Лабораторные работы по физической химии. Часть 2 (стр. 5 )

Сульфадимезин (2-(п-аминобензолсульфаминдо)-4,6-диметилпиредин); панангин (аспарагиновая кислота) – слабые кислоты.

Краткие теоретические сведения:

Многие лекарственные препараты являются слабыми электролитами, либо содержат их в своем составе. К сожалению, прямое кондуктометрическое определение концентрации слабого  электролита осуществляется с очень большой погрешностью, а зачастую вообще не возможно. Если же препараты внести в раствор реагента, который с ним взаимодействует, то при определенных условиях изменение электропроводности раствора будет пропорционально концентрации внесенного вещества. Такой метод называют прямой кондуктометрией с химическим воздействием на систему. Он сочетает быстроту  прямой кондуктометрии и кондуктометрического титровании. Для успешного проведения анализа взаимодействие должно идти быстро и до конца, продукты реакции и реагент должны иметь максимально различающиеся значения молярных электропроводностей.

Если в качестве препарата взять слабое основание ВОН, то в качестве реагента нужно использовать раствор сильной кислоты НА известной концентрации СНАИСХ. Удельная электропроводность такого  раствора ж НАИСХ. После добавления слабого электролита с концентрацией СВОН и при условии, что  СВОН < СНА,  происходит полная нейтрализация основания: НА + ВОН = ВА + Н2О. Теперь в растворе находится образовавшаяся соль ВА  в концентрации СВА = СВОН и избыток сильной кислоты в концентрации СОСТНА = СИСХНА - СВОН. На основании правила аддитивности удельная электропроводность полученного раствора (без учета проводимости растворителя) ж = жВА + жНАОСТ, а изменение электропроводности при нейтрализации:

Д ж = жНАОСТ – ж = жНАИСХ - жНАОСТ - жВА                                                (8)

Поскольку жНАИСХ=СНАЧлНАЧ10-3, жНАОСТ=СОСТНАЧлНАЧ10-3

и жВА = СВАЧ лВАЧ10-3= СВОН Ч лВАЧ10-3, а для сильных электролитов лНА= (лН + - лА-) и
лВА= (лВ + - лА-), то после некоторых преобразований:

Д ж = СВОН Ч (лН + - лВ +) Ч10-3                                                        (9)

В ходе реакции нейтрализации количество образовавшейся соли эквивалентно количеству израсходованной кислоты, поэтому общее число ионов не изменяется. При этом разность (лН + - лВ +) остается постоянной, т. е. не зависит от концентрации анализируемого слабого основания (уравнение (9)). К аналогичному выводу можно прийти, взяв в качестве препарата раствор слабой кислоты, а в качестве реагента - раствор щелочи:

Д ж = СНАЧ(лОН - - лА -) Ч10-3                                                        (10)

Таким образом, внося в раствор реагента различные массы gi анализируемого вещества и определяя Дж, получают зависимость Дж = f(gi), пользуясь которой можно оценить количество данного вещества в лекарственном препарате.

Экспериментальная часть:

1.        Построение градуировочного графика. В 5-6 конических колб вносят точные массы чистого фармакопейного препарата (выбирает преподаватель) и прибавляют
по 50,0 мл 0,02 М раствора HCl. Массы вещества рассчитывают таким образом, чтобы отношение масс определяемого вещества и кислоты находилось в пределах 0,40 - 0,95. Колбы закрывают, тщательно перемешивают и спустя 1-2 минуты измеряют сопротивление анализируемых растворов, а также сопротивление исходного раствора соляной кислоты без добавок (измерение сопротивления раствора описано в работе 1). По полученным результатам строят зависимость  1/R = f (gi).

2.        Таблетку с неизвестным содержанием лекарственного вещества взвешивают на аналитических весах, растирают в ступке, вносят в 50,0 мл раствора соляной кислоты, полностью растворяют. Если раствор получается мутным (из-за наличия нерастворимых примесей), то его фильтруют через бумажный фильтр.

3. Измеряют сопротивление полученного раствора и, пользуясь градуировочным графиком, определяют содержание вещества в таблетке.

4. Анализируют результаты, формулируют выводы, оформляют работу.

Контрольные вопросы:

Электропроводность растворов: удельная, эквивалентная. Зависимость удельной электропроводности от концентрации электролита. Факторы, влияющие на электропроводность растворов. Механизм перемещения ионов. Кондуктометрическое титрование, применение метода для определения концентрации вещества. Как найти  объемы щелочи и кислоты, израсходованные на титрование каждого из компонентов смеси?

Электролиз

Лабораторная работа № 10

Электролитическое осаждение цинка и анализ электролита.

Цель работы:

Научиться собирать схему для электролитического осаждения цинка из сернокислого электролита. Экспериментально установить основные зависимости, имеющие место при электролизе  растворов сернокислого цинка с нерастворимым анодом. Провести анализ электролита

Оборудование и теактивы:

Оборудование: Сосуды для проведения электролиза - 3шт; деревянный штатив для сосудов с 3 гнездами; свинцовые аноды и алюминиевый катод по 3 шт; гребенка для воздушного перемешивания; амперметр; вольтметр; реостат; кулонометры медные - 2 шт; фарфоровая чашка; фарфоровое блюдце; разновес аналитический; провода для схемы ; водоструйный насос ( для перемешивания электролита); бутыль с тубусом.

Растворы, реактивы, материалы:  Электролит: раствор Zn SO4Ч7H2O 300г/л, раствор хлористого аммония - 10%-ный; индикатор; соляная кислота плотностью  1,19г/мл; раствор аммиака 5%-ный; воск; электролит для медного кулонометра.

Титрованные растворы: Титрованнный раствор цинка (10 г химически  чистого цинка растворяют  в соляной кислоте, после чего прибавляют 50 г хлористого аммония и, сделав раствор почти нейтральным, разбавляют в мерной колбе до 1 л); титрованный раствор желтой кровяной соли ( 43,074г K4Fe(CN)6Ч3H2O растворяют в 1л воды).

Краткие теоретические сведения:

Цинк в ряду потенциалов находится далеко от водорода; его нормальный электродный потенциал равен - 0,76 В. Несмотря на это, даже из сильно кислых растворов, цинк можно выделить электролитически на катоде только со значительным коэффициентом использовании тока.  Это объясняется высоким перенапряжением для выделения водорода из цинка. Перенапряжение  для водорода, в свою очередь,  зависит от характера поверхности катода, от применяемой плотности тока, от концентрации ионов водорода в растворе, от коллоидных добавок и температуры. Поэтому необходимо выбирать условия работы, при которых перенапряжение для водорода и выход по току на цинк достигают наивысшего значения.

Особо следует отметить влияние на выход по току различных примесей, которые могут находиться в электролите. Так, например, содержание в электролите незначительных количеств железа, меди и особенно кобальта резко снижает выход по току. Однако, для практических целей имеет значение не выход по току сам по себе, а расход энергии на единицу получаемого металла.

При электролитическом получении цинка из сернокислых растворов с применением нерастворимых анодов состав электролита непрерывно изменяется; концентрация цинка понижается, а концентрация кислоты повышается. В этих условиях выход по току естественно постепенно падает.

С другой стороны, с увеличение концентрации кислоты растет электропроводность раствора понижается рабочее напряжение на ванне.

При выборе оптимальных рабочих условий необходимо учитывать оба указанных положения.

Экспериментальная часть:

Работа проводится одновременно с тремя электролизерами, для чего служат стеклянные сосуды емкостью каждый на 350 мл. Тщательно  промытые и высушенные сосуды устанавливают в штативе с гнездами. В каждую ванночку наливают отмеренное количество электролита (около 300 мл), опускают укрепленные на эбонитовой  крышке электроды (свинцовый анод и алюминиевый катод) и вставляют трубку для воздушного перемешивания раствора.

Перед загрузкой в ванночки аноды и катоды должны быть тщательно вычищены и высушены, обратная сторона и края их - покрыты тонким слоем воска, после чего все катоды должны быть взвешены (на аналитических весах).

При загрузке необходимо следить, чтобы опускаемые электроды висели совершенно вертикально и на равных расстояниях друг от друга.

Собрав схему (все три электролизера соединяются последовательно),  взвесив катод медного кулонометра и заметив время, включают ток.

Сила тока во всех трех электролизерах одинаковая и устанавливается, исходи из заданной  преподавателем плотности тока. Различные плотности тока в электролизерах достигаются установкой в них электродов (катодов и анодов) разной площади. Для получения отчетливых результатов следует варьировать плотности тока в широких размерах (например  от 500 до 50 А/м2).

Сразу после включения тока, в каждую из ванночек пускают слабую струю воздуха для перемешивания электролита. В течение всего опыта поддерживают установленную силу тока, регулируют интенсивность перемешивания (не допуская разбрызгивания электролита) и через каждые 20 мин (в течение первого часа через каждые 15 мин) измеряют напряжение на каждой из ванночек. Через каждые 1,2 часа вынимают катод кулонометра, промывают его, сушат и взвешивают. Чтобы предупредить  химическое растворение осажденного на катодах цинка во время взвешивания катода кулонометра, в цепь сразу же включается на смену второй кулонометр, и таким образом электролиз ведется непрерывно.

Перед переключением на второй кулонометр из каждого электролизера пипеткой на 2 мл берут две пробы электролита  для определения кислотности (титрованием щелочью) и содержания цинка в растворе (метод определения цинка см. ниже).

Убыль электролита в ванночках пополняют прибавкой 3-4 мл раствора сернокислого цинка. Раствор для добавления готовят из исходного электролита (путем разбавления), причем концентрация цинка в приготовленном растворе  должна равняться концентрации цинка в работающем электролите, установленной последним титрованием.