POTENCJOMETRIA

Ćwiczenie P - 1

Wyznaczanie charakterystyki elektrody szklanej

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zależności potencjału elektrody szklanej od pH roztworu i określenie zakresu jej stosowalności w pomiarach pH.

Opis stanowiska badawczego:

Elektroda szklana

Elektroda kalomelowa

Potencjometr (pH-metr)

Roztwór NaOH o stężeniu 0,2 mol/dm³

Roztwór mieszaniny kwasów: CH₃COH, H₃PO₄, H₃BO₃ o stężeniu 0,04 mol/dm³ względem każdego z nich

Wykonanie ćwiczenia:

Do siedmiu zlewek o pojemności 100 cm³ odmierzam roztwór kwasów o stężeniu 0,04 mol/dm³ i roztwór wodorotlenku sodowego o stężeniu 0,2 mol/dm³ w ilościach podanych w tabeli 1.

Tabela 1

Skład roztworów buforowych

Lp.	pH buforu	Objętość roztworu kwasów [cm^3]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wartość zmierzonej SEM [mV]
1 2 3 4 5 6 7	1,98 3,29 4,56 5,72 6,80 7,96 9,15	50 50 50 50 50 50 50	5 10 15 20 25 30 35	-325 -292 -162 -130 -57 50 169

Po dokładnym wymieszaniu otrzymuje się szereg wzorcowych roztworów buforowych. Zaczynając od roztworu o najniższej wartości pH, elektrody zanurza się kolejno do poszczególnych roztworów i notuje wskazania phametru w mV. Po każdym pomiarze elektrody spłukuje się wodą: lekko ściąga się z nich bibułą wiszące krople wody i zanurza się w następnym roztworze.

Krzywa wzorcowa elektrody szklanej

Wnioski:

Prawidłowość reagowania elektrody szklanej określa się za pomocą wykresu wzorcowania (jak wyżej) lub reagowania elektrody. Nachylenie linowej części krzywej jest stałe, co określa czułość elektrody i może być opisane równaniem Nernsta.

Badana elektroda szklana może być stosowana w zakresie pH 5,72 do 9,15 ponieważ w tym przedziale zachowuje prostoliniowość wykresu.

Wartość siły elektromotorycznej wody wodociągowej wynosi -34 mV a wody destylowanej -109 mV. Siła elektromotoryczna ogniwa wynosi -75 mV. Z wykresu odczytujemy wartość pH która wynosi 6,6.

Ćwiczenie P - 3

Oznaczanie równocześnie występujących jodków i chlorków metodą potencjometrycznego miareczkowania strąceniowego

Celem ćwiczenia jest oznaczenie zawartości jodków i chlorków w próbce otrzymanej do analizy.

Podstawą metody są reakcje strąceniowe jodków i chlorków pod działaniem jonów srebra. Oznaczanie polega na badaniu zmian potencjału elektrody srebrowej podczas dodawania azotanu srebra do analizowanego roztworu.

Opis stanowiska:

Roztwór AgNO₃ o stężeniu 0,1 mol/dm³

Elektroda srebrowa

Elektroda kalomelowa

Klucz elektrolityczny napełniony roztworem KNO₃ o stężeniu 0,1 mol/dm³

Potencjometr

Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotować analizowany roztwór do miareczkowania. W tym celu do zlewki o pojemności 250 cm³ przenieść analizowaną próbkę i uzupełnić wodą destylowaną do objętości 150 cm³.

2. Zbudować ogniwo pomiarowe, zanurzając w miareczkowanym roztworze elektrodę wskaźnikową (srebrową) i elektrodę porównawczą (nasyconą elektrodę kalomelową) (NEK) z kluczem elektrolitycznym.

3. Miareczkować próbkę roztworem AgNO₃ o stężeniu 0,1 mol/dm³ dodając roztwór w proporcjach 0,5 cm³ oraz notując w tabelce sumaryczną liczbę dodanych centymetrów sześciennych i odpowiadającą jej wartość SEM.

Z powyższych wykresów wynika że PK miareczkowania jodków zachodzi po zużyciu 7,3 cm³ a AgNO₃ a dla chlorków po zużyciu 6,4 cm³ (13,7 - 7,3 = 6,4) AgNO₃.

Obliczam zawartość jodków:

C_m = m_s *1000 / M_cz * v C_AgNO3 = 0,1 mol/dm³

m_s = M_cz * C_AgNO3 *V_AgNO3 / 1000 V_AgNO3 = 7,3 cm³

m_s = 126,9 * 0,1 * 7,3 / 1000 = 0,9263g = 92,63 mg

Obliczam zawartość chlorków:

C_m = m_s *1000 / M_cz * v C_AgNO3 = 0,1 mol/dm³

m_s = M_cz * C_AgNO3 *V_AgNO3 / 1000 V_AgNO3 = 6,4 cm³

m_s = 35,5 * 0,1 * 6,4 / 1000 = 0,2272g = 22,72 mg

Badana próbka zawiera 92,63 mg jodków i 22,72 mg chlorków.

Ćwiczenie P - 6

Oznaczanie zasadowości wody metodą miareczkowania potencjometrycznego

Oznaczanie zasadowości polega na oznaczaniu zawartości związków reagujących zasadowo wobec fenoloftaleiny i oranżu metylowego. Zasadowość tych związków jest równoważna ilości miligramorównoważników kwasu mineralnego, zużytego do miareczkowania próby w obecności odpowiedniego wskaźnika lub dokładniej do określonej wartości pH.

0 4,5 8,3 14 pH

Obliczam zasadowość Z_p oraz Z_m

• w milivalach

V_pI = 22 cm³ Z_p = V_p * 100 / V Z_pI = 22 [mval/dm³]

V_pII = 22,3 cm³ Z_p = V_p * 100 / V Z_pII = 22,3 [mval/dm³]

V_pIII = 24,3 cm³ Z_p = V_p * 100 / V Z_pIII = 24,3 [mval/dm³]

V_mI = 39,6 cm³ Z_m = V_m * 100 / V Z_m = 39,6 [mval/dm³]

V_mII = 40 cm³ Z_m = V_m * 100 / V Z_m = 40 [mval/dm³]

V_mIII = 45 cm³ Z_m = V_m * 100 / V Z_m = 45 [mval/dm³]

• w stopniach:

Z_pI = 2,8 * V_pI * 100 / V Z_pI = 61,6 [stopni]

Z_pII = 2,8 * V_pII * 100 / V Z_pII = 62,44 [stopni]

Z_pIII = 2,8 * V_pIII * 100 / V Z_pIII = 68,04 [stopni]

Z_mI = 2,8* V_m * 100 / V Z_mI = 110,88 [stopni]

Z_mII = 2,8* V_m * 100 / V Z_mII = 112 [stopni]

Z_mIII = 2,8* V_m * 100 / V Z_mIII = 126 [stopni]

V = 100 cm³ - objętość wody pobranej do miareczkowania

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

V_m - objętość HCl zużytego na miareczkowanie do pH = 4,5 [cm³]Z_p Z_m

Średnia arytmetyczna zbiorowości próbnej:

x = 22+22,3+24,3 / 3 = 22,86 x = 39,6+40+45 / 3 = 41,53

Wariacja zbiorowości próbnej

; n-1=k - liczba stopni swobody

V = (22 - 22,86)² + (22,3 - 22,86)² + V = (39,6 - 41,53)² + (40 - 41,53)² +

+(24,3 - 22,86)² = 3,1268 / 2 = 1,5634 +(45 - 41,53)² = 18,1067 / 2 = 9,0533

Odchylenie standardowe pojedynczego wyniku

s = (1,5634) ^½ = 1,2503 s = (9,0533) ^½ = 3,0088

Odchylenie standardowe średniej arytmetycznej

s_x = [3,1268 / 6]^1/2 = 0,7218 s_x = [18,1067 / 6]^1/2 = 1,7371

Względne odchylenie standardowe, charakteryzuje wielkość rozrzutu wyników

s_r = 1,2503 / 22,86 = 0,0546 s_r = 3,0088 / 41,53 = 0,0724

Przedział ufności:

95% dla k = 2 t_studenta = 4,303

[ ]

x = 22,86 ± 4,303*0,7218 = x = 41,53 ± 4,303*1,7371=

= 22,86 ± 3,1059 [ ] = 41,53 ± 7,4747 [ ]

Z_p = 22,86 ± 3,1059 [mval/dm³] Z_m = 41,53 ± 7,4747 [mval/dm³]

Lp.	Wyniki oznaczania zasadowości	Rodzaj i zawartość jonów powodujących zasadowość
				Z OH^-	Z CO2^3-	Z HCO3^-
1 2 3 4 5	Zp = 0, Zm > 0 2Zp = Zm Zp = Zm 2Zp < Zm 2Zp > Zm	0 0 Zm 0 2Zp - Zm	0 2Zp 0 2Zp 2(Zm - Zp)	Zm 0 4 Zm - 2Zp 0

2Z_p > Z_m Z OH- = 2Z_p - Z_m = 4,19 [mval/dm³]

Z CO₂^3- = 2 (Z_m - Z_p) = 37,34 [mval/dm³]

Z HCO₃^- = 0 [mval/dm³]

W badanej próbce wody znajduje się 4,19 [mval/dm³] jonów wodorotlenowych, 37,34 [mval/dm³] jonów węglanowych i 0 [mval/dm³] jonów wodorowęglanowych.

Z_m

Z_p

---