Практикум по аналитическим методам


НазваниеПрактикум по аналитическим методам
страница6/13
Дата публикации29.06.2013
Размер2.43 Mb.
ТипЗадача
referatdb.ru > Право > Задача
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

^ IY. ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА

Выполнение работ

  1. Устройство полярографа ППТ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

  2. Работа на установке (согласно инструкции) в переменно-токовом режиме.

  3. Задание.

    1. Запись вольт-амперной характеристики ионов меди и цинка.

Очистка ртути. Ртуть применяемая для капельного электрода должна быть чистой и сухой, не содержать амальгам металлов. Загрязненная и влажная ртуть прилипает к стенкам капилляра и может явиться причиной больших погрешностей в анализах.

Для очистки от механических примесей ртуть фильтруют через бумажный фильтр, в центре которого иглой прокалывают отверстия. После этого ртуть промывают дистиллированной водой в толстенной делительной воронке. Для удаления металлов её пропускают через специальную стеклянную воронку (высотой 85-100 см), наполненную 10-процентной азотной кислотой, и затем 2-3 раза через эту же колонку, которую наполняют 5-процентным раствором нитрата одновалентной ртути в 5-процентной азотной кислоте. Раствор для очистки меняют 3 раза. Затем ртуть промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции по лакмусовой бумаге. Промытую ртуть высушивают кусочками фильтровальной бумаги. Затем её протирают ватой смоченной в спирте. Сухую ртуть фильтруют через бумажный фильтр в чистую сухую склянку, которую плотно закрывают чистой сухой резиновой пробкой.

При работе с ртутью необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы предотвратить отравления: не проливать её на лабораторные столы и пол; электролитическая ячейка и склянки с ртутью должны находиться в эмалированной кювете, по окончании анализа надо тщательно осмотреть кювету, стол и при обнаружении капель ртути немедленно собрать их эмалированной медной лопаточкой.

Перед началом работы и по её окончании необходимо, хорошо проветрить помещение.

    1. Включить полярографу в сеть.

Подготовить капающий ртутный электрод. Дать прогреться полярографу не менее 1 часа.

В электродную ячейку заливают определенное количество фонового электролита (0,1М ) и производят полярографирование. К фоновому электролиту добавляют 0,1 мл раствора сернокислой меди, снимают полярограмму и отмечают потенциал пика. Потенциал пика является характеристикой анализируемого вещества.

Полярографирование обоих растворов следует производить в одинаковых условиях (с одним и тем же капилляром, с одинаковым периодом копания ртути, при одинаковой концентрации одного и того же фона и при одинаковой чувствительности полярографа). Чувствительность полярографа должна быть такой, чтобы получить пик определяемого компонента в исследуемом растворе высотой 75-100 мм по диаграммной ленте КСП-4. Определение высоты пика необходимо производить с возможно большой точностью.

3.3. Концентрация исследуемого компонента определяется высотой пика на переменнотоковой полярограмме.

Записать калибровочный график меди (цинка). Записать фоновую полярограмму 0,1М . Затем добавлять 0,03; 0,04; 0,05; 0,06 мл солянокислого раствора исследуемого иона. Определить высоту пиков и построить калибровочный график.

Полярограммы растворов при концентрации определяемых элементов 10-6 моль/л и выше обычно представлены пиками, расшифровка которые не представляет трудности, т.к. пики симметричны. Высотой пика является перпендикуляр, опущенный из его вершины на линию фоновой кривой.

^ Y. ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА

5.1. Сущность метода. Потенциалы электрода

Метод основан на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе. Величина потенциала зависит от природы электрода, концентрации и природы раствора, в который опущен электрод, от характера химических реакций, температуры и т.п.

В потенциометрии электроды играют роль индикаторов.

В прямой потенциометрии определяют значение электродного потенциала, вычисляя затем концентрацию определяемого иона в растворе. Этот метод часто используется в рН-метрии. В объемном методе анализа при потенциометрическом титровании цветной индикатор заменяют металлическим электродом. Окончание реакции определяется по резкому изменению электродного потенциала в эквивалентной точке - скачок потенциала.

^ Равновесный потенциал. Равновесный потенциал - величина электродного потенциала, возникшая на границе металл - раствор. Его зависимость от концентрации ионов металла в растворе выражается уравнением Нернста:



где - потенциал металлического электрода при данной концентрации ионов металла в растворе;

- нормальный потенциал металлического электрода (при концентрации ионов равной единице);

- концентрация ионов металла;

- газовая постоянная, = 8,313 Дж;

- абсолютная температура;

- число Фарадея, =96500 К;

- заряд ионов металла.

При потенциометрическом анализе используют уравнение (5.1.1), принимая температуру равной +25°С и подставляя соответствующие значения и с учетом коэффициента перехода от натуральных логарифмов к десятичным (2,3026). Тогда уравнение (5.1.1) будет иметь вид



Окислительно-восстановительная система характеризуется определенным значением потенциала, фиксируемым платиновым электродом и зависящим от природы системы, от концентрации окисленной и восстановленной формы вещества:



где и - соответствующие стехиометрические коэффициенты у окислителя, восстановителя и иона водорода из уравнения реакции; - концентрация ионов водорода в анализируемом растворе.

^ Нормальные потенциалы. Для определения значения потенциала используют метод, основанный на сравнении потенциала одного электрода с потенциалом другого. В качестве эталона выбирают нормальный водородный электрод, представляющий собой платиновую пластинку, покрытую платиновой чернью, насыщенной водородом при нормальном атмосферном давлении и погруженной в раствор с активностью водородных ионов, равной 1 г-экв. Водород, адсорбированный платиной, ведет себя по отношению к водородным ионам в растворе так же, как металлический электрод по отношению к своим ионам. Установившееся равновесие соответствует уравнению Потенциал водородного электрода условно принимают равным нулю, а любому другому электроду, измеренному по отношению к нему, приписывают потенциал, равный э.д.с. гальванического элемента. Нормальным электродным потенциалом называется потенциал электрода, погруженного в раствор соответствующей соли с активностью ионов в 1 г-экв, измеренный относительно нормального водородного электрода.

Заряд металлического электрода, стоящего в ряду активностей после водорода, будет отрицательным, до водорода - положительным.

^ Реальные потенциалы. В реальных условиях в ряде случаев значения нормальных потенциалов не могут служить для сравнения поведения систем. Обычно анализируемые растворы содержат кроме ионов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, и ионы комплексообразователей, способных вступать во взаимодействие с окисленной или восстановленной формой вещества, оказывая влияние на величину окислительно-восстановительных потенциалов. Например, нормальный окислительно-восстановительный потенциал системы равен +0,77 В; в присутствии цианид-ионов в результате комплексообразования электродный процесс окисления-восстановления осложняется: и потенциал окислительно-восстановительной системы изменяется до +0,36 В.

Таким образом, реальный окислительно-восстановительный потенциал - потенциал, зависящий не только от свойств окислительно-восстановительной системы, но и от среды, в которой протекает реакция. В большинстве случаев его значение определяется только экспериментально. В приложении приведены значения реальных потенциалов для некоторых систем в присутствии кислот и комплексообразователей, изменяющиеся в больших интервалах и сильно отличающиеся от нормальных потенциалов. Введение комплексообразователей часто позволяет проводить реакции, которые соответственно нормальным потенциалам не должны протекать.

Реальные потенциалы необходимы при определении хода потенциометрического титрования.

Вследствие недостаточной изученности реальных потенциалов применяют теоретически вычисленные равновесные потенциалы.

5.1.1. Электроды

Различают электроды первого и второго рода. Электроды первого рода - металл, погруженный в раствор соли этого же металла, образующий окислительно-восстановительную систему, в которой этот потенциал определяется только относительно концентрации катионов в растворе. К электродам первого рода относятся ртутные, серебряные, амальгамные, водородные и другие. Амальгамный электрод - металл, растворенный в ртути, обладает дополнительными преимуществами по сравнению с металлическим:

  1. не реагирует с кислотами, так как водород на амальгаме выделяется с большим перенапряжением по сравнению с чистым металлом;

  2. с ним быстрее устанавливается равновесие, чем с металлическим.

Электроды второго рода - металл, погруженный в раствор малорастворимой соли этого металла, содержащий избыток другой соли с одинаковым анионом, потенциал которого определяется концентрацией соответствующего аниона. К электродам второго рода относятся хлорсеребряный, каломельный и сурьмяный. Электроды, применяемые в потенциометрни, должны быть обратимыми - их потенциал должен изменяться с изменением концентрации ионов в растворе в соответствии с уравнением Нернста.

Электрод, реагирующий на изменение концентрации определяемого иона в растворе и заменяющий индикатор в условиях обычного титрования, называется индикаторным. Его потенциал определяется по отношению к неполяризуемому электроду, называемому стандартным, потенциал которого в процессе титрования постоянен и служит исключительно для определения потенциала индикаторного электрода. Последний выбирают в зависимости от типа реакций, лежащих в основе титрования, но во всех случаях его потенциал должен устанавливаться мгновенно соответственно концентрации титруемых ионов и не зависеть от наличия посторонних ионов.

Итак, при потенциометрическом титровании используют пару электродов, составляющих гальванический элемент, э.д.с. которого контролируется в процессе титрования.

^ 5.1.2. Индикаторные электроды метода нейтрализации

Электроды, используемые для титрования кислот и оснований, являются индикаторными по отношению к концентрации ионов водорода. Мы рассмотрим два типа электродов: сурьмяный и стеклянный, которые, на наш взгляд могут с успехом применяться в санитарно-химическом анализе для реакции нейтрализации и определения рН растворов.

Сурьмяный электрод - электрод второго рода, составленный из металла и его малорастворимой окиси. Этот электрод используется для определения концентрации ионов водорода, так как металлический электрод в присутствии своего малорастворимого оксида выполняет функции водородного электрода.

Достоинства сурьмяного электрода:

  • простота и удобство в обращении;

  • возможность применения при анализе растворов кислот и щелочей;

  • возможность применения при анализе растворов, содержащих электролитические яды - сульфиды, цианиды.

Недостаток сурьмяного электрода: не вполне обратимый электрод и измеряемые им потенциалы не вполне подчиняются уравнению Нернста.

Стеклянный электрод - стеклянный шарик диаметром 15-20 мм с толщиной стенок 0,06-0,1 мм, изготовленный из стекла, содержащего большое количество щелочных металлов - лития или натрия, и расположенный на конце стеклянной трубки. Если этот шарик заполнить раствором с определенным значением рН и опустить его в анализируемый раствор с другим значением рН, то на поверхности шарика возникает потенциал, величина которого изменяется соответственно разности рН между внутренним и внешним растворами. На поверхности стеклянного электрода устанавливается сложное равновесие, связанное со взаимной диффузией ионов водорода из раствора в стекло и ионов натрия или лития из стекла в раствор.

Достоинства стеклянного электрода:

  • на точность определений рН не влияет присутствие окислителей или восстановителей;

  • на электрод не действуют яды, коллоиды и другие вещества, искажающие точность определений рН;

  • позволяет работать с кислыми и щелочными растворами в широком диапазоне рН (от 0 до 12-13).

Недостатки стеклянного электрода:

  • нельзя использовать обычную потенциометрическую установку вследствие большого сопротивления электрода;

  • для усиления тока электродной пары со стеклянным электродом необходимо использовать струнные или зеркальные гальванометры или ламповые усилители;

  • при работе обнаруживается явление - «потенциал асимметрии стеклянного электрода». Когда обе поверхности стеклянного электрода соприкасаются с растворами, концентрации водородных ионов в которых одинаковы, на внутренней и внешней поверхностях электрода возникают разные потенциалы. Это свидетельствует о различии в свойстве внутренней и внешней поверхностей стеклянного электрода из легкоплавкого стекла с большой электропроводимостью, очень тонкими стенками к периодическим выдерживанием в воде, в слабощелочном буфере и в буфере с рН, равным рН внутреннего раствора стеклянного шарика. Чем больше потенциал асимметрии, тем менее устойчивы показания рН.

^ 5.1.3. Индикаторные электроды методов осаждения

и комплексообразования

В связи с тем что методы осаждения и комплексообразования играют важную роль в санитарно-химическом анализе, мы сочли необходимым ознакомить читателя с двумя типами электродов: серебряными и ртутными, образующими в растворе солей серебра и ртути системы . С помощью последних можно потенциометрически определить концентрацию ионов серебра и ртути, а также концентрации тех ионов, которые с серебряными и ртутными ионами образуют труднорастворимые соли и комплексы.

Другой тип электродов, используемых при осаждении и комплексообразовании, - это металлические электроды, покрытые труднорастворимой солью того же металла: хлористосеребряные, сернистортутные и т.п., образующие в системе следующие системы, определяющие их потенциалы:

AgAgCl|Cl-; AgAg2S|S2-;

HgHg2Cl2Cl-; HgHgS|S2-.

Значения последних зависят от концентрации катиона и аниона труднорастворимой соли в растворе, и поэтому эти электроды используются для определения концентраций ионов металлов анионов:

Если раствор насыщен труднорастворимой солью, то концентрация ионов металла вычисляется из произведения растворимости (ПР):





В ряде случаев применяют и индифферентный электрод, вводя при этом в раствор окислительно-восстановительную систему: раствор, содержащий ионы какого-либо металла в двух степенях окисления. Рабочий раствор должен реагировать с одним из ионов окислительно-восстановительной системы, но так, чтобы это взаимодействие имело место только после завершения основной реакции между определяемым веществом и рабочим раствором. В качестве примера рассмотрим определение цинка путем его осаждения раствором ферроцианида калия с образованием труднорастворимого соединения:



При потенциометрическом титровании цинка ферроцианидом калия ионы цинка не участвуют в процессе установления потенциала платинового электрода. Чтобы сделать возможным процесс титрования, в раствор вводят некоторое количество ферроцианида калия . При образовании мало-диссоциированного соединения в процессе титрования до эквивалентной точки концентрация анионов значительно ниже, чем концентрация анионов, и соответственно установившемуся соотношению концентраций этих ионов потенциал платинового электрода принимает определенное значение. По окончании реакции осаждения цинка в растворе обнаруживается избыток , дающий резкое изменение потенциала системы , и соответственно скачок потенциала платинового электрода указывает на точку эквивалентности.

Выбор индикаторного электрода ограничивает область применения потенциометрического титрования для реакций осаждения и комплексообразовапия, так как многие металлические электроды не могут применяться в санитарно-химическом анализе вследствие ряда существенных недостатков:

  1. пассивируются на воздухе слоем окиси;

  2. вследствие вышеуказанного дают правильные показания потенциала только при больших концентрациях, не регистрируя малых концентраций и их изменении;

  3. неприменимы для анализа растворов, в которых имеются ионы металла, расположенного в ряду напряжений за металлом индикаторного электрода, так как возможно вытеснение из раствора соли одного металла другим;

  4. для анализа кислых растворов не могут в качестве индикаторных электродов использоваться металлы, растворимые в кислотах,

В последние годы нашли применение ионообменные мембраны, функционирующие как обратимые электроды к любому иону, например к ионам и др., и позволяющие использовать их в потенциометрическом титровании в качестве индикаторных электродов. Эти мембраны в будущем должны найти широкое применение в санитарно-химическом анализе.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Похожие рефераты:

Методика экономических исследований
Колеснев В. И. Практикум по экономико-математическим методам и моделям : учеб пособие/ В. И. Колеснев; уо "Белорусская государственная...
Практикум " Показательные и логарифмические уравнения ". 11 класс Цели
Цели: систематизировать знания обучающихся по методам решения показательных и логарифмических уравнений; обобщить изученный материал;...
Практикум по спортивной психологии Санкт-Петербург
...
Практикум по общей, экспериментальной и прикладной психологии серия «Практикум по психологии»
Учеб пособие/В. Д. Балин, В. К. Гайда, В. К. Горбачевский и др., Под общей ред. А. А. Крылова, с а. Маничева. – Спб: Питер, 2000....
Практикум по гештальттерапии петербург
Фредерик С. Перлз, Пауль Гудмен, Ральф Хефферлин практикум по гештальттерапии: пер с англ
Практикум по биомеханике
Практикум по биомеханике / Н. Б. Сотский, В. Ю. Екимов, В. К. Пономаренко; Бел гос ун-т физ культуры. — Мн.: Бгуфк, 2012. — с
Лекций: 34 Практических: 34 Лабораторных : 0 przi. 8 Практикум по...
Практикум по информатике. А. В. Могилев, Н. И. Пак, Е. К. Хеннер. М, «Ауадемия», 2001
Задача повышения профессионализма управленческих кадров, формирование...
Важная роль в данном процессе принадлежит методам активного обучения (мао), среди которых центральное место занимает деловая игра...
Задача повышения профессионализма управленческих кадров, формирование...
Важная роль в данном процессе принадлежит методам активного обучения (мао), среди которых центральное место занимает деловая игра...
Практикум для студентов специальностей 1-36 01 01 «Технология машиностроения»
Практикум содержит планы занятий, практические задания, контрольные вопросы по темам курса, тестовые задания, темы рефератов

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза