Определение концентрации (активности) фторид-ионов при помощи ионоселективного электрода методом прямой потенциометрии

Для измерения концентрации ионов используют гальванический элемент, составленный из ионоселективного индикаторного электрода и хлоридсеребряного электрода сравнения.

Оборудование и реактивы

рН-Метр (иономер), фторидселективныйэлектрод, электрод сравнения (хлоридсеребряный), магнитная мешалка с якорем, раствор KNO₃ (С=1 М), стандартный раствор фторид-ионов (С=0,1000 М), насыщенный раствор хлорида калия, фильтровальная бумага, стакан вместимостью 100-150 см³, мерные пипетки, мерные колбы вместимостью 100,0 см³, анализируемый раствор фторид-ионов.

Ход работы

Построение калибровочного графика

В колбах вместимостью 100,0 см³ готовят последовательным разбавлением серию растворов с концентрацией от 10^-2 до 10^{-6 М}фторид-ионовиз стандартного раствора фторид-ионов с концентрацией 0,1000 М, создавая в каждой колбе постоянную (0,1 М) концентрацию БРОИС (Буферный Раствор Общей Ионной Силы). При определении концентрации фторид-ионов в качестве БРОИС используют 1 М раствор нитрата калия.

Для приготовления серии стандартных растворов в колбу № 1 пипеткой вносят 10,00 см³0,1 М раствора фторид-иона, добавляют 10,00 см³ БРОИС (1 М), разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. В колбу № 2 пипеткой вносят из колбы № 1 10,00 см³ раствора, добавляют 10,00 см³ БРОИС, разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают и т.д. Затем измеряют ЭДС каждого раствора, переходя от меньшей концентрации к большей, наливая раствор в стакан вместимостью 100-150 см³, предварительно ополоснув его (измерения ЭДС проводят при перемешивании раствора с помощью магнитной мешалки). Величину ЭДС фиксируют после установления равновесного значения (в разбавленных растворах время отклика ионселективного электрода возрастает и для концентрации 10^{-6 М составляет 2-3 минуты). Между измерениями ЭДС электроды вынимают из раствора и осторожно удаляют с боковой поверхности электродов и мембраны ИСЭ избыток влаги фильтровальной бумагой.}

Результаты измерений заносят в таблицу.

Строят калибровочный график в координатах Е=f(pF) и находят область прямолинейной зависимости. Определяют крутизну электродной функции S (мВ), как тангенс угла наклона прямой и сравнивают с теоретическим значением (S_теор.=59 мВ).

Определение концентрации (активности) фторид-ионов

По калибровочному графику

В мерную колбу вместимостью 100,0 см³ пипеткой вносят аликвоту анализируемого раствора фторид-иона, добавляют 10,00 см³ БРОИС, разбавляют до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Наливают приготовленный раствор в сухой и чистый стакан вместимостью 100-150 см³, измеряют ЭДС и по градуировочному графику находят концентрацию ионов в анализируемом растворе.

Контрольные вопросы

1. Сущность метода прямой потенциометрии. Электроды, применяемые в методах прямой потенциометрии.

2. Способы определения концентрации ионов в методе прямой потенциометрии.

Стандартизация раствора гидроксида натрия по титрованному раствору соляной кислоты методом потенциометрического титрования

Потенциометрическое титрование основано на регистрации изменения потенциала индикаторного электрода в процессе химической реакции между определяемым компонентом и титрантом. В зависимости от типа используемой реакции различают несколько методов потенциометрического титрования: кислотно-основное, окислительно-восстановительное (редокс-), осадительное, комплексо- и комплексонометрическое. Конечную точку титрования (КТТ) находят по скачку потенциала, отвечающему моменту завершения реакции.

1) Точка перегиба на интегральной кривой титрования отвечает КТТ, которая может совпадать или не совпадать с точкой эквивалентности. Для нахождения точки перегиба проводят две параллельные касательные к пологим верхней и нижней частям кривой и соединяют их прямой таким образом, чтобы точка пересечения ее с кривой титрования делила эту прямую на две равные части (точка А на рис. 1-а). Точка пересечения перпендикуляра, опущенного из точки А с осью абсцисс (осью V – объем титранта) дает объем титранта, отвечающий КТТ.

2) Более простым и точным способом нахождения КТТ является графическое изображение зависимости величин первой производной ΔЕ/ΔV от объема прибавленного титранта (дифференциальная кривая титрования). В этом случае кривая имеет пикообразную форму, максимум которой соответствует КТТ. Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения двух восходящих ветвей кривой на ось абсцисс, показывает объем титранта, затраченный на завершение реакции (рис. 1-б).

Расчет концентрации анализируемого вещества в потенциометрическом титровании проводится аналогично расчетам в обычном титриметрическом анализе.

Достоинствами потенциометрического титрования являются высокая точность и воспроизводимость определений, особенно при титровании разбавленных растворов. Потенциометрическое титрование можно проводить в мутных и окрашенных растворах, а также анализировать смеси близких по свойствам кислот и оснований, окислителей и восстановителей без предварительного разделения.

Потенциометрическое титрование требует большей затраты времени, чем обычное титрование с цветным индикатором. Поэтому данный метод применяют обычно в тех случаях, когда визуальное фиксирование точки конца титрования затруднено.

Рис. 1. Графический способ нахождения конечной точки титрования (к.т.т.):

а – интегральная кривая, б – дифференциальная кривая

Оборудование и реактивы

рН-Метр (иономер), стеклянный электрод, хлоридсеребряный электрод, магнитная мешалка с якорем, бюретка вместимостью 25,00 см³, стакан вместимостью 100-150 см³, раствор гидроксида натрия (С~0,1 н.), стандартный раствор соляной кислоты (С=0,1000 н.).

Ход работы

Точную концентрацию раствора гидроксида натрия устанавливают потенциометрическим титрованием аликвоты стандартного раствора соляной кислоты. Для этого в ячейку для титрования (стакан) вносят пипеткой 10,00 см³ 0,1000 н. раствора соляной кислоты, разбавляют водой, опускают электроды (стеклянный и хлоридсеребряный), включают мешалку и проводят титрование ~0,1 М раствором гидроксида натрия, прибавляя раствор титранта порциями по 0,5 см³ (в области скачка титрования – по 0,1 см³) и измеряя рН раствора. Таким образом, проводят два титрования. Результаты потенциометрического титрования заносят в таблицу.

Титрант – раствор гидроксида натрия, установочное вещество – соляная кислота (указывают точную молярную концентрацию эквивалента).

Строят графики зависимости рН от объема раствора гидроксида натрия (кривые титрования – интегральную и дифференциальную). Определяют объемы раствора гидроксида натрия, пошедшие на титрование (V_т.э.(NaOH)_1-2,3-4), вычисляют средний объем и рассчитывают молярную концентрацию эквивалента раствора гидроксида натрия (моль/дм³ эквивалента) по формуле:

Контрольные вопросы

1. Сущность метода потенциометрического титрования. Определяемые вещества и рабочие растворы. Кривые титрования. Методы расчета конечной точки титрования.

2. Электроды, используемые в потенциометрическом титровании. Строение и принцип действия электродов.

Лабораторная работа № 5