Методические разработки предназначены для студентов 2 курса агрономического факультета

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный аграрный университет Агрономический факультет Кафедра общей химии ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Потенциометрия Практическое руководство Казань-2010 УДК 547 ББК 24 Г 77 Составители: доц. Сагитова Р.Н. доц. Кравцова Р.И. ст. преп. Давлетшина Л.Н. Рецензенты: Билалова А.С., доцент кафедры агрохимии и почвоведения КазГАУ Гильманшина С.И., д.п.н., к.х.н., кафедра химии ТГПУ Методические разработки утверждены и рекомендованы к печати на заседании кафедры общей химии от 21.11.09, протокол № 3 и учебно-методической комиссии агрофака от 23.11.09, протокол № 3 Методические разработки предназначены для студентов 2 курса агрономического факультета УДК 547 ББК 24 Г 77 ©Казанский государственный аграрный университет, 2010 ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА Потенциометрия — метод определения концентраций веществ, основанный на измерении ЭДС обратимых гальванических элементов. В схему потенциометрических измерений входят: потенциализмеряющий прибор индикаторный электрод, потенциал которого в электрохимической ячейке зависит от активности (концентрации) определяемого иона электрод сравнения, обладающий устойчивым постоянным потенциалом Классификация методов потенциометрического анализа На практике используют два аналитических метода: Прямая потенциометрия (непосредственное измерение равновесного потенциала и нахождение активности ионов в растворе). Косвенная потенциометрия (регистрация изменения потенциала в процессе химической реакции между определяемым веществом и титрантом). В первом варианте (прямая потенциометрия) измеряют равновесный потенциал индикаторного электрода в анализируемом растворе, а затем используют полученное значение потенциала индикаторного электрода для вычисления концентрации анализируемого иона в растворе. При потенциометрическом титровании происходит изменение активности химических веществ (в том числе и анализируемого иона), что приводит к изменению потенциала индикаторного электрода. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение (скачок) потенциала индикаторного электрода. Это наблюдается, конечно, лишь тогда, когда хотя бы один из компонентов реакции титрования является участником электродной реакции. - 3 - Прямая потенциометрия рН-метрия В настоящее время рН считается характеристикой активности ионов водорода : Для определения рН потенциометрическим методом составляют ячейку из стеклянного индикаторного электрода и хлоридсеребряного электрода сравнения, которые погружают в один и тот же испытуемый раствор. При работе со стеклянным электродом используют метод градуировки электрода. Примечание. Первичным электродом для измерения рН является водородный электрод (используется в специализированных лабораториях). Иногда для измерения рН растворов используют сурьмяный электрод или хингидронный электрод. Ионометрия В методе ионометрии в качестве индикаторного используют ионоселективные электроды с подходящей электродной функцией, в качестве электрода сравнения – хлоридсеребряный электрод (значительно реже – каломельный электрод). Широкое применение получили ионоселективные электроды: фторид-селективный (F- - селективный), нитрат-селективный (NO3- - селективный), калий-селективный (К+ - селективный), газочувствительные электроды (определение аммиака NH3, сероводорода H2S …), ферментные электроды (определение мочевины, глюкозы …). Основными характеристиками ионоселективных электродов являются Электродная функция. Электрод имеет нернстовскую электродную функцию в интервале активности (концентрации), где зависимость потенциала рА (-lgaA) линейна и имеет угловой коэффициент (крутизна) s = 0.059/zA мВ/рА (250С). Протяженность этого интервала зависит от природы мембраны. Селективность. Селективность электрода определяется коэффициентом селективности. Коэффициент селективности (ki) характеризует способность ионоселективного электрода отличать определяемый ион (А) от посторонних ионов (i). Время отклика. Время отклика – время установления стационарного потенциала. - 4 - Если ионоселективный электрод в паре с соответствующим электродом сравнения помещен в раствор, содержащий анализируемый ион, то потенциал индикаторного электрода можно описать: s – угловой коэффициент (крутизна) электродной функции,  aA – активная концентрация иона А. Е – ЭДС гальванической цепи (измеряют при помощи специального прибора – иономера) Еинд – потенциал индикаторного электрода Еср – потенциал электрода сравнения (потенциал электрода сравнения должен быть известен, у насыщенного хлоридсеребряного электрода потенциал Еинд = +0,201 В) Ед – диффузионный потенциал На практике для установления связи между потенциалом индикаторного электрода (ЭДС гальванической цепи) и концентрацией (активностью) ионов в растворе используют два приема: Метод градуировочного графика Метод добавок Метод градуировочного графика. При расчетах Еинд используется активность ионов, но в результатах анализа необходимо указывать концентрацию вещества, поэтому в анализируемый раствор обычно вводят избыток индифферентного электролита (метод постоянной ионной силы). Использование индифферентного (фонового) электролита обеспечивает постоянство ионной силы, как в стандартных, так и в исследуемых растворах. В этих условиях можно использовать графическую зависимость Е - lgcм (или E – pc, где рс = -lgcм) (t0 = 250C) или  Еинд – потенциал индикатоного электрода, В (или мВ) Е – ЭДС гальванической цепи, В (или мВ) cM – концентрация анализирумого иона А, моль/л s – угловой коэффициент (крутизна) электродной функции,  a – константа zA – заряд анализируемого иона В методе градуировочного графика строят прямую в координатах Е – lgсМ. Для построения градуировочного графика измеряют ЭДС гальванической цепи в стандартных растворах с постоянной ионной силой и с известной концентрацией анализируемого иона. Концентрации стандартных растворов подбирают таким образом, чтобы график имел линейную зависимость. Затем определяют ЭДС цепи в анализируемом растворе. Метод добавок. Оптимальным в случае анализа растворов сложного состава является метод добавок, основанный на измерении потенциала электрода в анализируемом растворе (Е1) и после введения стандартного раствора (Е2). - 5 - Метод добавок автоматически учитывает влияние третьих компонентов и позволяет находить концентрацию очень разбавленных растворов. Косвенная потенциометрия (потенциометрическое титрование) Потенциометрическое титрование Потенциометрическое титрование основано на регистрации изменения потенциала индикаторного электрода в процессе химической реакции между определяемым компонентом и титрантом. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение (скачок) потенциала. Это наблюдается, конечно, лишь тогда, когда хотя бы один из реагентов (или один из продуктов реакции) является участником электродного процесса. Конечную точку титрования находят по скачку потенциала, отвечающему моменту завершения реакции. Для потенциометрического титрования собирают цепь из индикаторного электрода в анализируемом растворе и электрода сравнения. По результатам титрования обычно строят кривые титрования, с помощью которых определяют точку эквивалентности. Определение точки эквивалентности: Построение кривой титрования в координатах Е – V (интегральная кривая). Точка перегиба кривой титрования соответствует точке эквивалентности. Построение кривой титрования в координатах ∆Е/∆V - V. Точка максимума кривой соответствует точке эквивалентности. Метод Грана, строят кривую в координатах ∆V/∆Е – V. Точка минимума соответствует точке эквивалентности. - 6 - Используются четыре типа химических реакций (четыре метода титрования) Кислотно-основное титрование (индикаторный электрод – стеклянный электрод) Окислительно-восстановительное титрование (индикаторный электрод – платиновый электрод) Комплексонометрическое титрование (подбирают индикаторный электрод с подходящей электродной функцией) Титрование с использованием реакций осаждения (подбирают индикаторный электрод с подходящей электродной функцией) Кислотно-основное титрование. Индикаторный электрод – стеклянный электрод (иногда сурьмяный, хингидронный, водородный). Электрод сравнения – хлоридсеребряный (иногда – каломельный). Потенциометрическая индикация конечной точки титрования позволяет дифференцированно титровать смеси кислот и оснований, либо многоосновных кислот (оснований) с погрешностью до 0.1%, если К1:К2 ≥ 104, при этом константа диссоциации слабой кислоты (основания) не должна быть меньше n∙10-8. Окислительно-восстановительное титрование. В окислительно-восстановительном титровании в качестве индикаторного электрода используют электрод из инертного металла (платина, золото). Для получения отчетливого скачка на кривой титрования необходимо, чтобы разность стандартных (реальных) потенциалов окислительно-восстановительных пар титруемого компонента и титранта была достаточно велика: ∆Е > 0.36 В при титровании с погрешностью 0.1%, если n1=n2=1. Желательно, чтобы хотя бы одна из полуреакций была обратимой. При титровании не рекомендуется измерять потенциал до прибавления титранта и вблизи точки эквивалентности, так как в этот момент из-за отсутствия одной из форм (окисленной или восстановленной) полуреакции образуется смешанная окислительно-восстановительная пара, где роль отсутствующей окисленной формы выполняет растворенный кислород, а роль отсутствующей восстановленной формы – вода. Приобретаемый смешанный потенциал неустойчив, поэтому его трудно измерить. Для осуществления дифференцированного определения компонентов смеси необходимо соблюдение двух условий. Титруемые компоненты должны принадлежать к обратимым окислительно-восстановительным системам. Стандартные (реальные) потенциалы окислительно-восстановительных пар, соответствующих последовательно титруемым компонентам, должны в значительной степени различаться как между собой, так и от Е0 титранта (Е0т) - 7 - Титрование по методу осаждения. Для проведения титрования по методу осаждения используют электроды I-го, II-го рода, либо ионоселективные электроды, обратимые к определяемому иону или титранту. Дифференцированное определение смеси нескольких ионов возможно, если значения произведений растворимости (Кs) различаются последовательно образующихся при титровании осадков отличаются не менее чем в 1000 раз (погрешность титрования 0.1%) при равенстве начальных концентраций титруемых компонентов. Преимущества метода потенциометрического титрования. Нет искажений за счет диффузионного потенциала (в отличие от прямой потенциометрии). Нет необходимости знать коэффициент активности (в отличие от прямой потенциометрии). Исключение субъективных ошибок (в отличие от визуального титрования) Возможность титрования окрашенных и мутных сред Селективность, возможность дифференцированного титрования компонентов смеси. Возможность автоматизации процесса, документальность. Недостатки потенциометрического титрования: Медленное установление потенциала после добавления реагента (иногда) Необходимость во многих случаях делать большое число отсчетов при титровании. рН-метрия Лабораторная работа №1 Определение рН растворов с помощью стеклянного электрода Литература: ИСО 10525 Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб.пособие для вузов/ Под ред. Ю.А.Золотова. – М.: Высш. шк., 2001. – с.297. Цель работы: определение рН раствора потенциометрическим методом с использованием стеклянного электрода. Освоение приемов работы на рН-метре. Реактивы и оборудование Потенциометрическая установка Индикаторный электрод – стеклянный электрод Электрод сравнения – хлоридсеребряный электрод Стандартные буферные растворы: рН 3.56 (насыщенный раствор гидротартрата калия КС4Н5О6) (или рН 4.01, 0.05 М раствор гидрофталата калия), рН 9.18 (0.01 M раствор Na2B4O7∙H2O) Образцы растворов для определения рН: вода пресная, водный раствор HCl (≈0.01 моль/л) - 8 - Сущность работы Для потенциометрического определение рН возможно использование водородного, стеклянного и хингидронного электрода. Эксплуатация стеклянного электрода имеет ряд особенностей: Мембрана стеклянного электрода чувствительна к ионам водорода только в хорошо увлажненном состоянии, поэтому пере началом работы электрод выдерживают в дистиллированной воде не менее трех часов. Для стеклянного электрода характерно наличие потенциала асимметрии. Наличие потенциала асимметрии – важнейшая погрешность в работе стеклянного электрода. Причины появления потенциала асимметрии заключаются в различии структуры и состава внешней и внутренней поверхности мембраны. Правильные результаты при измерении рН можно получить только при регулярной градуировке электрода по стандартным буферным растворам. Выполнение работы Подключают прибор к сети и дают прогреться (время прогрева определяют по паспорту) Составляют ячейку из стеклянного индикаторного электрода и хлоридсеребряного электрода сравнения, которые погружают в дистиллированную воду. Настраивают прибор по двум буферным растворам – в кислой и щелочной среде.

Похожие:

	Методические указания по выполнению и оформлению дипломных работ... Методические указания предназначены для студентов агрономического факультета очного и заочного обучения специальности 250201. 65...		Методические указания для студентов по дисциплине «патологическая анатомия» Методические указания предназначены для студентов III курса сгму лечебного факультета, международного факультета врача общей практики,...
	Методические рекомендации для студентов 4 курса стоматологического факультета ...		Методические рекомендации по организации и контролю самостоятельной... Печатается по решению Учебно-методической комиссии юридического факультета Казанского (Приволжского) федерального университета от...
	Методические указания для студентов 2 курса судомеханического факультета заочного отделения Методические указания предназначены для студентов 2 курса смф заочного отделения и составлены для организации работы студентов-заочников...		Методические указания по практике немецкого языка (как второго иностранного)... Методические указания предназначены для студентов 2 курса факультета филологии и журналистики ргу, романо-германского отделения,...
	Методические указания к практическим занятиям для студентов медицинского... Методические указания к лабораторным занятиям по гистологии предназначены для самостоятельной работы студентов I курса медицинского...		Методические указания для практических занятий Рабочее место №5 ...
	Методические указания для студентов заочной формы обучения Учетно-экономического... Методические указания предназначены для оказания помощи студентам финансового факультета в подготовке к экзамену		Методические разработки к семинарам по дисциплине «История Отечества» Методические разработки предназначены для преподавателей, работающих по дисциплине «История Отечества» со студентами 1-го курса заочного...
	Общие методические указания к проведению лабораторных работ. Предназначены... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Основы научных исследований» «Прикладная биотехнология» Наумовой Н. Л. Методические указания к выполнению курсовой работы предназначены для студентов 2 курса...
	Методические разработки к практическим занятиям и вопросы самоподготовки... Методические разработки к практическим занятиям и вопросы самоподготовки для студентов по общей микробиологии стоматологического...		Методические указания по выполнению курсовых работ по истории искусств для студентов ииид ижевск Методические указания предназначены для студентов 4-го курса дневного и 5-го курса заочного художественно-педагогического отделения...
	Методические указания обсуждены и утверждены на заседании кафедры... Методические указания предназначены для студентов 3 курса кафедры романо-германской филологии, факультета филологии и журналистики...		Зиновьев Д. В., Лазурик В. Т Методические рекомендации предназначены для преподавателей, студентов и студентов иностранцев факультета компьютерных наук, также...