Wstęp teoretyczny.

Potencjometria należy do metod elektroanalitycznych, które obejmują szereg technik pomiarowych i procesów zachodzących miedzy elektrodami. Podstawa metod elektroanalitycznych stanowi pomiar wielkości elektrycznych związanych ze stężeniem bądź całkowitą ilością oznaczonej substancji.

Metody potencjometryczne polegaja na pomiarze siły elektromotorycznej (SEM) ogniwa złożonego z dwóch elektrod zanurzonych w badanym roztworze.

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. Ćwiczenie to wykonuję w następującej kolejności:

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

2. Zanurzam elektrody do kolejnych roztworów, zaczynając od roztworu o najmniejszym pH i notuję wskazania pehametru w mV.

3. Po każdym pomiarze spłukuję elektrody wodą destylowaną, lekko ściągam z nich bibułką wiszące krople wody i zanurzam w następnym roztworze.

Opracowanie wyników.

Lp.	pH buforu	Objętość roztworu kwasów [cm^3]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]
1	1,98	50	5	1716
2	3,29	50	10	235
3	4,56	50	15	156
4	5,72	50	20	123
5	6,80	50	25	82
6	7,96	50	30	30
7	9,15	50	35	-19

Na podstawie wykresu mogę stwierdzić, że zależność SEM od pH roztworu jest prostolinijna w zakresie pH od 1,98 do 3,29. W tym zakresie można stosować badaną elektrodę. Dla innych wartości pH czułość elektrody ulega obniżeniu, aż do granicy wykrywalności, która determinuje zakres pomiarowy każdej elektrody.

Na podstawie uzyskanych pomiarów SEM ogniwa zbudowanego z elektrod zanurzonych w wodzie destylowanej i wodociągowej, mogę odczytać wartość pH tych próbek z wykresu charakterystyki elektrody szklanej.

pH wody destylowanej wynosi 6,24 przy wskazaniu pehametru 110 mV

pH wody wodociągowej wynosi 8,25 przy wskazaniu pehametru 29 mV

Ćwiczenie P - 2

Oznaczanie kwasu karboksylowego (octowego) i mineralnego (solnego) występujących równocześnie w roztworze.

Celem ćwiczenia jest oznaczenie kwasów: octowego i solnego występujących razem w roztworze. W oznaczeniu wykorzystuje różniące działanie acetonu na moc tych kwasów. Ćwiczenie to wykonuje w następującej kolejności:

1. Roztwór kwasów otrzymany w kolbie miarowej o pojemności 250 cm³ rozcieńczam do kreski wodą destylowaną i dokładnie mieszam.

2. Do zlewki o pojemności 250 cm³ odpipetowuję 50 cm³ acetonu i 50 cm³ badanego roztworu.

3. Instaluję mieszadło i elektrody, tak aby bańka elektrody szklanej była całkowicie zanurzona podczas ruchu elementu mieszającego, aby ten element nie uszkodził elektrody.

4. Nad zlewką ustawiam biuretę z 0,2-molowym NaOH.

5. Po włączeniu mieszadła magnetycznego dodaje po 0,5 cm³ NaOH i notuję każdorazowo stan biurety i odpowiadające mu wskazania pehametru w mV.

6. Gdy porcja 0,5 cm³ NaOH wywoła większy skok potencjału zmniejszam ją do 0,2 cm³, po czym przy małych skokach potencjału z powrotem ją zwiększam do 0,5 cm³.

7. Miareczkowanie przerywam, gdy kolejne porcje NaOH wywołują małe lub równe przyrosty potencjału lub w ogóle ich nie wywołuje.

Opracowanie wyników.

a)pierwsze miareczkowanie

Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]
0,5	265	6,4	246	12,5	86
1,0	266	7,0	245	13,0	85
1,5	267	7,5	243	13,5	85
2,0	268	8,0	241	14,0	85
2,5	268	8,5	237	14,5	83
3,0	268	9,0	235	15,0	41
3,5	267	9,5	144	15,5	36
4,0	264	9,7	143	16,0	32
4,5	263	10,0	141	16,5	32
5,0	262	10,5	92	17,0	31
5,5	256	11,0	88	17,5	30
6,0	248	11,5	87	18,0	30
6,2	247	12,0	86

b)drugie miareczkowanie

Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]
0,5	262	6,4	247	12,5	85
1,0	264	7,0	247	13,0	83
1,5	265	7,5	245	13,5	82
2,0	267	8,0	241	14,0	82
2,5	267	8,5	238	14,5	80
3,0	270	9,0	238	15,0	51
3,5	271	9,5	150	15,5	48
4,0	270	9,7	146	16,0	43
4,5	267	10,0	145	16,5	39
5,0	263	10,5	95	17,0	35
5,5	258	11,0	89	17,5	34
6,0	250	11,5	87	18,0	34
6,2	248	12,0	87

c) wartość średnia z dwóch miareczkowań

Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu NaOH [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]
0,5	263,5	6,4	246,5	12,5	85,5
1,0	265,0	7,0	246,0	13,0	84,0
1,5	266,0	7,5	244,0	13,5	83,5
2,0	267,5	8,0	241,0	14,0	83,5
2,5	267,5	8,5	237,5	14,5	81,5
3,0	269,0	9,0	236,0	15,0	46,0
3,5	269,0	9,5	147,0	15,5	42,0
4,0	267,0	9,7	144,5	16,0	37,5
4,5	265,0	10,0	143,0	16,5	35,5
5,0	261,5	10,5	93,5	17,0	33,0
5,5	257,0	11,0	88,5	17,5	32,0
6,0	249,0	11,5	87,0	18,0	32,0
6,2	247,5	12,0	86,5

Na krzywej miareczkowania wykonanej na podstawie wyników pomiarów występują skoki potencjału.

A)

1 mol HCl reaguje z 1 molem NaOH

M_HCl - 1 mol NaOH

m_HCl - n_NaOH

m_HCl = (v_NaOH * c_NaOH * M_HCl) / 1000 [g w próbie]

B)

1 mol CH₃COOH reaguje z 1 molem NaOH

M_CH3COOH - 1 mol NaOH

m_CH3COOH - n_NaOH

m_CH3COOH = (v_NaOH * c_NaOH * M _CH3COOH) / 1000 [g wprobie]

A) M_HCl = 1 + 35,5 = 36,5 [g/mol]

c_NaOH = 0,2 [mol/dm³]

v_NaOH = 9,5 [cm³]

m_HCl = (9,5 * 0,2 * 36,5 ) / 1000 = 0,069 g w próbie

2. M_CH3COOH = 12 + 3*1 + 12 + 2*16 + 1 = 60 [g/mol]

c_NaOH = 0,2 [mol/dm³]

v_NaOH = 1,0 [cm³]

mCH3COOH = (1,0 * 0,2 * 60) / 1000 = 0,012 g w próbie

ĆWICZENIE P - 3

Oznaczanie równocześnie występujących jodków i chlorków metodą potencjometrycznego miareczkowania.

Celem ćwiczenia jest oznaczenie zawartości jodków i chlorków w próbce otrzymanej do analizy. Podstawą tej metody są reakcje strąceniowe jodków i chlorków pod działaniem jonów srebra. Ćwiczenie to wykonuję w następującej kolejności:

1. Do zlewki o pojemności 250 cm³ przenoszę analizowaną próbkę i uzupełniam wodą destylowaną do objętości 150 cm³.

2. Zanurzam w miareczkowanym roztworze elektrodę wskaźnikowa (srebrną) i elektrodę porównawczą (nasyconą elektrodę kalomelową) z kluczem elektrolitycznym.

3. Miareczkuję próbkę roztworem AgNO₃ o stężeniu 0,1 mol/dm³.

4. Roztwór AgNO₃ dodaję w porcjach po 0,5 cm³ i notuję w tabeli sumaryczną liczbę dodanych cm³ i odpowiadającą jej wartość SEM ogniwa pomiarowego.

Opracowanie wyników.

Objętość roztworu AgNO3 [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu AgNO3 [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]	Objętość roztworu AgNO3 [cm^3]	Wskazania pehametru [mV]
0,5	-0,286	6,5	-0,017	12,5	0,317
1,0	-0,287	7,0	0,000	13,0	0,330
1,5	-0,280	7,5	0,027	13,5	0,339
2,0	-0,278	8,0	0,036	14,0	0,349
2,5	-0,274	8,5	0,057	14,5	0,356
3,0	-0,271	9,0	0,065	15,0	0,360
3,5	-0,267	9,5	0,080	15,5	0,364
4,0	-0,259	10,0	0,089	16,0	0,368
4,5	-0,255	10,5	0,100	16,5	0,371
5,0	-0,247	11,0	0,125	17,0	0,377
5,5	-0,235	11,5	0,144	17,5	0,377
6,0	-0,210	12,0	0,187	18,0	0,377

Na krzywej miareczkowania potencjometrycznego występują dwa punkty przegięcia. Pierwszy dla AgI, a drugi dla AgCl. Zawartość jodków w analizowanej próbie obliczam na podstawie ilości zużytego roztworu AgNO₃ do pierwszego punktu końcowego (v₁), a zawartość chlorków obliczam na podstawie ilości roztworu AgNO₃ zużytego pomiędzy pierwszym i drugim punktem końcowym (v₂).

A)

1 mol I^- reaguje z 1 molem AgNO₃

M_I^- - 1 mol AgNO₃

m_I^_ - n_AgNO3

m_I^- = (v¹_AgNO3 * c_AgNO3 * M_I^-) / 1000 [g w próbie]

B)

1 mol Cl^- reaguje z 1 molem AgNO₃

M_Cl^- - 1 mol AgNO₃

m_Cl^- - n_AgNO3

m_Cl^- = (v²_AgNO3 * c_AgNO3 * M_Cl^-) / 1000 [g w próbie]

1. M_I^- = 126,90 [g/mol]

c_AgNO3 = 0,1 [mol/dm³]

v1AgNO3 = 6,5 [cm3]

m_I^- = ( 6,5 * 0,1 * 126,90 ) / 1000 = 0,082 g w próbie

2. M_Cl^- = 35,45 [g/mol]

c_AgNO3 = 0,1 [mol/dm³]

v2AgNO3 = 6,00 [cm3]

m_Cl^- = ( 6,00 * 0,1 * 35,45 ) / 1000 = 0,021 g w próbie

Wnioski.

Wyniki pomiarów na podstawie których wykonane zostały obliczenia zostały odczytane niedokładnie. Odczytane z wykresów punkty końcowe miareczkowania i wzięte do obliczenia zawartości substancji znajdujących się w badanym roztworze, ze względu na niedokładność wykresów mogą mieć inną wartość. Wyliczone masy substancji mogą nie wskazywać prawdziwej zawartości w badanej próbie.

6

---