Лабы / laba6

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Институт атомной энергетики.

Кафедра общей и специальной химии.

Определение фторида в водах с использованием фторид-селективного электрода

Выполнила: Пашненко А.А.,

студентка группы ХИМ-Б16

Дата выполнения: 10.04.18.

Проверила: Шилина А. С.

Задача №2

Обнинск, 2018 г.

Цель работы: определить содержание фторид-иона в водных растворах методом градуировочного графика и постоянной ионной силы. Реагенты и аппаратура: 1) NaF 0,1 М стандартного р-ра; 2) NaSiO3, NaBr, NaCl, KI – 0,1M; 3) Иономер; 4) индикаторный электрод (фторид-селективный); 5) электрод сравнения (хлоридсеребрянный) Краткая теория: Определение фторид-иона весьма важно при анализе питьевой воды, биологических жидкостей, фармацевтических препаратов и других объектов. Ионоселективный электрод на основе пластинки монокристалла LaF3 имеет нернстовскую электродную функцию в интервале pF от 1 до 6. Рабочий интервал pH исследуемого раствора составляет 4,5 – 8,0. Электрод обладает уникальной селективностью: определению практически не мешают значительные количества CL¯, Br¯, NO3−, SO32−, SO42− и др. Более сильно влияет силикат-ион. Индикаторные электроды – должны удовлетворять ряду требований: - его потенциал должен быть воспроизводим и устанавливаться достаточно быстро; - должен быть обратим; - должен обладать определенной химической устойчивостью. Ионселективные электроды основаны на использовании не электрохимической реакции с переносом электрона, а разности потенциалов, возникающей на границе раздела фаз, и равновесия обмена ионов между мембраной и раствором. Метод градуировочного графика – наиболее часто применяют прием последовательного разбавления исходного раствора дистиллированной водой. Готовят таким образом серию из 5-7 эталонных растворов с известным содержанием определяемого вещества. Концентрация определяемого вещества и ионная сила в эталонных растворах не должны сильно отличаться от концентрации и ионной силы анализируемого раствора: в этих условиях уменьшаются ошибки определения. Ионную силу всех растворов поддерживают постоянной введением индифферентного электролита. Далее измеряют ЭДС эталонных растворов. По полученным данным строят градуировчный график в координатах Е(ЭДС) – lgc, где с – концентрация определяемого вещества в эталонном растворе. Метод постоянной ионной силы (позволяет перейти от активностей к концентрациям) - используются растворы потенциалопределяющего компонента, содержащие избыток индифферентного электролита, что создает постоянную ионную силу как в стандартных, так и в исследуемых растворах. В этом случае можно использовать графическую зависимость E – pci . По данным калибровки ионоселективного электрода определяют следующие электрохимические характеристики:

1. Нернстовскую область электродной функции – интервал прямолинейной зависимости потенциала от активности (концентрации) потенциалопределяющих ионов. 2. Крутизну электродной функции – угловой коэффициент наклона градуировочного графика. 3. Предел обнаружения потенциалопределяющего иона 4. Время отклика ионоселективного электрода – время достижения стационарного потенциала 5. Селективность электрода относительно определяемого иона в присутствии посторонних ионов.

Ход работы: В мерных колбах ( 50 мл) готовиться серия растворов NaF последовательным разбавлением согласно табл.1 Таблица №1. Приготовление растворов сравнения NaF

Номер колбы	с(F),M	Способ приготовления
1		Используют 0,1 М NaF в стакане
2		5 мл раствора (1) + 4,5 мл 1М KNO3 и разбавляют водой до 50 мл
3		5 мл раствора (2) + 4,5 мл 1М KNO3 и разбавляют водой до 50 мл
4		5 мл раствора (3) + 4,5 мл 1М KNO3 и разбавляют водой до 50 мл
5		5 мл раствора (4) + 4,5 мл 1М KNO3 и разбавляют водой до 50 мл
6		5 мл раствора (5) + 4,5 мл 1М KNO3 и разбавляют водой до 50 мл

Снимается зависимость потенциала фторидного электрода от концентрации фторид-иона. Измерения проводятся последовательно от меньших концентраций к большим. Таблица №2. Результаты измерения потенциала в зависимости от pF для построения градуировочного графика

№ р-ра	рF	E, мВ
1	1	-517
2	2	-460
3	3	-400
4	4	-344
5	5	-295
6	6	-276

Рис.1. Градуировочный график зависимости E=f (pF) стандартных растворов NaF (KNO₃).

Нернстовская область: pF = 1-5,4 Предел обнаружения фторид-ионов: Крутизна электродной функции: S = 60 мВ Готовится серия растворов с 1М Na2SiO3 c той же концентрацией NaF Таблица №3. Результаты измерения потенциала растворов с

№ ра-ра	pF	E, мВ
1	1	-518
2	2	-460
3	3	-445
4	4	-440
5	5	-429
6	6	-424

Рис.2. Градуировочный график зависимости E=f (pF) стандартных растворов NaF (NaSiO₃).

Нернстовская область: pF = 1-2 Предел обнаружения фторид-ионов: 𝑐 =10−² M Крутизна электродной функции: S = 60 мВ Коэффициент селективности: ,где

Таблица №4. Результаты измерения потенциала растворов c 1М NaBr ( c той же концентрацией NaF)

№ р-ра	pF	E, мВ
1	1	-516
2	2	-455
3	3	-395
4	4	-338
5	5	-335
6	6	-275

Рис.3. Градуировочный график зависимости E=f (pF) стандартных растворов NaF (NaBr).

Нернстовская область: pF = 1-4 Предел обнаружения фторид-ионов: 𝑐 =10^-4 M Крутизна электродной функции: S = 60 мВ Коэффициент селективности:

Таблица №5. Результаты измерения растворов с 1М KI ( с тоже конц. NaF)

№ р-ра	pF	Е, мВ
1	1	-517
2	2	-457
3	3	-398
4	4	-339
5	5	-286
6	6	-279

Рис.4. Градуировочный график зависимости E=f (pF) стандартных растворов NaF (NaI).

Нернстовская область: pF = 1-4 Предел обнаружения фторид-ионов: 𝑐 = 10^-4,9 = 1,25* M Крутизна электродной функции: S = 60 мВ Коэффициент селективности: Таблица №6. Результаты измерения потенциала колбы с задачей №2

№ раствора	E1, мВ	E2, мВ	E3, мВ
1	-361	-361	-360
2	-360	-360	-360
3	-360	-360	-360

Оценка погрешностей:

Среднее значение:

На графике этому значению соответствует значение

Р = 0,95, f=8,

На графике будет соответствовать такому значению:

Сделали пересчет содержания фторида по формуле:

m – искомая величина в мг;

– найденное содержание фторида в мг/мл;

V₁ – объем колбы, в которой готовился раствор (50 мл);

V₂ – объем аликвоты (10 мл);

V₃ – объем колбы с задачей (100 мл).

Вывод: определили массу фторид-иона в анализируемых растворах с использованием фторид-селективного электрода в задаче №2: