Wstęp teoretyczny
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:
Cr2O2-7 + 6Fe2+ + 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O
Ćwiczenie to wykonuje w następującej kolejności:
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.
Przygotowany roztwór umieszczam na mieszadle magnetycznym, podgrzewam do temperatury około 45 °C i zanurzam w nim połączone z potencjometrem elektrody - platynowa i srebrową.
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 [cm3] |
Wskazania pehametru [mV] |
Objętość roztworu K2Cr2O7 [cm3] |
Wskazania pehametru [mV] |
Objętość roztworu K2Cr2O7 [cm3] |
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 |
|
|
Cr2O2-7 + 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 Cr2O2-7 reaguje z 6 molami Fe2+
1 mol Cr2O2-7 - 6MFe2+
nCr2O2-7 - mFe2+
mFe2+ = 6 * cK2Cr2O7 * vK2Cr2O7 * MFe2+ * 1000
cK2Cr2O7 = 0,01 [mol/dm3]
vK2Cr2O7 = 0,0155 [dm3]
MFe2+ = 55,847 [g/mol]
mFe2+ = 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:
Do zlewki o pojemności 200 cm3, ustawionej na mieszadle magnetycznym, odmierzam 100 cm3 badanej wody i miareczkuję roztworem kwasu solnego do osiągnięcia pH=4
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 Zp i Zm według następujących wzorów:
w milivalach
Zp =(Vp * 100)/ V [mval/dm3]
Zm =(Vm * 100)/ V [mval/dm3]
w stopniach
Zp =(2,8 * Vp *100)/ V [stopni]
Zm =(2,8 * Vm * 100)/ V [stopni]
Gdzie:
Vp - objętość kwasu solnego zużytego na miareczkowanie do pH=8,3 [cm3]
Vm - objętość kwasu solnego zużytego na miareczkowanie do pH=4,5 [cm3]
V - objętość wody pobranej do miareczkowania [cm3]
Zasadowość Zp i Zm dla próby I
Zp =(18*100)/100= 18,0 [mval/dm3] Zp =(2,8*18,0*100)/100= 50,4 [stopni]
Zm=(32,15*100)/100= 32,15 [mval/dm3] Zm=(2,8*32,15*100)/100= 90,02 [stopni]
Zasadowość Zp i Zm dla próby II
Zp=(11,1*100)/100= 11,1 [mval/dm3] Zp=(2,8*11,1*100)/100= 31,08 [stopni]
Zm=(24,2*100)/100= 24,2 [mval/dm3] Zm=(2,8*24,2*100)/100= 67,76 [stopni]
Zasadowość Zp i Zm dla próby III
Zp=(18,4*100)/100= 18,4 [mval/dm3] Zp=(2,8*18,4*100)/100= 51,52 [stopni]
Zm=(33,2*100)/100= 33,2 [mval/dm3] Zm=(2,8*33,2*100)/100= 92,96 [stopni]
Obliczam zasadowość ZOH-, ZCO32-, ZHCO3- :
dla próby I
2Zp =36 [mval/dm3] 2Zp = 100,8 [stopni]
Zm = 32,15 [mval/dm3] Zm = 90,02 [stopni]
2Zp > Zm 2Zp > Zm
ZOH- = 2Zp - Zm ZOH- =2Zp - Zm
ZOH- = 36 - 32,15 = 9,85 [mval/dm3] ZOH- =100,8-90,02=10,78 [stopni]
ZCO32- = 2(Zm - Zp) ZCO32- = 2(Zm - Zp)
ZCO32- = 2(32,15 - 18)= 28,3 [mval/dm3] ZCO32- = 2(90,02 - 50,4)=79,24 [stopni]
ZHCO3- = 0 ZHCO3- = 0
dla próby II
2Zp = 22,2 [mval/dm3] 2Zp = 62,16 [stopni]
Zm = 24,2 [mval/dm3] Zm = 67,76 [stopni]
2Zp < Zm 2Zp < Zm
ZCO32- = 2Zp ZCO32- = 2Zp
ZCO32- = 22,2 [mval/dm3] ZCO32- = 62,16 [stopni]
ZHCO3- = Zm - 2Zp ZHCO3- = Zm - 2Zp
ZHCO3- = 24,2 - 22,2 = 2,0 [mval/dm3] ZHCO3- = 67,76 - 62,16 = 5,6 [stopni]
ZOH- = 0 ZOH- = 0
dla próby III
2Zp = 36,8 [mval/dm3] 2Zp = 103,04 [stopni]
Zm = 33,2 [mval/dm3] Zm = 92,96 [stopni]
2Zp > Zm 2Zp > Zm
ZOH- = 2Zp - Zm ZOH- = 2Zp - Zm
ZOH- = 36,8 - 33,2 = 3,6 [mval/dm3] ZOH- = 103,04 - 92,96 = 10,08 [stopni]
ZCO32- = 2(Zm - Zp) ZCO32- = 2(Zm - Zp)
ZCO32- = 2(33,2 - 18,4)= 29,6 [mval/dm3] ZCO32- = 2(92,96 - 51,52)= 82,88 [stopni]
ZHCO3- = 0 ZHCO3- = 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:
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.
mierzę SEM ogniwa pomiarowego (JSE fluorkowa i nasycona elektroda kalomelowa) w przygotowanych roztworach w czasie mieszania (mieszadło magnetyczne).
Przygotowuję próbkę otrzymaną do analizy poprzez dodanie 25 cm3 roztworu TISAB oraz uzupełnienie woda destylowaną do 50 cm3.
Mierzę SEM ogniwa pomiarowego w analizowanej próbie.
Opracowanie wyników.
Stężenie roztworu NaF [mol/dm3] |
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
-log CF b) aF = CF*fF c) -log aF
-log 10-1 = 1 aF = 10-1*0,74 = 7,4*10-2 -log 7,4*10-2 = 1,13
-log 10-2 = 2 aF = 10-2*0,89 = 8,9*10-3 -log 8,9*10-3 = 2,05
-log 10-3 = 3 aF = 10-3*0,95 = 9,5*10-4 -log 9,5*10-4 = 3,02
-log 10-4 = 4 aF = 10-4*0,98 = 9,8*10-5 -log 9,8*10-5 = 4,01
-log 10-5 = 5 aF = 10-5*0,99 = 9,9*10-6 -log 9,9*10-6 = 5,01
-log 10-6 = 6 aF = 10-6*1,00 = 1*10-6 -log 1*10-6 = 6,00
Z wykresu E=f(-log CF) odczytuję (-log CF-) , a następnie obliczam CF-
-log CF- = 1,4
CF- = 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 CF-).
Wnioski.
Wyniki pomiarów na podstawie których wykonane zostały obliczenia mogły zostać odczytane niedokładnie, dlatego też obliczenia mogą być niedokładne.
1
3