ФХМА (sol2019) / Учебная литература / Методички / ЗАДАЧНИК ЭХМА испр 2005

21.Какие из катионов будут мешать определениям с хлоридселективным электродом на основе хлорида серебра?

22.Для Ag+-селективного электрода в растворах с концентрациями 100 и 10 мг/л получены значения потенциала равные соответственно 350 и 293 мВ соответственно. Определите крутизну электродной функции.

2.2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ В приведенных к заданиям ответах правильными могут быть не-

сколько из них.

1. Крутизна А--селективного электрода (А--анион) равна 59 мВ/десятикратное изменение концентрации. Основная электродная функция электрода линейна в области концентраций А- 1,0.10-4 1,0.10-1 М. Какова будет величина потенциала этого электрода при С(А-) = 1,0.10-2 М, если при С(А-) = 1,0.10-4 М его потенциал равен +100 мВ ?

а) +159 мВ; б) +218 мВ; в) -18 мВ; г) -118 мВ; д) -59 мВ.

2.Почему гидроксид-ионы мешают определению фторид-ионов с использованием фторид-селективного электрода на основе трифторида лантана?

а) в щелочной среде образуются труднорастворимые фториды с посторонними ионами металлов; б) происходит взаимодействие между фторид- и гидроксид-ионами;

в) трифторид лантана реагирует с фторид -ионами в щелочной среде; г) трифторид лантана реагирует с гидроксид-ионами; д) гидроксид-ион влияет на потенциал электрода сравнения.

3.Почему определение фторид-ионов с использованием фторидселективного электрода на основе трифторида лантана нельзя проводить в кислой среде?

а) образуются ионы, на которые электрод не реагирует; б) трифторид лантана разлагается с выделением фтора;

в) за счет изменения рН изменяется потенциал электрода сравнения; г) образуются комплексные соединения лантана;

д) в сильнокислой среде происходит быстрая коррозия материала электрода.

Какой вид может иметь графическая зависимость потенциала фторид-селективного электрода от концентрации фторид-иона при постоянной ионной силе раствора?

21

2.3. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

ПРИМЕР 1.

При определении натрия в минеральной воде с использованием натрий-селективного электрода получены следующие данные измерений потенциала электрода: в пробе анализируемой воды равен 28,6 мВ; при измерении в стандартных растворах с концентрациями ионов натрия 10,0 и 2,0 мг/л соответственно 38,6 и 1,6 мВ. Определите концентрацию (мг/л) Na+ в анализируемой пробе минеральной воды.

РЕШЕНИЕ:

Запишем кратко условие задачи и введем обозначения: Дано:

Ех = 28,6 мВ; С(Na+)1 =10,0 мг/л; С(Na+)2 =2,0 мг/л; Е1 = 38,6 мВ; Е2 = 1,6 мВ;

С(Na+)Х=?

Использована прямая потенциометрия и метод стандартов. По данным измерений потенциала в двух стандартных растворах рассчитываем крутизну электродной функции (S):

После подстановки числовых значений:

Аналогично можно вычислить концентрацию ионов натрия по другому стандарту.

ПРИМЕР 2.

Для определения фторид-ионов отобрали пробу раствора объемом 50,0 мл и измерили потенциал фторид-селективного электрода, который оказался равен 85,5 мВ. При введении в эту пробу 0,20 мл и 2,00 мл

23

стандартного раствора фторида с С(F-)ст. = 50,0 мг/л потенциал электрода составил соответственно 75,5 и 20,5 мВ. Определите концентрацию (мг/л) фторида в растворе.

РЕШЕНИЕ:

Запишем кратко условие задачи и введем обозначения: Дано:

VХ = 50,0 мл; Ех = 85,5 мВ; V1СТ. = 0,20 мл; V2 СТ. = 2,00 мл;

С(F-)ст. = 50,0 мг/л; Е1 = 75,5 мВ;

Е2 = 20,5 мВ.

С(F-)х = ?

Использована прямая потенциометрия и метод стандартных добавок. По результатам измерений потенциала электрода при введении двух добавок стандартного раствора вычисляем крутизну электродной функции (S):

S = Е = Е1 - Е2 = 75,5 - 20,5 = 55,0 мВ/1lg C(F-) поскольку соответствует изменению концентрации фторид-ионов в 10 раз;

Тогда

2.4. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Определение магния в минеральной воде осуществляют потенциометрическим методом с магний-селективным электродом. Потенциал этого электрода в пробе воды равен +10,0 мВ. При измерениях в стандартных растворах с концентрациями магния 10 и 100 мг/л значения потенциалов составляли соответственно -12,0 и +17,7 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) ионов магния в минеральной воде.

24

Для определения кальция в воде использовали потенциометрию с кальций-селективным электродом. Потенциал этого электрода в пробе анализируемой воды равен 5,0 мВ. При измерениях в растворах с концентрациями ионов кальция 10,0 и 100,0 мг/л значения потенциалов составили - 17,0 и 12,7 мВ соответственно. Найдите концентрацию ионов кальция (мг/л) в исследуемом растворе (используйте расчетный метод).

При определении ионов калия с помощью калийселективного электрода получены следующие данные измерений. При измерении в стандартном растворе с концентрацией ионов калия 100,0 мг/л потенциал равен 34,0 мВ, для раствора с концентрацией 20,0 мг/л потенциал равен -5,0 мВ. В анализируемом растворе потенциал равен22,0 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) ионов калия в анализируемом растворе.

При определении ионов калия в минеральной воде с помощью ка- лий-селективного электрода были получены следующие данные измерений потенциала: в пробе анализируемой воды - 28,6 мВ; при измерении в стандартных растворах с концентрациями ионов калия 100 и 20 мг/л соответственно 38,6 мВ и 1,6 мВ. Вычислите концентрацию ионов калия (мг/л) в исследуемой минеральной воде.

Значения потенциала Ag+-селективного электрода на основе сульфида серебра, составили для стандартных растворов с концентрацией Ag+ 100, 10 мг/л и анализируемого раствора соответственно 350,2; 293,0 и 331,6 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) ионов серебра в анализируемой пробе.

При определении меди (II) в растворе получены следующие результаты измерения потенциалов медь-селективного электрода: стандартных растворов с концентрациями меди 10,0 и 3,0 мг/л соответственно 50,0 и 35,0 мВ; анализируемого раствора 42,0 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) меди (II) в исследуемом растворе.

Для определения содержания нитрит-ионов использовали потенциометрический метод с нитрит-селективным электродом. В растворах с концентрацией 1,0 и 0,3 мг/л нитрит-ионов потенциал этого электрода равен соответственно 60,3 и 30,5 мВ. При измерении потенциала электрода в исследуемой пробе получено значение 55,0 мВ. Вычислите концентрацию нитрит-ионов (мг/л) в анализируемой пробе.

Для определения фторид-ионов в промышленных растворах использован потенциометрический метод. При десятикратном увеличении концентрации фторид-ионов потенциал F--селективного электрода умень-

25

шается на 58,5 мВ. Для стандартного раствора с концентрацией фторидионов 10,0 мг/л потенциал составляет -52,1 мВ, а для пробы промышленного раствора -21,5 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) фторидионов в исследуемом растворе.

Для определения кальция в воде отобрали 50,00 мл этой воды и измерили потенциал кальций-селективного электрода, который оказался равным 25,4 мВ. После добавления в эту пробу 0,50 мл стандартного раствора с концентрацией ионов кальция 2,00 г/л потенциал электрода составил 33,6 мВ. При добавлении в такую же пробу этого же стандартного раствора объемом 5,00 мл потенциал электрода равен61,5 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) ионов кальция в анализируемой воде.

Для определения в растворе ионов серебра использовали Ag+-селективный электрод с крутизной электродной функции 58,0 мВ на десятикратное изменение концентрации ионов серебра. Отобрали 25,00 мл анализируемой пробы, добавили равный объем нитрата калия и измерили потенциал этого электрода, который оказался равным +50,0 мВ. После введения 0,50 мл стандартного раствора серебра с концентрацией 1,00 г/л потенциал электрода стал равным +70,0 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) ионов серебра в анализируемой пробе.

Потенциал сульфид-селективного электрода для растворов с концентрациями 30,0 и 3,0 мг/л сульфид-ионов равен -800,0 и -771,5 мВ соответственно. Пробу анализируемого раствора разбавили равным объемом буферного раствора и измерили потенциал, который оказался равным -790,8 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) сульфид-ионов в анализируемом растворе.

Для определения фторид-ионов отобрали 25,00 мл сточной воды, добавили равный объем буферного раствора и измерили потенциал фторид-селективного электрода, который оказался равным 185,0 мВ. После введения в этот раствор 0,10 и 1,00 мл мл стандартного раствора с концентрацией 50 мг/л ионов F- потенциал электрода был соответственно равен 175,5 и 120,5 мВ. Вычислите концентрацию (мг/л) фторид-ионов в сточной воде.

При добавлении к 100 мл раствора хлороводородной кислоты 1,50 мл стандартного 0,0100 М раствора хлороводородной кислоты потенциал стеклянного электрода изменился с 190 до 210 мВ (при температуре 25оС). Вычислите концентрацию (моль/л) раствора хлороводородной кислоты, если крутизна электродной функции стеклянного электрода соответствует теоретическому значению.

26

14. К 50,00 мл анализируемого раствора хлороводородной кислоты добавили 2,50 мл 0,0100 М раствора хлороводородной кислоты. Величина потенциала стеклянного электрода при этом увеличилась с 200,0 до 259,1 мВ (при температуре 25оС).

Вычислите концентрацию (моль/л) исходного раствора хлороводородной кислоты.

3. КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА (КУЛОНОМЕТРИЯ)

3.1. ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.На чем основаны кулонометрические методы анализа?

2.Какие законы положены в основу кулонометрических определений? Сформулируйте их.

3.В чем сущность прямой кулонометрии и кулонометрического титрования?

4.Каковы особенности кулонометрического анализа при контролируемой силе тока (амперостатической кулонометрии)?

5.На чем основана прямая кулонометрия при контролируемом потенциале?

6.Какими способами можно измерить количество электричества

вкулонометрии?

7.Объясните принцип действия электрохимических кулонометров (гравиметрического, титриметрического, газового).

8.Почему при кулонометрических определениях необходимо обеспечить 100 %-ный выход по току или точно знать его величину?

9.Каким образом выбирают потенциал рабочего электрода для прямой потенциометрической кулонометрии? От каких факторов зависит выбор материала рабочего электрода?

10.Какими приемами можно уменьшить время, необходимое для завершения прямых кулонометрических определений при контролируемом потенциале?

11.Какие способы используются для фиксирования конечной точки при использовании кулонометрического титрования?

12.Почему при избытке вспомогательного реагента процесс получения электрогенерированного кулонометрического титранта протекает со 100%-ным выходом по току?

13.Напишите уравнение электрохимической реакции, протекающей при генерировании титранта при кулонометрическом титровании кислоты основанием.

14.Начертите кривую кулонометрического титрования слабой кислоты электрогенерированными ОН- ионами (способ определения окончания титрования - потенциометрический, индикаторный электрод - стеклянный).

27

15.Начертите кривую кулонометрического титрования слабого основания электрогенерированными Н+-ионами (способ индикации - потенциометрический, индикаторный электрод - стеклянный).

16.Восстановитель ( А ) титруют окислителем ( В ) кулонометрически по реакции: А + В = С + Д. Титрант (В) получают окислением вспо-

могательного компонента С (С - n.e- B) на рабочем электроде. Из какого материала следует изготовить этот электрод? Начертите форму кривой кулонометрического титрования, если использовать потенциометрический способ определения завершения титрования (выбрать индикаторный электрод).

17.Какого вида получится кривая кулонометрического титрования мышьяка (III) генерируемым иодом, если окончание титрования устанавливается амперометрически по току восстановления иода?

18.Какие электрохимические параметры поддерживаются постоянными при кулонометрическом титровании с амперометрической фиксацией конечной точки титрования?

19.Какие физические величины используются для определения количества электричества, затраченного на генерирование титранта?

20.Какие факторы влияют на воспроизводимость определения при использовании кулонометрического титрования?

21.Каковы преимущества кулонометрического титрования по сравнению с амперометрическим и потенциометрическим титрованием?

22.Изменением какого параметра можно менять скорость кулонометрического титрования?

3.2.ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОГРАММИРУЕМОГО КОНТРОЛЯ

В приведенных к заданиям ответах правильными могут быть несколько из них.

1.Какими способами можно определить завершение кулонометрического титрования генерируемым иодом?

а) визуально, по изменению окраски индикатора - метилоранжа; б) измеряя рН раствора; в) амперометрически; г) потенциометрически;

д) визуально, по изменению окраски раствора при добавлении крахмала.

2.При кулонометрическом титровании As (III) генерируемым иодом использовали потенциометрическую индикацию (индикаторный электрод - платиновый). Какого вида кривую титрования можно получить при этом?

28

29

6. Кулонометрическое титрование сурьмы (+III) осуществляют генерируемым бромом. Для определения конечной точки титрования используют амперометрический способ по току восстановления титранта (индикаторный электрод - платиновый). Какие из приведенных электродных реакций протекают на рабочем электроде генераторной системы и индикаторном электроде индикаторной системы?

a) Sb(III) + Br2 = Sb (V) + 2 Br -

б) Br2 + H2O = HBr + HBrO в) 2 Br - -2 e = Br2

г) 2 H2O + 2e = H2 + 2 OH - д) Br2 + 2e = 2 Br -

7. Кулонометрическое титрование использовано для определения хлороводородной кислоты. Конечную точку титрования устанавливают потенциометрически (индикаторный электрод - стеклянный). Какого вида кривые кулонометрического титрования могут быть получены?

8. Для определения гидроксида калия в растворе использовано кулонометрическое титрование генерированными ионами оксония. Конечную точку титрования устанавливают потенциометрически (индикаторный электрод - стеклянный). Какого вида кривые кулонометрического титрования могут быть получены?

30