527

потенциал насыщенного хлоридсеребряного электрода (eхс ) при 298 К.

4. Вычислить стандартный потенциал стеклянного электрода. Расчет провести по уравнению Нернста для

где eст – потенциал стеклянного электрода;

– стандартный потенциал стеклянного электрода. Учитывая, что рН = − lg[H+], выражение (1) примет вид:

(2)

Подставить выражение (2) в формулу расчета

Рассчитать стандартный потенциал стеклянного электрода для всех буферных растворов.

5.Построить график зависимости рН (ось абцисс) – Е (ось ординат), сделать вывод о линейности диапазона водородной характеристики.

6.Сделать вывод об исправности электрода, сравнив значения стандартных электродных потенциалов для всех исследуемых растворов. Если эти значения равны, то электрод исправен.

41

Лабораторная работа № 8

УИРС. Определение окислительновосстановительного потенциала и водородного

показателя химического и биологического объектов

Цель работы: изучить методику определения окислительно-восстановительного потенциала и водородного показателя потенциометрическим методом.

Оборудование: иономер, платиновый и хлоридсеребряный электроды, 6 стаканов ѐмкостью 50 мл, стеклянные палочки, ступка с пестиком, 4 конические колбы, 4 воронки, фильтры.

Реактивы: почва, глина, клеточный сок растения, хингидрон, 1н KCl; стандартный раствор, состоящий из К4[Fe(CN)6] и К3[Fe(CN)6] (3,8 г и 13,5 г на 1 л воды).

Плодородие почв определяется прежде всего химическим составом, а именно содержанием азота, фосфора, железа, марганца и других элементов. Степень окисления элементов определяет окислительновосстановительный (редокс) потенциал почвы. Водородный показатель также играет важную роль при оценке качества почвы, так как при высоких значениях рН ионы металлов могут находиться в виде нерастворимых соединений, например, в виде гидроксидов, которые не усваиваются растениями.

Величина редокс-потенциала характеризует окислительно-восстановительные процессы, протекающие в в растениях и почве. Редокс-потенциал почв находится в диапазоне от −200 до +700 мВ. Пойменные, торфянистые почвы имеют низкий потенциал от −200 до +300 мВ, так как из-за воды затруднѐн доступ кислорода воздуха. В рыхлых аэрированных (обогащенных кислородом) почвах редокспотенциал от +400 до +700 мВ.

42

Для жизни растений благоприятны окислительновосстановительные потенциалы от +200 до +700 мВ. При снижении редокс-потенциала ниже +200 мВ в почвах развиваются процессы гниения, начинается переход марганца и железа в токсичные для растений закисные формы, переход нитратов в нитриты, свободный азот и другие процессы.

Так как биохимические процессы всегда протекают при участии воды, то основная окислительно-восстановительная реакция имеет вид:

Таким образом, повышению потенциала почвы способствует не только внесение минеральных удобрений, но и осушение почвы, а также вспашка, при которой происходит аэрация.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для измерения ЭДС цепи:

Рt / Fe+3, Fe+2 (р-р) / KCl нас./ AgCl / Аg.

Сделать рисунок и подписать рабочий и вспомогательный электроды. Записать выражение для расчета ЭДС этой цепи.

2. Записать уравнение Нернста для системы:

Рt / Fe+3, Fe+2.

3. Определить поправку к иономеру. Измерить ЭДС стандартного раствора (Еоп), состоящего из 3,8 г К4[Fe(CN)6] и 13,5 г К3[Fe(CN)6] в 1 л воды, расчетное значение ЭДС (Е расч) этого раствора должно быть 0,278 ± 0,01 В. В случае отклонения от заданной величины ввести поправку к показаниям прибора.

43

4. Приготовить объекты для исследования:

а) клеточный сок растений: растереть в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком 2-3 мелкоизмельченных листа какого-либо растения, в полученную массу добавить 25-30 мл дистиллированной воды, перемешать.

б) водная вытяжка почвы и глины: к 2-3 г объекта добавить 25-30 мл дистилированной воды, перемешать.

в) солевая вытяжка почвы: к 2-3 г почвы прибавить

отфильтровать и перенести фильтрат в пронумерованные стаканы ѐмкостью 50 мл.

5. Измерить ЭДС (Е, В) исследуемых объектов, с помощью цепи, состоящей из платинового и хлоридсеребряного электродов, учесть погрешность прибора. При смене растворов прибор не выключать, электроды промыть дистиллированной водой и обсушить фильтровальной бумагой. Рассчитать окислительновосстановительные потенциалы исследуемых объектов (eобъекта) учитывая, что

где ехс – потенциал хлоридсеребряного электрода (прил., табл. 5).

6. Измерить ЭДС исследуемых объектов, с помощью цепи, состоящей из хингидронного и хлоридсеребряного электродов, учесть погрешность прибора. При измерении электроды на приборе не менять, а в каждый исследуемый раствор добавить 1 микрошпатель хингидрона и провести измерение.

Составить схему хингидронно-хлоридсеребряной цепи.

44

Записать вывод формулы для расчета рН (5), исходя из уравнения Нернста для хингидронного электрода и ЭДС этой цепи.

Рассчитать рН каждого исследуемого объекта по формуле (5):

(5)

где – стандартный потенциал хингидронного электрода (прил., табл.5);

ехс – потенциал хлоридсеребряного электрода (прил., табл.5);

Ехг – ЭДС, измеренная с помощью хингидронного электрода.

7. Результаты исследований представить в виде таблицы

Таблица

Результаты эксперимента

8.Сделать вывод о плодородии почвы и глины. Сравнить значение рН исследуемых объектов. Объяснить, почему солевая вытяжка почвы имеет большую кислотность, чем водная.

9.По найденному значению рН клеточного сока оценить, в каком соотношении находятся компоненты фосфатного буферного раствора в растении (NaH2PO4 и

К2HPO4).

10.По найденному значению рН водных вытяжек почвы

иглины оценить, в каком соотношении находятся компоненты карбонатного буферного раствора в исследуемых объектах (Н2СО3 и КНСО3).

45

Лабораторная работа № 9

Потенциометрическое титрование сильной кислоты сильной щелочью

Цель работы: научиться определять точку эквивалентности по интегральным и дифференциальным кривым титрования, проводить расчѐт массы и концентрации анализируемого вещества.

Оборудование: иономер, стеклянный и хлоридсеребряный электроды, магнитная мешалка, штатив с бюреткой, 2 пипетки ѐмкостью 10 мл, 2 стакана ѐмкостью 100 мл, резиновая груша, мерные колбы ѐмкостью 100 мл.

Реактивы: титрант, 0,1н КОН; анализируемый раствор, HCl; стандартный раствор, 0,1н Н2С2О4 (из фиксанала).

Порядок выполнения работы

1. Собрать установку для титрования, в бюретке должен находиться титрант, 0,1н КОН. Так как щелочи поглощают газы из воздуха, то предварительно необходимо провести стандартизацию титранта и рассчитать его практическую концентрацию. Для этого внести 10 мл 0,1н Н2С2О4 (стандартный раствор) в стакан емкостью 100 мл, разбавить до половины дистиллированной водой, опустить в раствор мешалку и электроды. Провести титрование раствором КОН, прибавляя его по 0,5 мл и записывая показания рН в таблицу после каждого добавления щелочи.

46

В начале титрования концентрация водородных ионов будет постепенно уменьшаться, а рН увеличиваться. Вблизи точки эквивалентности изменения будут значительными, после прохождения этой точки изменения будут небольшими. Когда рН титруемого раствора достигнет значения больше 8, титрование прекратить, промыть электроды дистиллированной водой.

По результатам анализа построить дифференциальную кривую титрования в координатах ∆рН – объем титранта. Перпендикуляр, проведенный из пика кривой, соответствует точке эквивалентности. Виды интегральной и дифференциальной кривой представлены на рисунке (рис. 2).

Используя найденный по графику объем титранта КОН в точке эквивалентности, рассчитать по правилу пропорциональности практическую концентрацию титранта КОН.

(1)

где Сн (КОН) – молярная концентрация эквивалентов КОН, моль-экв/л;

Сн (Н2С2О4) – молярная концентрация эквивалентов

47

Н2С2О4, моль-экв/л;

V– объем, мл.

2.Получить у преподавателя свой вариант задачи. Довести в мерной колбе ѐмкостью 100 мл объѐм жидкости до метки дистиллированной водой, перемешать.

3.Пипеткой отобрать 10 мл исследуемого раствора, внести в стакан емкостью 100 мл, разбавить до половины водой и титровать, как описано в пункте 1.

При решении задачи построить интегральную и дифференциальную кривые.

Построить график интегральной кривой в координатах рН – объем титранта. Для этого провести ориентировочное титрование, приливая по 0,5 мл титранта. По интегральной кривой находят ориентировочный объем титранта, пошедший на титрование.

Для построения дифференциальной кривой проводят точное титрование, добавляя титрант по 0,1–0,2 мл вблизи точки эквивалентости.

4.Рассчитать концентрацию и массу HCl в колбе объемом 100 мл. Расчеты выполнить двумя способами: по правилу пропорциональности и через титр титранта по определяемому компоненту.

5.Записать схемы реакций в молекулярной и ионной

форме.

48

Лабораторная работа № 10

Потенциометрическое определение концентрации иона в исследуемом растворе

Цель работы: определить концентрацию и массу исследуемого иона в растворе.

Оборудование: иономер, ионоселективный (для определения калия, натрия, магния, кальция, брома, нитратиона) и хлоридсеребряный электроды, 2 стакана ѐмкостью 50 мл, пипетка ѐмкостью 10 мл, резиновая груша, технохимические весы, 6 мерных колб ѐмкостью 100 мл.

Реактивы: сухие соли (по выбору преподавателя), дистиллированная вода.

Анализ можно проводить двумя методами:

1.Методом градуировочного графика через ЭДС гальванического элемента с анализируемым раствором в качестве электролита;

2.Методом настройки иономера по показателю концентрации определяемого иона рX.

В данной лабораторной работе определение будет проводиться по методу градуировочного графика.

Порядок выполнения работы

1.Получить у преподавателя задание по определению иона и колбу с анализируемым раствором, объем жидкости в колбе довести до метки дистиллированной водой.

2.Собрать ячейку из ионоселективного (для вашего иона) и хлоридсеребряного электрода, включить прибор и

49

прогреть 10 минут, опустив электроды в дистиллированную воду.

3.Приготовление серии стандартных растворов.

Рассчитать навеску и приготовить 100 мл 1М рабочего стандартного раствора из химически чистой соли, затем из него в мерных колбах ѐмкостью 100 мл методом последовательного разбавления приготовить серию

стандартных растворов с концентрациями в пределах 10-1-10-5 моль/л. Для этого в первую колбу емкостью 100 мл с помощью пипетки внести 10 мл раствора с концентрацией 1 моль/л, довести до метки дистиллированной водой, тщательно перемешать. Из первой колбы во вторую отобрать 10 мл, довести объѐм раствора до метки водой, перемешать.

Втретью колбу отобрать из второй и т.д.

4.Измерение ЭДС. В стакан емкостью 50 мл налить до одной трети стандартный раствор с наименьшей концентрацией, погрузить в него электроды, измерить ЭДС на иономере. Подобные определения повторить со всеми стандартными растворами, меняя их по мере возрастания концентрации, каждый раз ополаскивая электроды и стакан очередным раствором. Затем аналогично измерить ЭДС (Е, В) анализируемого раствора. Экспериментальные данные занести в таблицу.

4. Построение градуировочного графика. Используя экспериментальные данные, построить график в координатах

50