Измерение разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в анализируемый раствор. Классификация потенциометрических методов анализа. Пример расчетной задачи в потенциометрическом титровании. Методология определения точки эквивалентности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

31

Размещено на

Курсовая работа

по дисциплине аналитическая химия и ФХМА

на тему: Виды кривых в потенциометрическом титровании

ЕКАТЕРИНБУРГ 2012

Оглавление

• Введение
• 1. Электрохимические методы анализа (ЭХМА)
• 2. Потенциометрия
• 2.1 Индикаторные электроды в потенциометрии
• 2.2 Электроды сравнения
• 3. Потенциометрическое титрование
• 4. Кривые потенциометрического титрования
• 4.1 Кислотно-основное титрование
• 4.2 Комплексонометрическое титрование
• 4.3 Титрование по методу осаждения
• 4.4 Окислительно-восстановительное титрование
• 5. Определение точки эквивалентности
• 6. Схема решения задач потенциометрического титрования
• 6.1 Пример расчетной задачи в потенциометрическом титровании
• Литература
• Введение
• Потенциометрический метод основан на измерении разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в анализируемый раствор. В состав установки входит индикаторный электрод, электрод сравнения и прибор для измерения потенциалов.
• Потенциал индикаторного электрода зависит от концентрации определяемого иона в растворе, а потенциал электрода сравнения не чувствителен к этой концентрации. Поэтому ЭДС гальванического элемента, состоящего из этих двух электродов, зависит только от концентрации определяемого иона в растворе [2].
• Потенциометрический анализ включает прямую потенциометрию и потенциометрическое титрование.
• Сущность потенциометрического титрования заключается в том, что в исследуемый раствор погружают гальванический элемент, состоящий из электрода сравнения и индикаторного электрода, и титруют раствор, определяя э.д.с. гальванического элемента в ходе титрования. По полученным данным строят кривую титрования [1].
• Кривая титрования - это зависимость э.д.с. гальванического элемента от объема рабочего раствора.
• В зависимости от природы электродной реакции на индикаторном электроде в потенциометрических методах существуют два направления: ионометрия и редоксметрия. В обоих случаях потенциометрические методы анализа подразделяются на два вида [2]:
• 1. прямая потенциометрия, или ионометрия;
• 2. потенциометрическое титрование.
• Для потенциометрического титрования собирают цепь из индикаторного электрода в анализируемом растворе и электрода сравнения. В качестве электродов сравнения чаще всего применяют каломельный или хлорсеребряный.
• Классификация потенциометрических методов анализа такова, как и обычного объемного анализа. В ее основу положены типы химических реакций: нейтрализации, осаждения, комплексобразования, окисления - восстановления и т. п. [3].
• В данной работе изучен метод потенциометрического титрования, рассмотрены более подробно кривые титрования.
• 1. Электрохимические методы анализа (ЭХМА)
• Электрохимические методы анализа (ЭХМА) основаны на использовании процессов, протекающих на поверхности электрода или в приэлектродном пространстве, и измерении электрического параметра системы (разности потенциалов, силы тока, количества электричества, омического сопротивления, электропроводности и др.), значения которого функционально связаны с составом и концентрацией (специфическими свойствами) раствора, т.е. пропорциональны количеству определяемого вещества в анализируемом растворе. Эти зависимости используют для количественного и качественного определения веществ.
• Основные понятия электрохимии
• Электродный процесс (электрохимическая реакция) - гетерогенная реакция, протекающая между компонентами электропроводящих фаз (электрод - раствор), в ходе которой ионы или электроны проходят через границу раздела фаз, и на межфазной границе устанавливается разность электрических потенциалов, называемая электродным потенциалом.
• Электродный процесс включает две обязательные стадии: массоперенос - доставку вещества к электроду за счет диффузии, миграции (движения ионов под действием электростатических сил) и конвекции и собственно электрохимическую реакцию (разряд-ионизацию).
• При равновесии электрохимическая реакция протекает в обоих направлениях с одинаковыми скоростями, ток в замкнутой гальванической цепи отсутствует, электродный потенциал достигает равновесного значения. В отсутствие равновесия в результате электрохимической реакции через ячейку протекает электрический ток, при этом электродный потенциал отклоняется от равновесного - электрод поляризуется.
• Электрохимическая ячейка чаще всего состоит из двух или трех электродов (индикаторного или рабочего электрода, электрода сравнения и вспомогательного), погруженных в раствор электролита.
• Индикаторный электрод - это электрод, на котором протекает собственно электрохимическая реакция окисления или восстановления. Это легкополяризуемый электрод, он должен реагировать на изменение концентрации определяемого вещества.
• Электрод сравнения - неполяризуемый электрод, потенциал его должен быть устойчивым во времени. Электрод сравнения служит для создания измерительной цепи и поддержания постоянного значения потенциала индикаторного электрода.
• Используемый в трехэлектродной ячейке вспомогательный электрод (противоэлектрод) вместе с рабочим электродом включен в цепь, через которую проходит электрический ток. В состав электролитической ячейки могут входить два идентичных электрода, выполняющих одинаковую функцию.
• Электрохимические методы анализа можно классифицировать в зависимости от процессов, происходящих на электродах:
• · методы, не связанные с электродной реакцией, измеряемый сигнал является откликом на изменения электрохимических свойств в объеме раствора (кондуктометрия);
• · методы, основанные на электродной реакции, в результате которой ток через границу раздела не протекает, и на границе раздела фаз устанавливается равновесный потенциал, величина которого зависит от активности (концентрации) компонентов, участвующих в электродной реакции (потенциометрия);
• · методы, основанные на электродной реакции между электродом и приэлектродной частью раствора, в ходе которой электроны или ионы переходят через границу раздела фаз, обусловливая возникновение тока (вольтамперометрия, амперометрия, кулонометрия, электрогравиметрия).
• Если электродная реакция не приводит к заметному изменению объемной концентрации раствора, электрохимический метод может быть использован для индикации конечной точки титрования в титриметрии.

2. Потенциометрия

В основе потенциометрических измерений лежит зависимость равновесного потенциала электрода от активности (концентрации) определяемого иона практически в отсутствие тока между индикаторным электродом и электродом сравнения (гальванический элемент), погруженными в анализируемый раствор, при замыкании гальванической цепи.

Измеряемое напряжение, таким образом, равно:

E = E_инд - E_ср

Возникновение электродного потенциала связано с электродным процессом на границе индикаторный электрод _ раствор, содержащий окислительно-восстановительную пару:

Ox + п е Red,

либо восстановленную форму обратимой окислительно-восстановительной системы

Мⁿ⁺ + п е M ⁰

При установлении динамического равновесия электрод приобретает равновесный потенциал. Реакции, протекающие на границе раздела электрод-раствор, называются потенциалопределяющими, а ионы Ox, Red _ потенциалопределяющими ионами. Потенциал индикаторного электрода зависит от активности потенциалопределяющих ионов по уравнению Нернста:

Е? _ стандартный электродный потенциал, В.

Потенциометрию применяют как для непосредственного определения концентрации (активности) вещества, находящегося в растворе (прямую потенциометрию), так и для определения точки эквивалентности при титровании (потенциометрическое титрование), измеряя потенциал индикаторного электрода в зависимости от добавленного титранта.

2.1 Индикаторные электроды в потенциометрии

Для потенциометрических измерений используют два основных типа индикаторных электродов: металлические и мембранные (ионоселективные) электроды.

Мембранные (ионоселективные) электроды

Ионоселективные электроды (ИСЭ) - это сенсоры (чувствительные элементы, датчики), потенциал которых линейно зависит от логарифма активности определяемого иона в растворе, они позволяют избирательно определять активность одних ионов в присутствии других.

Потенциал мембранного электрода возникает за счет обмена заряженными частицами (ионами) между раствором и мембраной электрода. Полупроницаемая мембрана отделяет внутреннюю часть электрода (внутренний раствор) от анализируемого (внешнего) раствора и обладает способностью пропускать преимущественно ионы одного вида. Активность ионов, к которым мембрана проницаема, во внутреннем растворе...