Потенциометрия

 

А. Титрование по фенолфталеину.

 

    Приготовленным раствором щелочи заполняют бюретку емкостью 25 мл. В две конические колбы емкостью 250 мл отбирают пипеткой по 10 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты. К раствору кислоты добавляют 2 капли раствора фенолфталеина и титруют раствором щелочи до появления бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение 30 с.

Результаты титрования записывают и рассчитывают точную нормальность раствора щелочи и титр по соляной кислоте.

V(HCI) = 10 мл 

N(HС1) = 0,1 н.

V1(NаОН) = 10,70 мл 

V2(NaOH) =10,75 мл 

Vcp(NaOH)= 10,73 мл 

 

Б. Титрование по метиловому оранжевому.

 

     При титровании с индикатором метиловым оранжевым применяется титрование со «свидетелем». В качестве «свидетеля» применяют 0,1 н. раствор NaCl. Можно применять дистиллированную воду.

     В две конические колбы отбирают пипеткой по 10 мл 0,1 н. раствора соляной кислоты. В третью колбу помещают количество «свидетеля», примерно равное количеству раствора, получающегося в колбе в конце титрования. К раствору кислоты и к «свидетелю» добавляют по 3 – 4 капли водного раствора метилового оранжевого. Титруют раствором щелочи, пока окраска титруемого раствора не станет такой же, как окраска «свидетеля».

    В данном случае титровать вблизи эквивалентной точки надо особенно осторожно, так как здесь легко пропустить точку конца титрования: в нейтральной среде и в щелочной метиловый оранжевый имеет одинаковую окраску.

     Поэтому, как только раствор из розового станет оранжевым, раствор щелочи из бюретки надо прибавлять не более чем по одной капле и после каждой капли тщательно перемешивать раствор, сравнивая его окраску с окраской «свидетеля».

     Запись и расчеты такие же, как при титровании с фенолфталеином.

Определение точной концентрации раствора щелочи по 0,1 н. раствору щавелевой кислоты.

     Готовят 0,1 н. раствор щавелевой кислоты. Навеску 0,6304г щавелевой кислоты отвешивают на аналитических весах и в мерной колбе на 100 мл готовят раствор.

    В две конические колбы объемом 250 мл отбирают пипеткой по 10 мл приготовленного раствора щавелевой кислоты. К раствору кислоты добавляют 1 – 2 капли раствора фенолфталеина и титруют раствором щелочи до появления бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение 30 с.    Результаты титрования записывают и рассчитывают точную концентрацию раствора щелочи. При тщательной работе результаты определений по щавелевой кислоте и соляной с одним индикатором должны давать очень близкие результаты. Более или менее значительные расхождения указывают на допущенную ошибку.

     Раствор соляной кислоты можно приготовить из фиксаналов. Если же их нет, то надо приготовить раствор из обычной соляной кислоты. Поскольку соляная кислота вещество довольно летучее, то надо точно установить концентрацию кислоты.

     Для приготовления приблизительно 0.1 нормального раствора соляной кислоты 8 мл концентрированной кислоты растворяют в 1 литре дистиллированной воды. Раствор тщательно перемешивают и хранят в закрытом стеклянном сосуде.

     Отличным первичным стандартом для кислот является карбонат натрия.

     Стандартизация 0,1 н. раствора Н2SO4.

     Высушите некоторое количество карбоната натрия, отвечающего по степени чистоты первичному стандарту, в течение 2 ч при 110°С и охладите в эксикаторе. Взвесьте 0,2 - 0,25г препарата (с точностью до 0,1 мг), поместите в коническую колбу на 250 мл и растворите приблизительно в 50 мл дистиллированной воды. Добавьте 3 капли бромкрезолового зеленого и титруйте до перехода окраски индикатора из голубой в зеленую.   Прокипятите раствор в течение 2 – 3 мин, охладите до комнатной температуры и закончите титрование.

     Установите поправку на индикатор, оттитровав приблизительно 100 мл 0,05М раствора сульфата натрия в присутствии 3 капель индикатора. Вычтите объем холостого опыта из данных титрования.

     При нагревании индикатор должен изменить окраску из зеленой в голубую. Если этого не произошло, первоначально был добавлен избыток кислоты. Этот избыток можно оттитровать щелочью при условии, что он будет учтен при вычислении соотношения объемов кислоты и щелочи; в противном случае эту пробу следует отбросить.

        7 ПРИБОРЫ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ

      Для проведения потенциометрического титрования используют рН-метры различной конструкции. В работе мы используем pH-метр - милливольтметр pH-150M.

      Рассмотрим его технические характеристики.

pH-метр – милливольтметр pH-150M предназначен для оперативного  измерения активности ионов водорода pH, окислительно-восстановительного потенциала Eh и температуры растворов и систем.

 

Рис. 4.1. pH-метр – милливольтметр pH-150M.

pH-метр – милливольтметр pH-150M применяется в стационарных  и передвижных лабораториях предприятий  и научно-исследовательских учреждений  химической, металлургической, фармацевтической  и медико-биологической промышленности, агропромышленном комплексе. Его  отличают портативность, универсальность, быстрота отклика, точность, простота использования и обслуживания, возможность измерения непосредственно в точке контроля в различных климатических условиях.    Малые габариты и вес, автономное питание обеспечивают значительные удобства в работе.

     В основу работы pH-метра положен потенциометрический метод измерений pH и Eh контролируемого раствора.

рН-метр имеет следующие  характеристики:

Диапазон измерения  активности ионов водорода - -19,99...+19,99 pH

Цена единицы младшего разряда - 0,01 pH

Диапазон измерения  окислительно-восстановительного потенциала - -1999...+1999 мВ

Цена единицы младшего разряда - 1,0 мВ

Диапазон измерения  температуры - -10...100° С 

Цена единицы младшего разряда - 1,0°С

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности:

- при измерении активности  ионов водорода - + 0,05 pH;

- при измерении окислительно-восстановительного  потенциала - +3 мВ;

- при измерении температуры  - +2°С 

Масса - 1,6 (преобразователь), кг.

Размер - 215Ч172Ч65 (преобразователь), мм.

Энергопитание – 220 В, 50 Гц, а также от автономного источника  питания 5,4...9 В.

     В промышленности выпускают также и другие модели рН-метров и ионометров, но данный прибор является довольно надежной и неприхотливой, что самое главное, точной моделью для быстрого измерения рН среды.

         8 ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

     Общие указания при потенциометрическом титровании применимы для большинства потенциометрических титрований, но в отдельных случаях можно вносить небольшие изменения.

     Растворите пробу в 50 – 250 мл воды. Промойте электроды дистиллированной водой и погрузите их в анализируемый раствор.   Приспособьте магнитную или механическую мешалку. Установите бюретку так, чтобы при добавлении реагента не происходило его разбрызгивания.

     Подсоедините электроды к потенциометру, включите мешалку, измерьте и запишите начальный потенциал.

     Измеряйте и записывайте потенциал после каждого добавления реагента. Сначала вводите реагент довольно большими порциями (0-5 мл). Не добавляйте следующую порцию, пока не установится практически постоянное значение потенциала (изменение не более 1-2 мВ или 0,05 единицы рН за 30 с). Иногда электродвигатель мешалки становится источником ошибочных значений потенциала; в таких случаях целесообразно выключать мешалку при измерении потенциала. Прикиньте, какой объем реагента надо добавить, и рассчитайте приблизительную величину ΔE/ΔV после каждого добавления. В непосредственной близости от точки эквивалентности вводите реагент порциями точно по 0,1 мл. После достижения точки эквивалентности добавьте еще 2 – 3 мл титранта. Как только ΔE/ΔV станет малым, вновь увеличьте объем добавляемого реагента.

     Определите конечную точку одним из методов рассмотренных выше.

     Проведем потенциометрическое титрование.

     Два химических стакана объемом 100 мл ополоснем дистиллированной водой. После этого их ополоснем анализированным раствором серной кислоты. В подготовленные таким образом химические стаканы внесем при помощи мерного цилиндра или если стаканы мерные, то без помощи цилиндра 30 мл серной кислоты. После внесения кислоты мы имеем подготовленные растворы для потенциометрического анализа.

     Подготовим рН-метр. Установим его на лабораторный стол, подготовим электроды. Как привило, для рН-метрии используют хлорсеребряный электрод. В цепи стеклянный электрод с водородной функцией будет индикаторным электродом, а хлорсеребряный – электродом сравнения. Хлорсеребряные электроды хранят опущенными в раствор соляной кислоты или дистиллированной воды. Стандартный потенциал стеклянного электрода зависит от сорта стекла и кроме того он изменяется со временем, поэтому рН растворов находят при помощи калибровальных графиков или используют калибровку прибора, что чаще. Для калибровки прибора используют дистиллированную воду, в которую опускают электроды и выставляют рН раствора равное 0, после этого прибор готов к работе.

     Введем в химический стакан держатель с электродами от рН-метра.   Установим бюретку со стандартизированным раствором NaOH 0,1 н.   Установка для проведения анализов готова.

    Для проведения анализа включаем рН-метр в сеть и устанавливаем переключатель в режим измерения рН. В химический стакан опускаем запаянный в стекло металлический стержень от магнитной мешалки, который предварительно ополоснули дистиллированной водой и исследуемым раствором кислоты и включаем магнитную мешалку на малые обороты. Подождем, пока не установится конечное значение рН среды.   После чего можно начинать потенциометрическое титрование.

В первом анализе мы вводим раствор NaOH 0,1 н согласно поставленной задаче по 2 мл. ждем около 20 -30 секунд пока не установится окончательное значение рН среды и записываем его в  таблицу 1.

 

Таблица 1. Данные предварительного титрирования.

 

V(NaOH), мл	2,0	4,0	6,0	8,0	10,0	12.0	14,0	16,0
рН	1,36	1,42	1,48	1,54	1,6	1,67	1,74	1,82
V(NaOH), мл	18,0	20,0	22,0	24,0	26,0	28,0	30,0	32,0
рН	1,9	2	2,11	2,26	2,45	2,76	7	11,51
V(NaOH), мл	34,0	36,0	38,0	40,0	42,0	44,0	46,0	48,0
рН	11,8	11,96	12,1	12,16	12,22	12,28	12,32	12,36

 

     Во втором анализе проводим добавление порций щелочи NaOH также по 2 мл, но около точки эквивалентности порции уменьшаем до 0,2 мл с целью получения более точной информации о реакции. Полученные данные титрования заносим в таблицу 2.

 

Таблица 2. Данные окончательного титрирования.

 

V(NaOH), мл	2,0	4,0	6,0	8,0	10,0	12.0	14,0	16,0
рН	1,36	1,42	1,48	1,54	1,6	1,67	1,74	1,82
V(NaOH), мл	18,0	20,0	22,0	24,0	26,0	28,0	28,2	28,4
рН	1,90	2,0	2,11	2,26	2,45	2,76	2,81	2,86
V(NaOH), мл	28.6	28,8	29,0	29,2	29,4	29,6	29,8	30,0
рН	2,92	2,99	3,07	3,17	3,3	3,47	3,78	7
V(NaOH), мл	30,2	30,4	30,6	30,8	31.0	31,2	31,4	31,6
рН	10,52	10,82	11,0	11,12	11,22	11,30	11,36	11,42
V(NaOH), мл	31,8	32,0	34,0	36,0	38,0	40,0	42,0	44,0
рН	11,46	11,51	11,8	11,96	12,1	12,16	12,22	12,28

 

     Полученные результаты анализа используем для построения кривых титрования и выявления точки эквивалентности и рН раствора в точке эквивалентности.

     На рисунке 5.1 приведена кривая чернового титрования серной кислоты гидроксидом натрия. По кривой титрования мы можем оценить величину скачка титрования и вычислить необходимые концентрации.

Рис. 5.1. Кривая чернового  титрования 0.1 н. раствора серной кислоты 0.1 н. раствором гидроксида натрия.

 

     Наведем также график более точного титрования раствора серной кислоты, когда около точки эквивалентности мы уменьшили дозы титранта до 0,2 мл. уменьшение дозы титранта около точки эквивалентности позволяет увеличить точность полученных данных и более точно построить кривую титрования. В общем случае около точки эквивалентности объемы добавляемого титранта составляют 0,1 – 0.05 мл.

 

Рис. 5.2. Кривая титрования 0.1 н. раствора серной кислоты 0.1 н. раствором  гидроксида натрия.

 

Рассмотрим рис. 5.2. по рисунку можно сделать вывод о точке

эквивалентности.

 

 

Рис. 5.3. кривая титрования о обозначение скачка титрования.

 

На рисунке 5.3. обозначен прыжок титрования. Поэтому:

 

                                            

.