отчете по лабораторной работе приведите 1) Ограничения метода кислотно-основного титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований. Как эти ограничения влияют на возможность тирования смеси хлороводородной и борной кислот 2) Химическую реакцию борной кислоты с маннитом. 3) Схему гальванического элемента, применяемого для измерения рН. 4) Уравнения процессов, протекающих на электродах. 5) Механизм возникновения потенциала на стеклянном электроде. Укажите причины отклонения водородной функции электрода от линейной зависимости в сильнокислой и сильнощелочной областях. ОБОРУДОВАНИЕ И РЕАКТИВЫ рН-метр, оснащенный стеклянными хлоридсеребряным электродами магнитная мешалка штатив c бюреткой вместимостью 25 мл пипетка вместимостью 20.00 мл стаканы вместимостью 100 мл (2 шт мерная колба вместимостью 100.0 мл фильтровальная бумага промывалка; стандартный 0.1 М раствор NаОН; маннит ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Исследуемый раствор, полученный в мерной колбе вместимостью 100.0 мл, доведите до метки дистиллированной водой и тщательно перемешайте. 43 2. Аликвотную часть этого раствора 20.00 мл перенесите пипеткой в стакан. 3. В раствор погрузите магнитную вертушку и предварительно промытые электроды. При работе со стеклянным электродом старайтесь не допускать любых механических воздействий на стеклянную мембрану, толщина которой составляет около 100 мкм. Любая микротрещина на мембране полностью выводит электрод из строя. 4. Проведите ориентировочное титрование 0.1 М раствором щелочи, прибавляя его из бюретки по 1 мл. Добавляемые объемы щелочи и соответствующие значения рН запишите в Таблицу. По максимальному изменению рН определите область первого скачка, отвечающего нейтрализации хлороводородной кислоты, и добавьте еще 2-3 мл щелочи. Затем в этот раствор (не вынимая из него электроды) внесите 0.5 г маннита и продолжайте титрование до второго скачка рН, соответствующего титрованию борноманнитовой кислоты. 5. Проведите ТРИ более точных титрования исследуемого раствора в тех же условиях, прибавляя титрант в области скачка по 0.1 мл. Объемы добавляемой щелочи и измеряемые значения рН занесите в таблицу 1. 6. По экспериментальным данным вычислите значения ∆ рН, ∆ V и ∆ рН/ ∆ V и занесите их в таблицу 1. Таблица. Результаты титрования 20.00 мл раствора, содержащего HCl и Объем титранта, мл ∆ V=V i+1 -V i pH ∆ рН=pH i+1 -pH i ∆ рН/ ∆ V 0.00 --- --- --- 1.00 1.00 2.00 1.00 2.50 0.50 44 7. Постройте интегральные pH = f{V(NaOH)} и дифференциальные ∆ рН/ ∆ V = f{V(NaOH)} кривые титрования. По максимумам на дифференциальных кривых определите объемы титранта, соответствующие первой и второй точкам эквивалентности V 1 и V 2 8. Для каждого точного титрования рассчитайте содержание (г) хлороводородной и борной кислот в исследуемом растворе с учетом того, что на титрование хлороводородной кислоты пошел объем тиранта V 1 , а на титрование борной кислоты – (V 2 – V 1 ). 9. Вычислите среднее значение массы (г) каждой кислоты в пробе, относительное стандартное отклонение и доверительный интервал. 45 4.3. Определение содержания фторида натрия методом добавок ЦЕЛЬ РАБОТЫ определить содержания фторид-ионов вводных растворах методом стандартных добавок с помощью фторидселективного электрода. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ В отчете по лабораторной работе приведите 1) Схему гальванического элемента, применяемого в данной работе для измерения концентрации фторид-ионов. 2) Уравнения процессов, протекающих на индикаторном электроде и электроде сравнения. 3) Схему устройства фторид-селективного электрода. Какое электродноактивное вещество используется в этом электроде 4) Причины, по которым фторид-селективный электрод выполняет фторидную функцию в ограниченном интервале рН. 5) Достоинства и ограничения метода добавок. ОБОРУДОВАНИЕ И РЕАКТИВЫ иономер, оснащенный фторидселективным и хлоридсеребряным электродами магнитная мешалка штатив c полумикробюреткой вместимостью 2 мл пипетки вместимостью 5.00, 10.00 и 25.00 мл мерные колбы вместимостью 50.00 мл (4 шт) и 100.0 мл (1 шт полиэтиленовые стаканы вместимостью 50 мл (7 шт фильтровальная бумага промывалка; 0.1000 М раствор фторида натрия 1.0 М раствор нитрата калия. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. В мерных колбах вместимостью 50.00 мл из исходного 0.1 М раствора фторида натрия приготовьте серию стандартных растворов с концентрацией 0.01; 0.001; 0.0001 моль/л NaF с постоянной ионной силой 0.1 моль/л (KNO 3 ). Для этого используйте метод последовательных разбавлений, те. каждый последующий раствор готовьте разбавлением предыдущего враз. Например, для приготовления 0.01 М раствора поместите аликвотную часть 5.00 мл стандартного 0.1 М раствора NaF в мерную колбу вместимостью 50.00 мл, туда же добавьте 5.00 мл 1.0 М раствора KNO 3 , доведите до метки дистиллированной водой и тщательно перемешайте. Используйте этот раствор для приготовления 0.001 М раствора NaF. Для поддержания постоянной ионной силы добавляйте в каждую колбу по 5.00 мл 1.0 М раствора нитрата калия. 2. Поместите приготовленные стандартные растворы в чистые и сухие полиэтиленовые стаканчики или предварительно ополосните их соответствующим раствором. 3. Погрузите электроды в наиболее разбавленный раствор, после установления равновесия на электродах (3-5 мин) измерьте ЭДС (Е) гальванического элемента с точностью до 1 мВ. Измерьте ЭДС для остальных стандартных растворов. После каждой замены раствора промойте электроды дистиллированной водой и осторожно удалите с них оставшиеся капли фильтровальной бумагой. 4. Измеренные значения ЭДС занесите в Таблицу 1 и постройте градуировочный график в координатах E = f(p[F]). Рассчитайте кспериментальное значение крутизны электродной функции θ из градуировочной зависимости E = const + θ p[F] по методу наименьших квадратов. Таблица 1. Результаты построения градуировочного графика. С) 0.0001 0.001 0.01 0.1 С) 4 3 2 1 E , мВ 5. В исследуемый раствор, полученный в мерной колбе вместимостью 100.0 мл, добавьте 10.00 мл 1.0 М раствора KNO 3 и доведите объем до метки дистиллированной водой. 6. Аликвотную часть 25.00 мл исследуемого раствора поместите в чистый и сухой полиэтиленовый стакан и измерьте ЭДС. Затем из полумикробюретки последовательно внесите ПЯТЬ добавок по 0.2 мл 0.1 М стандартного раствора фторида натрия. Измерьте ЭДС после каждой добавки, перед каждым измерением включите магнитную мешалку на 2-3 мин. 7. Эксперимент повторите еще с двумя пробами исследуемого раствора по 25.00 мл. Рассчитайте содержание (моль/л) фторид-иона в исследуемом растворе, подставляя экспериментальные данные в уравнение (7), раздел 3.1.3. Результаты эксперимента занесите в Таблицу 2. Таблица 2. Результаты определения содержания фторид-ионов. ДОБ, мл 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Смоль л Е, мВ 1 проба 2 проба 3 проба С Х , моль/л 1 проба 2 проба 3 проба 8. Вычислите среднее значение молярной концентрации фторид-иона в пробе, относительное стандартное отклонение и доверительный интервал. 48 5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ 1. Какая зависимость положена в основу потенциометрических методов анализа 2. Для каких окислительно-восстановительных систем применимо уравнение Нернста? 3. Что такое равновесный потенциал и как его можно измерить 4. На какие типы подразделяют электроды в потенциометрии 5. Какими свойствами должны обладать электроды сравнения 6. Каков принцип работы хлоридсеребряного и каломельного электродов сравнения Напишите схемы полулементов и электродные реакции, протекающие на межфазных границах этих электродов 7. Какие индикаторные электроды используют в прямой потенциометрии Какие требования к ним предъявляют 8. Каковы отличия индикаторных электродов I рода от ИСЭ? Назовите металлы, пригодные для изготовления индикаторных электродов. 9. Как устроены мембранные ИСЭ? Поясните на примере стеклянного и фторид-селективного электродов. 10. Какими свойствами должен обладать материал мембраны ИСЭ? 11. Какие характеристики ИСЭ входят в уравнение Никольского-Эйзенмана? Есть ли отличия при записи этого уравнения для электродов, селективных к катионами анионам 12. Что означает термин электродная функция Что такое крутизна электродной функции и отчего она зависит 13. Отчего зависит потенциал асимметрии ИСЭ и как его определить графически 14. Какова зависимость потенциала стеклянного электрода от рН раствора Напишите схему полуэлемента, включающего стеклянный электрод, и потенциалопределяющую реакцию. 49 15. Какой вид имеет графическая зависимость потенциала стеклянного электрода от рН раствора Укажите на графике крутизну электродной функции и потенциал асимметрии. 16. Что такое потенциометрический коэффициент селективности и что он характеризует 17. Почему фторид-селективный электрод выполняет фторидную функцию в ограниченном интервале рН? 18. Почему рН-чувствительной является только хорошо вымоченная стеклянная мембрана 19. Почему результаты измерения рН с применением стеклянных электродов занижены в сильнощелочных растворах Для создания каких электродов использовали этот факт 20. Почему стеклянный электрод дает неправильные результаты при измерении рН в сильнокислых растворах 21. Назовите индикаторные электроды для потенциометрического титрования с использованием реакций • кислотно-основных, • окислительно-восстановительных, осадительных, комплексообразования. 22. Какими способами можно найти конечную точку титрования 23. В каких случаях целесообразно использовать метод Грана при определении ктт? В чем его суть 24. При каком значении ∆ pK a многоосновной кислоты (или двух разных кислот) на кривой потенциометрического титрования будет наблюдаться два выраженных скачка 50 6. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ 1. Коэффициент потенциометрической селективности фторидного электрода по отношению к NO 3- ионам равен 1 × 10 -3 . Рассчитайте минимальную концентрацию фторид-ионов в 0.5 М растворе NO 3- , чтобы наличие последних не сказывалось на работе электрода. Ответ [F - ]=5 × 10 -4 моль/л 2. Рассчитайте потенциал индикаторного водородного электрода относительно стандартного водородного электрода сравнения в 0.01 М растворе HCl. Ответ Е = -0.118 В 3. Рассчитайте потенциал индикаторного водородного электрода относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода сравнения (Е НХСЭ = +0.201 В) в 1 × 10 -3 М растворе HCl Ответ Е = -0.378 В 4. Чему равна молярная концентрация H 2 SO 4 в анализируемом растворе, если потенциал индикаторного водородного электрода относительно стандартного водородного электрода сравнения равен -0.089 В Ответ С) = 1.5 × 10 -2 моль/л 5. Рассчитайте потенциал индикаторного водородного электрода относительно стандартного водородного электрода сравнения в точке эквивалентности при титровании в 0.1 М раствора CH 3 COOH 0.1 М раствором КОН. Ответ Е = -0.563 В 6. Чему равно значение рН в анализируемом растворе, если потенциал индикаторного водородного электрода относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода сравнения (Е НХСЭ = +0.201 В) равен -0.378 В Ответ рН = 3.0 7. Чему равна молярная концентрация HCl и рН в анализируемом растворе, если ЭДС электрохимической ячейки (-) С) = ? ║KCl (насыщ.)│AgCl,Ag (+) равна 0.360 В (Е ХСЭ =+0.201 В Ответ C(HCl) = 2 ⋅ 10 -3 моль/л, рН = 2.7 8. Какова молярная концентрация HCl в анализируемом растворе, если потенциал стеклянного рН-электрода ( θ = 0.055 В) в нем равен +0.110 В, а в 1 ⋅ 10 -2 М стандартном растворе хлороводородной кислоты +0.165 В Ответ C(HCl) = 0.001 моль/л 9. Чему равен потенциал фторидного электрода (const = +0.026 В θ = 0.050 В) относительно насыщенного каломельного электрода сравнения (Е НКЭ = +0.247 В) в 0.001 М растворе фторида натрия Ответ Е = -0.071 В 10. Чему равна молярная концентрация хлорида натрия в анализируемом растворе, если потенциал натриевого электрода (const = +0.232 В θ = 0.055 В) относительно насыщенного каломельного электрода сравнения (Е НКЭ = +0.247 В) равен -0.170 В Ответ C(NaCl) = 1.5 × 10 -3 моль/л 11. Чему равна концентрация HCl в растворе, если ЭДС электрохимической ячейки Ag,AgCl│0.1 моль/л HCl│стекло│анализ.раствор║KCl(насыщ.)│AgCl,Ag равна 0.120 В Для стеклянного электрода потенциал асимметрии равен +0.199 В, крутизна электродной функции 0.055 В, а потенциал насыщенного хлоридсеребряного электрода +0.201 В. Ответ C(HCl) = 6.6 × 10 -3 моль/л 12. Навеску 0.5000 г препарата FeSO 4 ×7H 2 O, содержащего небольшую примесь Fe 2 (SO 4 ) 3 , растворили в мерной колбе вместимостью 100.0 мл в 1.0 М растворе HCl. Потенциал платинового электрода, погруженного в этот раствор, составил 320 мВ относительно насыщенного каломельного электрода (E НКЭ = 0.242 В. Формальный потенциал E 0 ’ (Fe 3+ /Fe 2+ , 1 моль/л HCl)=0.459 В. Рассчитайте массовую долю Fe 2 (SO 4 ) 3 в препарате Ответ ω (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) = 0.32% 13. Потенциал фторидного электрода ( θ = 0.050 В) в анализируемом растворе фторида натрия дои после добавки стандартного раствора NaF (прирост концентрации составил 0.025 моль/л) равен +0.100 и +0.171 В соответственно. Какова молярная концентрация NaF в анализируемом растворе Ответ C(NaF) = 1 ⋅ 10 -3 моль/л 14. В растворе (25.00 мл) с неизвестным содержанием ионов меди потенциал гальванического элемента, составленного из медьселективного и хлоридсеребряного электродов при 25 С равен 190 мВ. После добавки 0.50 мл 0.1500 М раствора Сон вырос до 205 мВ. Известно, что крутизна электродной функции индикаторного электрода на 3 мВ ниже теоретической. Рассчитайте массу меди (мг) в исходном растворе. Ответ m(Cu) = 1.8 мг 15. Определите содержание аскорбиновой кислоты (М = 176.1), если в результате титрования 0.05000 М раствором K 2 Cr 2 O 7 получены следующие результаты V , мл 9.00 16.20 17.80 17.98 18.02 18.20 19.80 E , мВ 300 328 358 387 1011 1021 1031 Ответ m(аск. кислоты) = 0.4755 г 16. 1/5 часть раствора, содержащего хлороводородную и фосфорную кислоты, оттитровали рН-потенциометрическим методом 0.1000 М раствором NaOH. При этом на кривой титрования наблюдали два скачка значений рН при V 1 (NaOH) = 13.90 мл и V 2 (NaOH) = 17.60 мл. Рассчитать массу обеих кислот в растворе. Ответ m(H 3 PO 4 ) = 0.1817 г m(HCl) = 0.1859 г ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В х кн. – М Дрофа, 2002. Кн. 2. – 384 с. 2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. В х кн. – М Высшая школа, 2003. Кн. 2. – 559 с. 3. Васильев В.П., Кочергина Л.А., Орлова Т.Д. Аналитическая химия сборник вопросов, упражнений и задач. – М Дрофа, 2006. – 318 с. 4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии М Химия, 1989. – 318 с. Дополнительная 1. Основы аналитической химии. В х кн. / Под ред. Ю.А. Золотова – М Бином, 2004. Кн. 2. – 503 с. 2. Аналитическая химия. В х кн. / Под ред. Л.Н. Москвина. Кн. 1. – М Академия, 2008.– 576 с. 3. Кристиан Г. Д Аналитическая химия. – М Бином, 2009.– 1127 с. 4. Скуг Д, Уэст Д Основы аналитической химии. В х кн. – М.:Мир, Кн. 2. 1979. – с. 5. Мухина Е.А. Физико-химические методы анализа. – М Химия, 1995. – 416 с. 6. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М.Р. Основы современного электрохимического анализа. – М Мир, 2003. – 592 с. 7. Юинг Д. Инструментальные методы химического анализа – М.:Мир, 1989. – 608 с. 8. Электроаналитические методы / Под ред. Ф. Шольца – М Бином, 2006.– 326 с. 9. Корыта И, Штулик К Ионоселективные электроды. – М.:Мир, 1989. – 272 с. 10. Демина Л.А., Краснова Н.Б., Юрищева Б.С., Чупахин М.С. Ионометрия в неорганическом анализе. – М Химия, 1991. – 192 с. 11. Справочное руководство по применению ионоселективных электродов. – М Мир, 1986. – 231 с. 12. Шульц ММ Стеклянный электрод Tеория и применение. // Cоросовский образовательный журнал. 1998. Т. 4, № 1. – С. 33–39. 13. Шведене Н.В. Ионоселективные электроды. // Соросовский образовательный журнал. 1999. Т. 5, № 5, – С. 60-65. 54 14. Введенский А.В. Равновесные электродные потенциалы, потенциометрия. // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 6, № 10. – С. 50-58. 15. Дёрффель К Статистика в аналитической химии. – М Мир, 1994. – 268 с. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ........................................................ 3 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ........................................ 5 1.1. Что такое потенциометрия и потенциометрические методы анализа ...... 5 1.2. Что такое электрод ............................................ 5 1.3. Где возникает и из чего складывается потенциал электрода ............. 6 1.4. Можно ли измерить потенциал электрода ........................... 6 1.5. Что такое стандартный электродный потенциал ...................... 7 1.6. Что такое активность и коэфициент активности ...................... 8 1.7. Как потенциал электрода связан с активностью (концентрацией) потенциалопределяющих ионов ..................................... 8 2. ЭЛЕКТРОДЫ В ПОТЕНЦИОМЕТРИИ ................................ 10 2.1. Классификация электродов ..................................... 10 2.1.1. Электроды с электронообменными реакциями ....................... 12 2.1.2. Электроды без электронообменных реакций ......................... 13 2.2. Электроды сравнения .......................................... 15 2.3. Индикаторные электроды ....................................... 17 2.3.1. Платиновый электрод (окислительно-восстановительный) .............. 17 2.3.2. Серебряный электрод (I рода .................................... 17 2.3.3. рН-электрод (ИСЭ стеклянный ................................. 17 2.3.4. Фторидселективный электрод (ИСЭ монокристаллический ............. 22 3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ............. 25 3.1. Прямая потенциометрия (ионометрия) ............................ 25 3.1.1. Метод градуировочного графика ................................. 26 3.1.2. Метод стандарта (сравнения ................................... 29 3.1.3. Метод добавки .............................................. 31 3.2. Потенциометрическое титрование ................................ 32 3.2.1. Виды потенциометрического титрования ......................... 33 3.2.2. Способы определения конечной точки потенциометрического титрования .. 34 3.3. Выбор электродов ............................................. 36 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ........................................ 39 56 4.1. Определение содержания ионов натрия в фармацевтических препаратах .. 39 4.2. Определение хлороводородной и борной кислот ..................... 42 4.3. Определение содержания фторида натрия методом добавок ............ 45 5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ ............................... 48 6. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ ................................. 50 ЛИТЕРАТУРА .................................................... 53 |