З А Н Я Т И Е N 8
ТЕМА: Электрохимия и электрохимические методы
исследования. Потенциометрия.
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ:
1. Электродные и окислительно-восстановительные (ОВ) потенциалы, механизм их возникновения и зависимость от различных факторов. Уравнение Нернста для вычислений значений потенциалов.
2. Гальванические элементы (химические и концентрационные): механизм действия и расчет ЭДС. Измерение электродных и ОВ потенциалов.
3. Обратимые электроды первого и второго рода (водородный и хлорсеребряный). Ионоселективные электроды: стеклянный электрод, устройство и механизм возникновения потенциала.
4. Потенциометрическое титрование, его сущность и использование в количественном анализе и медико-биологических исследованиях.
Определение концентрации раствора слабой кислоты и ее константы диссоциации потенциометрическим методом
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить концентрацию уксусной кислоты в растворе и ее константу диссоциации (Кдис.).
С этой целью к раствору уксусной кислоты приливают малыми порциями раствор гидроксида калия с известной концентрацией и после каждого приливания титранта измеряют значение рН. При титровании раствора уксусной кислоты щелочью протекает реакция:
CH3COOH + OH¯ = H2O + CH3COO¯
Окончанию реакции соответствует появление резкого изменения рН раствора (скачка титрования), что проявляется в виде почти вертикальной линии при построении кривой потенциометрического титрования. Кривая потенциометрического титрования выражает графическую зависимость рН раствора от объема приливаемой щелочи. Из середины скачка титрования (эквивалентная точка) опускают перпендикуляр на ось абсцисс и получают эквивалентный объем титранта.
Из соотношения V (KOH) . C (KOH) = V (CH3COOH) . C (CH3COOH) определяют концентрацию уксусной кислоты в растворе.
Для определения Кдис. по кривой потенциометрического титрования находят рН раствора, соответствующий добавлению к раствору уксусной кислоты половины эквивалентного объема гидроксида калия. Для более точного определения Кдис. к раствору кислоты добавляют половину эквивалентного объема титранта и измеряют значение рН. Поскольку в этом случае кислота нейтрализована на 50%, то концентрация кислоты равна концентрации соли, т. е.
С(СН3СООН) = С(СН3СОО¯)
,
тогда из уравнения следует, что Кдис. = [Н+], а рН = рК (рК = – lgК).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Определение концентрации уксусной кислоты в растворе
В стакан для титрования с помощью пипетки отмеряют 10 мл раствора уксусной кислоты. Опускают в раствор стеклянный и хлорсеребряный электроды и измеряют исходное значение рН.
Измерив исходное значение рН раствора уксусной кислоты, титруют раствор кислоты, добавляя щелочь из бюретки порциями, объем которых указан в таблице 1. После добавления каждой порции титранта, раствор тщательно перемешивают круговыми движениями (или с помощью мешалки) и измеряют величину рН. Результаты измерений записывают в таблицу 1. По данным таблицы строят кривую потенциометрического титрования (рис.). По кривой потенциометрического титрования определяют эквивалентный объем щелочи, пошедшей на титрование кислоты, опуская из середины скачка титрования перпендикуляр на ось абсцисс. Концентрацию кислоты рассчитывают по формуле:
,
где С(КОН) – концентрация щелочи, моль/л
V(КОН) – эквивалентный объем щелочи
V (СН3СООН) – объем взятой кислоты
Таблица 1
№ пп | Общий объем титранта, мл | Объем добавляемого титранта, мл | рН раствора |
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 | 0 1 1 1 1 1 1 1 1 |
рН
13
12
11
10 Рис. Кривая потенциометрического
9 титрования уксусной кислоты
8 гидроксидом калия
7
6
5
3
2
1
10Vщ, мл
8 9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Определение константы диссоциации уксусной кислоты
В стакан с помощью пипетки отмеряют 10 мл раствора уксусной кислоты и приливают из бюретки половину объема титранта гидроксида калия, пошедшего на титрование в первом задании для достижения эквивалентной точки. Опускают электроды в раствор и измеряют рН раствора, значение которого равно рК. По значению рК рассчитывают константу диссоциации, пользуясь таблицей антилогарифмов или по пересчетной таблице показателя рН на [H+].
Вспомогательные материалы:
(оснащение занятия)
а) рН-метр;
б) химическая посуда;
в) химические реактивы;
г) таблицы 1-3.
Материалы для контроля усвоения темы:
– тексты контрольных работ;
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ:
1. Вычислите окислительно-восстановительный потенциал для системы:
MnO4¯ + 8 H+ + 5e → Mn2+ + 4 H2O,
если С (MnO4¯) = 10ˉ5 моль/л; C (Mn2+) = 10ˉ2 моль/л; C (H+) = 0,2 моль/л
ОТВЕТ: 1,41 В
2. Возможно ли самопроизвольное протекание окислительно-восстановительной реакции при стандартных условиях:
K2Cr2O7 + 6 KI + 7 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3 I2 + 4 K2SO4 + 7 H2O
φo (Cr2O72ˉ/2Cr3+) = 1,33 B
φo (2 Iˉ/I2) = 0,54 B?
3. Определите ЭДС гальванического элемента Al/Al3+//Cu2+/Cu, если
СМ (Al3+) = 10ˉ3 моль/л φo (Al3+/Al) = – 1,66 B
CM (Cu2+) = 10ˉ2 моль/л φo (Cu2+/Cu) = 0,337 B
ОТВЕТ: 1,996 В
МАТЕРИАЛЫ УИРС:
Использование потенциометрического титрования в количественном анализе и медико-биологических исследованиях.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ:
1. Конспект лекций;
2. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Под ред. – Москва, "Высшая школа", 1993 г., с.1, с. 450-488;
3. . Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., "Высшая школа", 1989 г., с. 231-241;
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:
1. . Химия, Санкт-Петербург, "Специальная литература", 1997 г., с. 184-225;
2. Введение в химию биогенных элементов и химический анализ. Под ред. , Мн., "Вышэйшая школа", 1997 г., с. 125-137;
3. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Под ред. и . – М., "Высшая школа", 1993 г., с. 179-191.
