Лабораторная работа № 7 «Потенциометрическое титрование. Определение титра соляной кислоты»

Цели:

1. Познакомиться с основами метода потенциометрического титрования.

2. Приобрести навыки потенциометрического титрования.

3. Определить титр раствора соляной кислоты.

Потенциометрическое титрование

Потенциометрическое титрование основано на регистрации изменения потенциала индикаторного электрода в процессе химической реакции между определяемым компонентом и титрантом. Конечную точку титрования (КТТ) находят по скачку потенциала, отвечающему моменту завершения реакции.

Рис. 11. Установка для потенциометрического титрования:

1 — стакан для титрования; 2 — индикаторный электрод; 3 — электрод сравнения; 4 — бюретка; 5 — мешатель; 6 — исследуемый раствор; 7 — магнитная мешалка; 8 — рН-метр-милливольтметр

Рис.12. Хлорсеребряный электрод (типа ЭВЛ-1МЗ):

/ — нить асбестовая; 2 — корпус; 3 — насыщенный раствор КС1; 4- электролитический ключ; 5. 8 — резиновые пробки; 6 — полость; 7 — контактный полуэлемент; 9 — колпачок; 10 — пробка

Рис.13. Стеклянный электрод:

/ — мембрана; 2 — раствор; 3- парафин; 4, 7 — резиновые пробки: 5 — нить; 6— кор­пус; 8 — эпоксидный компаунд; 9 — колпачок

Электрод сравнения. Аg АgCl насыщ. КС1. Промышленность выпускает хлоридсеребряные электроды ЭВЛ-1МЗ, ЭВЛ-1М1.

Контактный полуэлемент 7 хлорсеребряного электрода рис.3 представляет собой серебряную проволоку с нанесенным на нее слоем хлорида серебра. Потенциал такого полуэлемента согласно уравнению Нернста:

Е= Е⁰ _Ag+/Ag + 0,059/ n lg a_Ag+,

Потенциал хлоридсеребряного электрода опреляется активностью хлорид-ионов в растворе и является величиной постоянной, если стандартизуется концентрация раствора KCI. Хлорсеребряный электрод ЭВЛ-1МЗ применяют с точно насыщенным раствором КС1, его потенциал 201 мВ относительно стандартного водородного электрода.

Стеклянный электрод относят к ионоселективным электродам мембранного типа. Водородная функция стеклянных электродов объясняется особым химическим составом электродного стекла. На рис. 4показана конструкция стеклянного электрода. Стеклянный электрод имеет форму пробирки с тонкостенным шариком на конце (из специального электродного стекла), наполненную раствором 2 с постоянным рН. В этот раствор погружен хлорсеребряный электрод 5.

Перед работой стеклянный электрод выдерживают несколько часов в 0,1 М растворе HCI. При этом в поверхностные слои электродного стекла интенсивно проникают из раствора ионы водорода, вытесняя ионы содержащегося в стекле щелочного металла, например натрия, и в системе устанавливается равновесие. Равновесие нарушается, если поместить электрод в раствор с другим значением рН. Таким образом, электродная реакция стеклянного электрода не связана с переходом электронов, а сводится к обмену ионами водорода между стеклом (Н⁺ст) и раствором (Н+р-р):

Между стеклом и раствором возникает разность потенциалов, которая зависит от рН.

Уравнение Нернста для стеклянного электрода при температуре 298 К имеет вид:

Е_ст.эл = Е°_ст._эл +0,059 lg a_H+ = Е°_ст._эл -0,059 рН,

где Ест.эл — потенциал стеклянного электрода; Е°_ст._эл — константа, завися­щая от состава стекла и других свойств стеклянного электрода.

Из этого уравнения следует, что потенциал стеклянного электрода линейно зависит от рН раствора. Интервал рН, в котором стеклянный электрод функционирует как водородный электрод, составляет обычно 0,5—12.

Серийно выпускаются стеклянные электроды для измерения рН ЭСЛ-ПГ-05; ЭСЛ-41Г-04; ЭСЛ-63-07, ЭСЛ-43-07.

Для измерения рН в исследуемый раствор помещают систему из двух электродов: стеклянного и электрода сравнения (например, хлорсеребряного электрода):

Ионоселективный электрод — это индикаторный электрод с относительно высокой специфичностью к отдельному иону или типу ионов. К ионоселективным относятся: 1) стеклянные электроды; 2) электроды на основе жидких ионитовых мембран; 3) электроды с твердыми ионитовыми мембранами (гомогенными и гетерогенными); 4) газовые электроды.

Техника работы. Сначала проводят ориентировочное титрование и находят объем титранта, приблизительно соответствующий КТТ, проводя следующие операции.

1. Прибор (рН-метр, иономер) приводят в рабочее состояние согласно описанию.

2. Полученный от преподавателя анализируемый раствор разбавляют до метки в мерной колбе и тщательно перемешивают.

3. Аликвоту раствора переносят пипеткой в чистый стакан вместимостью 100 - 150 см³, если это предусмотрено методикой, добавляют необходимые компоненты.

4. Стакан с раствором помещают в центр вращающегося столика для титрования, или на столик электромагнитной мешалки опускают в стакан индикаторный электрод и электрод сравнения, центрируют электроды.

5. Бюретку заполняют раствором титранта и закрепляют в штативе так, чтобы кончик бюретки был опущен в стакан, но не соприкасался с поверхностью титруемого раствора.

6. Включают мотор для вращения столика или мешалки и проводят ориентировочное титрование, прибавляя из бюретки по 1,00 см³ раствора титранта и измеряя Е (рН) после каждой его порции. Отсчеты ЭДС производят только после достижения постоянного значения (изменение ЭДС не должно превышать 2 - 3 мВ в течение 1 мин). Титрование продолжают до тех пор, пока изменение ЭДС или рН не достигнет своего максимального значения, а при дальнейшем прибавлении новых порций раствора реагента постепенно не уменьшится до малой величины. Результаты титрования записывают по форме, приведенной в таблице 1.

Таблица 1. Результаты ориентировочного титрования
Объем раствора тигранта V, см3	ЭДС, мВ (рН)	∆мВ (∆рН)
0- V

Затем приступают к точному титрованию в области скачка Е (рН), для чего после тщательного промывания электрода сравнения и индикаторного электрода (или соответствующей обработки последнего в зависимости от выполняемой работы) в чистый стакан для титрования вносят новую аликвоту испытуемого раствора и выполняют операции, указанные выше. Затем к титруемому раствору прибавляют титрант в объеме V₁ на 1 см³ меньше, чем это соответствует значению КТТ, найденному при ориентировочном титровании. После достижения постоянного значения потенциала (рН) продолжают титрование раствором реагента по каплям для нахождения КТТ при минимально возможном прибавляемом объеме титранта (число прибавляемых капель в порции приводится в описании определения для каждой выполняемой работы). Число капель диктуется величиной ожидаемого скачка потенциала: чем он больше, тем меньшими порциями титранта можно титровать (минимальный объем - одна капля). Запись результатов титрования ведут по форме, указанной в табл.2, выражая объем титранта числом капель. После достижения скачка Е (рН), как и прежде, убеждаются в уменьшении и малом изменении ∆Е (∆рН) при дальнейшем титровании по каплям. Отмечают общий объем затраченного титранта (V₂).

Таблица 2. Результаты точного титрования

Объём раствора титранта V (капли)	ЭДС,мВ (рН)	∆ Е,мВ ∆рН
V1 2к 4к …. V2

Рис.14. Кривые потенциометрического титрования:

а — интегральная; б — дифференциальная;

в — кривая по второй производной