§ 8. Экспериментальная часть

ЗАНЯТИЕ № 5

Тема: Потенциометрическое титрование.

Цель: Ознакомиться с методами потенциометрического титрования. Этот метод применяется в биохимических, клинических и санитарно-гигиенических лабораториях для определения рН крови, спинномозговой жидкости, суспензии бактериальных клеток, систем, содержащих агрессивные по отношению к индикаторам вещества и др. Он также используется для определения концентрации биологически активных и лекарственных веществ в биологических объектах.

Работа 1. Определение концентрации раствора кислоты методом потенциометрического титрования.

В стакан для титрования внести 30 мл раствора HCl неизвестной концентрации. Промытые дистиллированной водой стеклянный и хлорсеребрянный электроды погрузить в стакан с раствором кислоты и измерить исходные значения ЭДС (Е) или рН раствора на рН-метре или иономере ЭВ-74. Затем раствор кислоты титровать 0,1 н. раствором щелочи, приливая непосредственно в стакан титрант из бюретки порциями по 0,5 мл и раствор перемешивать магнитной мешалкой. Изменение ЭДС или рН раствора после добавления каждой порции титранта фиксируется после того, как показания прибора примут установившиеся значения. Наибольшее значение ЭДС или рН соответствует точке эквивалентности (скачок титрования). После скачка титрования добавить еще 4–5 порций титранта. Результаты внести в табл 1.

Для определения точки эквивалентности построить обычную (интегральную) кривую титрования в координатах Е (рН) – V_NaOH и дифференциальную в координатах Е/V (рН/V) – V_NaOH. Точка эквивалентности на первой кривой определяется как середина вертикального участка (скачка титрования), на второй кривой – как максимум. Из кривых определить точку эквивалентности и объем титранта (V_NaOH), соответствующий точке эквивалентности. Затем рассчитать нормальную концентрацию кислоты по формуле:

Для определения точки эквивалентности построить обычную (интегральную) кривую титрования в координатах Е (рН) – V_NaOH и дифференциальную в координатах Е/V (рН/V) – V_NaOH. Точка эквивалентности на первой кривой определяется как середина вертикального участка (скачка титрования), на второй кривой – как максимум. Из кривых определить точку эквивалентности и объем титранта (V_NaOH), соответствующий точке эквивалентности. Затем рассчитать нормальную концентрацию кислоты по формуле:

После окончания работы выключить прибор, ополоснуть электроды и опустить их в дистиллированную воду. Оформленную работу сдать на подпись преподавателю.

Контрольные вопросы и задания

1. На чем основано потенциометрическое титрование? Перечислите типы химических реакций, лежащие в основе потенциометрического титрования.

2. Назовите методы потенциометрического титрования.

3. Для чего применяют индикаторные электроды и электроды сравнения, применяемые в потенциометрическом титровании? В чем заключается принцип выбора электродов?

4. Простые и дифференциальные кривые титрования. Как определяют эквивалентный объем при потенциометрическом титровании?

5. По какому уравнению рассчитывают концентрацию исследуемого раствора?

6. Как в потенциометрическом титровании измеряется эквивалентный объем?

7. Когда следует заканчивать потенциометрическое титрование?

8. В каких координатах строится дифференциальная кривая титрования?

9. Почему при потенциометрическом титровании пользуются грубым диапазоном измерений ЭДС иономера ЭВ-74?

10. Нарисуйте и объясните ход простой (интегральной) кривой потенциометрического титрования.

11. Почему вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение потенциала индикаторного электрода, погруженного в титруемый раствор?

12. От каких факторов зависит величина скачка при потенциометрическом титровании?

13. Каковы преимущества дифференциальной кривой потенциометрического титрования перед интегральной кривой?

14. Приведите пример использования ионоселективного электрода для потенциометрического титрования.

15. Опишите устройство хлорсеребряного электрода.

16. В чем заключается разница между прямыми и косвенными потенциометрическими методами?

Задача № 1. Найти рН раствора, в котором потенциал хингидронного электрода при 298 К равен 0,400 В.

Задача № 2. ЭДС хингидронного-каломельного (насыщенного) элемента при 298 К равна 0,121 В.Написать схему данного элемента и рассчитать значение рН раствора.

Работа 2. Измерение рН растворов различной концентрации с помощью стеклянного электрода.

Приготовить прибор – иономер ЭВ-74 к работе, аналогично тому, как это было описано ранее. После установки нужной температуры нажимают клавишу предполагаемого рода работ: анионы/катионы и рХ. Настроить прибор по стандартному буферному раствору с известным значением рН.

Составить гальванический элемент из стеклянного электрода, опущенного в исследуемый раствор HCl, и электрода сравнения, входящего в комплект ЭВ-74 (например, хлорсеребряный электрод). Подключить гальванический элемент к ЭВ-74 и измерять рН исследуемого раствора при различной концентрации, как указанно в табл. 2. Перед измерением произвести корректировку шкалы прибора по буферному раствору.

Для этого необходимо налить в стаканчик буферный раствор, опустить хлорсеребряный и стеклянный электроды в этот раствор и подключить электроды к прибору. Далее нажимают клавишу интервала «1¹/₄19» и ручкой «калибровка» подвести стрелку к известному значению рН стандартного раствора на нижней шкале (№ 4). Если значение рН стандартного раствора меньше 4, нажать клавишу –1¹/₄4 и стрелку вновь подвести к точному значению рН стандартного раствора по средней из трех верхних шкал (№ 2). Если же значение рН стандартного буферного раствора больше 4, определить узкий диапазон, в который попадет это значение, нажать нужную клавишу (4¹/₄9 или 9¹/₄14) и стрелку подвести к точному значению, равному рН-4 или рН-9) соответственно по нижней шкале из трех верхних шкал (№ 3).

Заполнить стакан исследуемым раствором (предварительно ополоснув им электроды и стакан), опустить в него электроды и измерить приблизительное значение рН, для этого нажать клавишу «-1¹/₄19» и снять показания стрелки по шкале № 4. После этого определить точное значение рН исследуемого раствора, нажав клавишу того узкого диапазона измерений, в который входит приблизительное значение рН, и по шкале № 2 или № 3 определить точное значение рН. При этом необходимо учесть, что для диапазона «-1¹/₄4» (шкала № 2) показание стрелки уже соответствует самому значению рН. Шкала № 3 используется для двух остальных узких диапазонов «4¹/₄9» и «9¹/₄14».

Для отсчета рН по этой шкале к начальному значению диапазона прибавляют показание стрелки. Студенты должны определить рН двух-трех растворов по указанию преподавателя. Полученные данные внести в табл. 2.

Сделать выводы, записать в журнал.

Таблица 2

После окончания работы прибор выключить, сполоснуть электроды и опустить их в дистиллированную воду. Полученные данные сдаются преподавателю на подпись.