Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Косвенные потенциометрические методы.



 

Чаще всего потенциометрические измерения используют для определения точки эквивалентности в титриметрическом анализе – потенциометрическое титрование. В ациди- или алкалиметрии в качестве индикаторного электрода применяют стеклянный электрод, т.к. его потенциал зависит от рН среды. В оксидиметрическом титровании применяют редокс – электрод. В осадительном и комплексиметрическом – ионоселективные электроды.

Для определения точки эквивалентности строят кривую титрования (рис.12) – график зависимости ЭДС измерительной цепи от объёма прилитого титранта.

Рис. 12. Определение точки эквивалентности в потенциометрическом титровании: а) по графику ; б) по графику

 

Затем проецируют точку перегиба кривой титрования на ось абсцисс (рис.12, а). Более точно искомое значение можно определить по графику изменения приращения потенциала на единицу, добавляемого объёма титранта ∆ φ /Δ V в зависимости от общего объёма прилитого титранта (рис 12, б).

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

Задача№1:

Рассчитать потенциал кадмиевого электрода, опущенного в водный раствор сульфата кадмия с активностью ионов кадмия 0, 015, при температуре 30º С.

Решение:

Электродная реакция может быть записана следующим образом:

Cd2+ +2ē → Cd

Количество электронов, участвующих в данной электродной реакции n = 2

Равновесный электродный потенциал рассчитываем по уравнению Нернста:

RT

φ = φ º + · ln(aCd2+),

zF

 

φ = -0, 403+(8, 314·303/2·96485)ln 0, 015 = - 0, 4578 B

Задание №1 :

Рассчитайте потенциалы электродов при следующих условиях. Средние коэффициенты активности взять из справочника.

№№ электрод условия №№ электрод условия
1-1 Cu2+/Cu m=0, 1, t = 35º C 1-6 Ni2+/Ni m=0, 05, t = 30º C
1-2 Cu2+/Cu m=1, t = 30º C 1-7 Cd2+/Cd m=0, 1, t =25º C
1-3 Zn2+/Zn m=0, 01, t =20º C 1-8 Cd2+/Cd m= 1, t=32º C
1-4 Zn2+/Zn m=0, 1, t =28º C 1-9 Ag+/Ag m=0, 1, t =25º C
1-5 Ni2+/Ni m= 1, t =25º C 1-10 Ag+/Ag m=0, 01, t = 30º C

 

Задача№2

Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из полуэлементов Zn2+/Zn и Cu2+/Cu при температуре 20º С, если активности ионов цинка и меди равны 0, 1 и 0, 05 соответственно.

Решение.

Zn2++ 2ē → Zn φ º Zn2+/Zn = -0, 763В,

Cu2+ + 2ē → Cu φ º Cu2+/Cu = 0, 337В.

Уравнение окислительно-восстановительной реакции записывается следующим образом:

Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+,

следовательно, ЭДС гальванического элемента может быть рассчитана на основе уравнения Нернста по формуле:

RT

Е =Еº + ln(aCu2+/aZn2+),

zF

Где Еº = φ º Cu2+/Cu - φ º Zn2+/Zn = 0, 337 –(- 0, 763) = 1, 1В,

z = 2

Т = 293К

Е = 1, 1 + (8, 314·293/2·96500)ln(0, 05/0, 1) = 1, 0913В

 

Задание №2

Рассчитайте ЭДС гальванического элемента при следующих условиях:

 

№№ Электрод1 а1 Электрод2 а2 Т0С
2-1 Cu2+/Cu 0, 1 Cd2+/Cd 0, 15
2-2 Zn2+/Zn 0, 01 Cu2+/Cu 0, 1
2-3 Ni2+/Ni Cu2+/Cu 0, 01
2-4 Ag2+/Ag 0, 1 Zn2+/Zn
2-5 Cu2+/Cu 0, 1 Cu2+/Cu 0, 01
2-6 Zn2+/Zn Zn2+/Zn 0, 15
2-7 Cd2+/Cd 0, 1 Cd2+/Cd

 

 

Задача №3:

Как должен быть составлен гальванический элемент, чтобы в нёмпротекала следующая химическая реакция:

2Ag + Hg2Cl2 = 2AgCl + 2Hg.

Чему равна стандартная ЭДС элемента?

Решение.

При работе гальванического элемента серебро окисляется, а ртуть восстанавливается:

Ag – ē → Ag+

Hg22+ + 2ē → 2Hg

Следовательно, хлорсеребряный электрод – отрицательный, а каломельный – положительный. Гальванический элемент можно записать следующим образом:

Ag/AgCl, KCl//KCl, Hg2Cl2/Hg.

Стандартные потенциалы электродных реакций:

φ 0Ag+/Ag = 0, 222B

φ 0Hg22+/Hg = 0, 268B.

Стандартная ЭДС гальванического элемента:

Е0 = 0, 268 – 0, 222 = 0, 046В

 

Задание 3.

Составьте гальванический элемент, чтобы в нём протекали следующие реакции и рассчитайте его ЭДС в стандартных условиях.

 

№№ реакция №№ реакция
3-1 Mn + NiCl2 → MnCl2 + Ni 3-5 CuCl2 + H2→ Cu + 2HCl
3-2 Pb + CuSO4 → PbSO4 + Cu 3-6 Zn +H2SO4→ ZnSO4 + H2
3-3 Zn + CdSO4→ Cd + ZnSO4 3-7 Cd + CuCl2→ CdCl2 + Cu
3-4 Zn + CuSO4→ Cu + ZnSO4 3-8 Cu+AgNO3→ Cu(NO3)2+Ag

Задача №4

Написать химическую реакцию, протекающую в данном гальваническом элементе в стандартных условиях:

Pt/H+, MnO4-, Mn2+ //Co3+, Co2+ /Pt.

Решение:

В таблице стандартных потенциалов находим потенциалы электродных реакций:

MnO4- +8H+ + 5ē → Mn2+ +4H2O φ ° = 1, 51B,

Co3+ + ē → Co2+ φ ° = 1, 81B.

Следовательно на левом электроде будет происходить окисление Mn2+, а на правом – восстановление Co3+.

Тогда протекающая в элементе реакция запишется следующим образом:

5 Co3+ + Mn2+ +4H2O = 5Co2+ +8H+ + MnO4-

Задание 4.

Написать химическую реакцию, протекающую в указанном гальваническом элементе и рассчитать его ЭДС в стандартных условиях.

 

Гальванический элемент  
4-1 Cd/CdSO4//H+/H2, Pt 4-5 Mn/MnSO4//CoCl2/Co
4-2 Pt, H2/HCl//CuCl2/Cu 4-6 Zn/ZnSO4//H+/H2, Pt
4-3 Zn/ZnSO4//KCl/AgCl/Ag 4-7 Ag/AgCl, HCl//CuSO4/Cu
4-4 Ni/NiCl2//AgNO3/Ag 4-8 Ni/NiSO4//HCl, AgCl/Ag

 

Задача 5.

Рассчитать активность ионов кобальта, если при температуре 298К ЭДС гальванического элемента

Co/CoSO4//H+/H2, Pt

составляет 0, 25В.

Решение:

В гальваническом элементе протекает реакция:

2H+ + Co → H2 +Co2+.

Кобальтовый электрод является отрицательным, а водородный – положительным. Тогда ЭДС гальванического элемента:

E = φ °+ - φ -

φ - = φ °+ - E

φ °+ = 0

φ - = -E

φ (Co2+/Co) = -E = -0, 25B

RT

φ (Co2+/Co) = φ °(Co2+/Co) + ln(aCo2+)

zF

Решая данное уравнение относительно aCo2+, получаем: aCo2+ = 8, 268

Задание№5

Рассчитать активности ионов металла в растворе, если известны потенциалы электродов.

 

№№ электрод №№ электрод
5-1 φ Сd2+/Cd = -0, 393B 5-5 φ Co2+/Co = -0, 215B
5-2 φ Zn2+/Zn = -0, 706B 5-6 φ Fe2+/Fe= -0, 384B
5-3 φ Zn2+/Zn = -0, 356B 5-7 φ Pb2+/Pb= -0, 113B
5-4 φ Ni2+/Ni = -0, 220B 5-8 φ Ag+/Ag = 0, 810B

Задача 6:

Рассчитать произведение растворимости хлорида меди при Т = 298 К, если стандартный потенциал электрода Cl-/CuCl/Cu φ 0Cl-/CuCl/Cu = 0, 137В, а стандартный потенциал медного электрода φ 0Cu2+/Cu =0, 521 В.

Решение:

На электроде протекает реакция:

CuCl + ē → Cu + Cl-

Стандартный потенциал электрода второго рода:

RT

φ = φ 0 Cu+/Cu + ln(aCu2+)

zF

 

ПР = aCu+ · aCl-, aCu+ = ПР/ aCl-,

 

RT RT

φ = φ 0 Cu+/Cu + ln·ПР - ·ln(aCl-),

zF zF

или

RT

φ = φ 0Сl-/CuCl/Cu - ·ln(aCl-),

zF

 

RT

φ 0Сl-/CuCl/Cu = φ 0Сu+/Cu + ·lnПР.

zF

 

Из последнего соотношения выражаем значение ПР и подставляем числовые значения:

lnПР = -14, 94,

ПР = 3, 19 · 10-7

 

Задание 6.

Рассчитать ПР соединений, если известны потенциалы электродов второго рода.

№№ соединение электрод φ 0, В
6-1 AgCl Cl-/AgCl/Ag 0, 222
6-2 PbSO4 SO42-/PbSO4/Pb -0, 351
6-3 Hg2SO4 SO42-/Hg2SO4/Hg 0, 615
6-4 CuCl Cl-/CuCl/Cu 0, 153
6-5 Hg2Cl2 Cl-/Hg2Cl2/Hg 0, 268
6-6 PbI2 I-/PbI2/Pb -0, 365
6-7 ZnS S2-/ZnS/Zn -1, 405
6-8 Ni(OH)2 OH-/Ni(OH)2/Ni -0, 720

Приложение

Таблица 1

 

Стандартные электродные потенциалы в водных растворах при 250С

 

№ п/п электрод реакция φ 0, В
Электроды, обратимые относительно катиона
H+, H H+ + ē = H -2, 106
Al3+, Al Al3+ + 3ē = Al -1, 662
Zn2+, Zn Zn2+ + 2ē = Zn -0, 763
Fe2+, Fe Fe2+ + 2ē = Fe -0, 440
Cd2+, Cd Cd2+ + 2ē = Cd -0, 403
Ni2+, Ni Ni2+ + 2ē = Ni -0, 250
Sn2+, Sn Sn2+ + 2ē = Ni -0, 136
Pb2+, Pb Pb2+ + 2ē = Pb -0, 126
Fe3+, Fe Fe3+ + 3ē = Fe -0, 036
H+, H2 H+ + ē = ½ H2 0, 000
Cu2+, Cu Cu2+ + 2ē = Cu 0, 337
Cu+, Cu Cu+ + ē = Cu 0, 521
Ag+, Ag Ag+ + ē = Ag 0, 799
Hg22+, Hg ½ Hg22+ + ē = Hg 0, 798
Электроды, обратимые относительно аниона
O2, OH- 1/2O2 + H2O + 2ē = 2OH- 0, 401
Br2(ж), Br - 1/2Br2 + ē = Br- 1, 065
Cl2(г ) , Cl 1/2Cl2 + ē = Cl- 1, 360
Электроды второго рода
Al, Al(OH)3, OH- Al(OH)3 +3ē = Al + 3OH- -2, 30
Zn, Zn(OH)2, OH- Zn(OH)2+ 2ē = Zn + 2OH- -1, 245
Cd, Cd(OH)2, OH- Cd(OH)2+ 2ē =Cd + 2OH- -0, 809
Ag, AgCl, Cl- AgCl + ē = Ag + Cl- 0, 222
Hg, Hg2Cl2, Cl- 1/2Hg2Cl2 + ē = Hg + Cl- 0, 268
Ag, Ag2SO4, SO42- Ag2SO4 + 2ē = Ag + SO42- 0, 654
Pb, PbSO4, SO42- PbSO4 + 2ē = Pb + SO42- -0, 359

 

Окислительно - восстановительные электроды
Sn4+, Sn2+(Pt) Sn4+ + 2ē = Sn2+ 0, 15
Cu2+, Cu+(Pt) Cu2+ + ē = Cu+ 0, 153
Fe3+, Fe2+(Pt) Fe2+ - ē = Fe3+ 0, 771

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

 

Лабораторная работа №1.


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 775; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.032 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь