00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000Wstęp teoretyc0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000zny

Potencjometria należy do metod elektroanalitycznych, które obejmują szereg technik pomiarowych, opartych na badaniu reakcji elektrodowych i procesów zachodzących między elektrodami. Podstawę metod elektroanalitycznych stanowi pomiar wielkości elektrycznych (napięcie, natężenie prądu, opór elektryczny) związanych ze stężeniem bądź całkowitą ilością oznaczonej substancji.

Metody potencjometryczne polegają na pomiarze siły elektromotorycznej (SEM) ogniwa złożonego z dwóch elektrod zanurzonych w badanym roztworze. Mierzona SEM zależy w określony sposób od stężenia składnika oznaczonego w roztworze.

Ćwiczenie P-5

Oznaczanie Fe²⁺ metodą potencjometrycznego miareczkowania redoks.

Celem ćwiczenia jest oznaczenie Fe²⁺ zawartego w roztworze otrzymanym do analizy. Podstawa tej metody jest reakcja redoks, przebiegająca w środowisku kwaśnym według schematu:

Cr₂O^2-₇ + 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

Ćwiczenie to wykonuje w następującej kolejności:

1. Przygotowuje analizowany roztwór do miareczkowania. W tym celu badany roztwór umieszczam w zlewce o pojemności 250 cm³ i uzupełniam do 100 cm³ roztworem HCl o stężeniu 2,0 mol/dm³.

2. Przygotowany roztwór umieszczam na mieszadle magnetycznym, podgrzewam do temperatury około 45 °C i zanurzam w nim połączone z potencjometrem elektrody - platynowa i srebrową.

3. Podgrzany roztwór miareczkuję potencjometrycznie roztworem K₂Cr₂O₇ o stężeniu

0,01 mol/dm³, dodaję porcjami po 0,5 cm³. Notuję w tabelce sumaryczną liczbę dodanych centymetrów sześciennych roztworu miareczkującego i odpowiadającą jej wartość SEM ogniwa pomiarowego.

Opracowanie wyników.

Objętość roztworu K2Cr2O7 [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu K2Cr2O7 [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu K2Cr2O7 [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]
0,0	416	8,0	488	16,0	728
0,5	427	8,5	491	16,5	733
1,0	435	9,0	494	17,0	740
1,5	442	9,5	497	17,5	745
2,0	448	10,0	500	18,0	750
2,5	453	10,5	505	18,5	754
3,0	456	11,0	508	19,0	757
3,5	460	11,5	512	19,5	760
4,0	463	12,0	517	20,0	765
4,5	467	12,5	522	20,5	766
5,0	470	13,0	528	21,0	768
5,5	473	13,5	534	21,5	769
6,0	476	14,0	545	22,0	772
6,5	478	14,5	558	22,5	774
7,0	482	15,0	589	23,0	775
7,5	485	15,5	696

Cr₂O^2-₇ + 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

2Cr⁶⁺ + 6e → 2Cr³⁺ 1

Fe²⁺ - e → Fe³⁺ 6

Bilans jonowy

(-2) + 12 + x = 6 + 18

x = 6 + 18 -10

x = 14

1 mol Cr₂O^2-₇ reaguje z 6 molami Fe²⁺

1 mol Cr₂O^2-₇ - 6M_Fe²⁺

n_Cr2O^2-₇ - m_Fe²⁺

m_Fe²⁺ = 6 * c_K2Cr2O7 * v_K2Cr2O7 * M_Fe²⁺ * 1000

c_K2Cr2O7 = 0,01 [mol/dm³]

v_K2Cr2O7 = 0,0155 [dm³]

M_Fe²⁺ = 55,847 [g/mol]

m_Fe²⁺ = 6 * 0,01 * 0,0155 * 55,847 * 1000 = 51,93 mg

Ćwiczenie P-6

Oznaczanie zasadowości wody metodą miareczkowania potencjometrycznego.

Oznaczanie zasadowości polega na określeniu zawartości związków reagujących zasadowo wobec fenoloftaleiny i oranżu metylowego. Zawartość tych związków jest równoważna ilości miligramorównoważników (mvali) kwasu mineralnego, zużytego do miareczkowania próby w obecności odpowiedniego wskaźnika lub dokładniej do określonej zawartości pH. Ćwiczenie wykonuję w następującej kolejności:

1. Do zlewki o pojemności 200 cm³, ustawionej na mieszadle magnetycznym, odmierzam 100 cm³ badanej wody i miareczkuję roztworem kwasu solnego do osiągnięcia pH=4

2. Przy przekroczeniu pH od 8,5 do 8,0 oraz 4,8 do 4,2 dodaję małe porcje roztworu kwasu solnego po 0,2 cm³.

Opracowanie wyników.

Obliczam zasadowość Z_p i Z_m według następujących wzorów:

• w milivalach

Z_p =(V_p * 100)/ V [mval/dm³]

Z_m =(V_m * 100)/ V [mval/dm³]

• w stopniach

Z_p =(2,8 * V_p *100)/ V [stopni]

Z_m =(2,8 * V_m * 100)/ V [stopni]

Gdzie:

V_p - objętość kwasu solnego zużytego na miareczkowanie do pH=8,3 [cm³]

V_m - objętość kwasu solnego zużytego na miareczkowanie do pH=4,5 [cm³]

V - objętość wody pobranej do miareczkowania [cm³]

Zasadowość Z_p i Z_m dla próby I

Z_p =(18*100)/100= 18,0 [mval/dm³] Z_p =(2,8*18,0*100)/100= 50,4 [stopni]

Z_m=(32,15*100)/100= 32,15 [mval/dm³] Z_m=(2,8*32,15*100)/100= 90,02 [stopni]

Zasadowość Z_p i Z_m dla próby II

Z_p=(11,1*100)/100= 11,1 [mval/dm³] Z_p=(2,8*11,1*100)/100= 31,08 [stopni]

Z_m=(24,2*100)/100= 24,2 [mval/dm³] Z_m=(2,8*24,2*100)/100= 67,76 [stopni]

Zasadowość Z_p i Z_m dla próby III

Z_p=(18,4*100)/100= 18,4 [mval/dm³] Z_p=(2,8*18,4*100)/100= 51,52 [stopni]

Z_m=(33,2*100)/100= 33,2 [mval/dm³] Z_m=(2,8*33,2*100)/100= 92,96 [stopni]

Obliczam zasadowość Z_OH^-, Z_CO3^2-, Z_HCO3^- :

• dla próby I

2Z_p =36 [mval/dm³] 2Z_p = 100,8 [stopni]

Z_m = 32,15 [mval/dm³] Z_m = 90,02 [stopni]

2Z_p > Z_m 2Z_p > Z_m

Z_OH^- = 2Z_p - Z_m Z_OH^- =2Z_p - Z_m

Z_OH^- = 36 - 32,15 = 9,85 [mval/dm³] Z_OH^- =100,8-90,02=10,78 [stopni]

Z_CO3^2- = 2(Z_m - Z_p) Z_CO3^2- = 2(Z_m - Z_p)

Z_CO3^2- = 2(32,15 - 18)= 28,3 [mval/dm³] Z_CO3^2- = 2(90,02 - 50,4)=79,24 [stopni]

Z_HCO3^- = 0 Z_HCO3^- = 0

• dla próby II

2Z_p = 22,2 [mval/dm³] 2Z_p = 62,16 [stopni]

Z_m = 24,2 [mval/dm³] Z_m = 67,76 [stopni]

2Z_p < Z_m 2Z_p < Z_m

Z_CO3^2- = 2Z_p Z_CO3^2- = 2Z_p

Z_CO3^2- = 22,2 [mval/dm³] Z_CO3^2- = 62,16 [stopni]

Z_HCO3^- = Z_m - 2Z_p Z_HCO3^- = Z_m - 2Z_p

Z_HCO3^- = 24,2 - 22,2 = 2,0 [mval/dm³] Z_HCO3^- = 67,76 - 62,16 = 5,6 [stopni]

Z_OH^- = 0 Z_OH^- = 0

• dla próby III

2Z_p = 36,8 [mval/dm³] 2Z_p = 103,04 [stopni]

Z_m = 33,2 [mval/dm³] Z_m = 92,96 [stopni]

2Z_p > Z_m 2Z_p > Z_m

Z_OH^- = 2Z_p - Z_m Z_OH^- = 2Z_p - Z_m

Z_OH^- = 36,8 - 33,2 = 3,6 [mval/dm³] Z_OH^- = 103,04 - 92,96 = 10,08 [stopni]

Z_CO3^2- = 2(Z_m - Z_p) Z_CO3^2- = 2(Z_m - Z_p)

Z_CO3^2- = 2(33,2 - 18,4)= 29,6 [mval/dm³] Z_CO3^2- = 2(92,96 - 51,52)= 82,88 [stopni]

Z_HCO3^- = 0 Z_HCO3^- = 0

Ćwiczenie P-7

Oznaczanie stężenia jonów fluorkowych w roztworze za pomocą jednoselektywnej elektrody fluorkowej.

Jednoselektywna elektroda fluorkowa posiada membranę, którą stanowi monokryształ LaF₃. Elektroda ta umożliwia oznaczenie stężenia jonu F^- w szerokim zakresie stężeń, a jedynie jonami przeszkadzającymi w oznaczaniu fluorków są jony OH^-. Ćwiczeni wykonuje w następującej kolejności:

1. Przygotowuję roztwory wzorcowe NaF o stężeniu:10^-1, 10^-2, 10^-3, 10^-4, 10^-5,

10^-6 [mol/dm³]. Do kolbki miarowej na 50 cm³ odmierzam 5 cm³ roztworu NaF 1,0 [mol/dm³] i 25 cm³ buforu TISAB. Rozcieńczam do kreski wodą destylowaną. Następne roztwory otrzymuję przez kolejne dziesięciokrotne rozcieńczenie, dodając każdorazowo po 25 cm³ buforu.

2. mierzę SEM ogniwa pomiarowego (JSE fluorkowa i nasycona elektroda kalomelowa) w przygotowanych roztworach w czasie mieszania (mieszadło magnetyczne).

3. Przygotowuję próbkę otrzymaną do analizy poprzez dodanie 25 cm³ roztworu TISAB oraz uzupełnienie woda destylowaną do 50 cm³.

4. Mierzę SEM ogniwa pomiarowego w analizowanej próbie.

Opracowanie wyników.

Stężenie roztworu NaF [mol/dm^3]	Wartości pehametru [mV]
10^-6	0,112
10^-5	0,124
10^-4	0,164
10^-3	0,214
10^-2	0,267
10^-1	0,314

Analizowana próba - 0,298

1. -log C_F b) a_F = C_F*f_F c) -log a_F

-log 10^-1 = 1 a_F = 10^-1*0,74 = 7,4*10^-2 -log 7,4*10^-2 = 1,13

-log 10^-2 = 2 a_F = 10^-2*0,89 = 8,9*10^-3 -log 8,9*10^-3 = 2,05

-log 10^-3 = 3 a_F = 10^-3*0,95 = 9,5*10^-4 -log 9,5*10^-4 = 3,02

-log 10^-4 = 4 a_F = 10^-4*0,98 = 9,8*10^-5 -log 9,8*10^-5 = 4,01

-log 10^-5 = 5 a_F = 10^-5*0,99 = 9,9*10^-6 -log 9,9*10^-6 = 5,01

-log 10^-6 = 6 a_F = 10^-6*1,00 = 1*10^-6 -log 1*10^-6 = 6,00

Z wykresu E=f(-log C_F) odczytuję (-log C_F^-) , a następnie obliczam C_F^-

-log C_F^- = 1,4

C_F^- = 10^-1,4 = 0,03981 [mol/dm³]

Z wykresu odczytuję, że zakres pomiarowy czyli zakres prostoliniowej zależności mieści się w przedziale od 1 do 4,5 (-log C_F^-).

Wnioski.

Wyniki pomiarów na podstawie których wykonane zostały obliczenia mogły zostać odczytane niedokładnie, dlatego też obliczenia mogą być niedokładne.

1

2

---