Потенциометрическое измерение рН растворов

Задачи работы: измерить рН любого раствора рН-метром с использованием стеклянного электрода.

Оборудование и реактивы: рН-метр, набор растворов с различным значением рН, стакан, дистиллированная вода.

Выполнение работы: включить прибор. Должен появиться свет сигнальной лампы. Измерения проводить через 5 – 10 минут. Переключатель вида устано-вить на рН, а переключатель «Размах» на общий диапазон «15рН». Поставить стаканчик с исследуемым раствором на поворотный столик датчика так, чтобы электроды были погружены на 1,5 см и более. Определить примерное значение рН раствора по общей (нижней) шкале. В соответствии с этим установить переключатель диапазонов на нужный интервал. Для точного измерения рН переключатель «Размах» поставить на позицию «3рН». После установления стрелки производить отсчет, после чего переключатель «Размах» возвратить в положение «15рН». Повернув столик датчика, снять стакан с исследуемым раствором. Тщательно ополоснуть электроды дистиллированной водой. При необходимости производить измерения или оставить электроды погруженными в стаканчик с водой или раствором соляной кислоты. Выключить прибор. Результаты работы записать в форме таблицы:

Исследуемый раствор	Значение рН	Значение рОН (рОН = 14 – рН)	Предполагаемые электролиты
1
2
3
4
5

Порядок оформления работы: в отчете описать принцип потенциометрического измерения рН, общую схему рН-метра. По значениям рН растворов, определить предполагаемые электролиты.

Примеры решения задач

Пример 1. Удельная электропроводность 0,01 н раствора хлорида калия равна 0,001423 Ом^−.см⁻. Рассчитать эквивалентную электропроводность раствора.

Дано: С(KCl) = 0,01 моль/л ϰ=0,001423 Ом−.см−  −?

Решение: эквивалентную электропроводность вычисляем по формуле: 70 ϰ = см2/Ом.моль Ответ: 141,3 см2/ом.моль.

Пример 2.Удельная электропроводность 0,5 н раствора одноосновной слабой кислоты при 25^оС равна 9^.10⁻⁴ Ом^−.см⁻. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении _о= 345 см²/Ом^.моль. Вычис-лить степень и константу диссоциации кислоты, рН раствора.

Дано: С(НА) = 0,5 моль/л ϰ = 9.10−4 Ом−.см− о= 345 см2/Ом.моль рН − ?  − ? K − ?

Решение: 1) рассчитываем эквивалентную электропроводность при данном разведении: ϰ = см2/Ом.моль 2) используя соотношение Аррениуса, вычисляем степень диссоциации слабой кислоты:

_{3) вычисляем константу диссоциации кислоты:}

_{K = }^2._{C = (0,00521)}^2._{0,5 = 1,36}^.₁₀⁻⁵

_{4) рассчитываем рН раствора: рН = −lg[H}⁺_{] = −lg(C) = −lg(0,00521}^._{0,5) = 2,58}

_{Ответ: рН = 2,58;  = 5,21}^.₁₀⁻³_{; K = 1,36}^.₁₀⁻⁵_.

Вопросы и задачи для самоподготовки

1. Что представляет удельная электропроводность растворов? Привести фор-мулу, дать определение, указать размерность. Что она характеризует?

2. Что характеризует эквивалентная электропроводность, какова ее взаимосвязь с удельной электропроводностью?

3. Как и почему изменяются удельная и эквивалентная электропроводности растворов слабых и сильных электролитов а) при изменении температуры; б) при разбавлении растворов?

4. Взаимовязь эквивалентной электропроводности растворов со степенью диссоциации электролита. Физический смысл отношения Аррениуса для

слабых и сильных электролитов.

5. Определение, математическое выражение и физический смысл закона Кольрауша.

6. Определение и физический смысл понятия “ионная электропроводность” (или “подвижность ионов”). Формула и размерность этой величины.

7. Что такое абсолютная скорость движения ионов? Дать определение и указать размерность этой величины?

8. Какие факторы и каким образом влияют на подвижность ионов в электрическом поле?

71

9. Почему протон и гидроксил-ионы в электрическом поле из всех ионов имеют наибольшую абсолютную скорость движения в воде? Объяснить, привести схему движения.

10. Что такое кондуктометрия и кондуктометрические методы анализа? Какие виды кондуктометрического анализа различают?

11. Каким образом работает мост Кольрауша? Как с его помощью определить сопротивление раствора?

12. Почему и каким образом при кондуктометрических измерениях определяют “константу сосуда”?

13. Как определить степень и константу диссоциации слабого электролита кондуктометрическим методом?

14. При измерении с помощью стандартных электродов (площадь 1 см², расстоя-ние между ними 1 см) сопротивление 0,05 М раствора уксусной кислоты оказалось равным 3333 Ом. Определить степень и константу диссоциации уксусной кислоты, если ее предельная эквивалентная электропроводность составляет 385,6 см²/Ом^.моль. Ответ: 1,55%; 1,23^.10⁻⁵

15. Определить удельную электропроводность раствора уксусной кислоты с концентрацией 0,16 моль/л. K(CH₃COOH) = 1,81^.10^-5, l_¥(СН₃СОО^-) = 35,8 см²/Ом^.моль, l_¥(H⁺) = 349,8 см²/Ом^.моль. Ответ: 6,56^.10⁻⁵ Ом^-1.см^-1

16. Рассчитать степень и константу диссоциации одноосновной слабой кислоты, рН раствора, если известно, что удельная электропроводность раствора составляет 9^.10^-4 Ом^-1.см^-1, молярная концентрация эквивалента 0,5 моль/л, l_¥(НА) = 345 см²/Ом^.моль. Ответ: рН = 2,585,  = 0,52%

17. Удельная электропроводность 0,01 уксусной кислоты при 25^оС равна 1,56^.10⁻⁴ Ом^−.см⁻. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении равна 390,7 см²/Ом^.моль. Вычислите рН раствора. Ответ: 3,40.

18. Кондуктометрическое титрование. Как оно проводится и для чего исполь-зуется? Как характер кондуктограммы отражает природу электролитов?

19. Можно ли использовать кондуктометрию для установления качества дистиллированной воды и растворимости трудно растворимых электролитов? Ответ обосновать.

20. Почему ткани организма проводят электрический ток? Какой тип проводимости характерен для них?

21. Каким образом используется в клинике способность тканей организма к проведению электрического тока (катодная и анодная гальванизация, ионофорез, диатермия, УВЧ-терапия).

21. Дать определение электродного потенциала. Записать уравнение электрод-ного потенциала Нернста. Пояснить все значения.

22. Что такое стандартный или нормальный электродный потенциал?

23. Нормальный водородный электрод. Как возникает его заряд, каков знак заряда, какова его величина и для чего он используется?

24. В каком случае и почему возникает диффузионный потенциал? Отчего зависит его величина?

25. Что такое мембранный потенциал, как он возникает?

72

26. Дать определение окислительно-восстановительного (редокс-) потенциала. Почему и как он возникает, отчего зависит его величина?

27. Что такое ряд напряжений редокс-систем? Как зависит направление реакций от редокс-потенциалов участвующих в них веществ?

28. Гальванический элемент: его устройство и работа на примере элемента Якоби - Даниеля. Почему при его работе происходит постоянный перенос электро-нов во внешней цепи? Записать электрохимическую схему гальванического элемента. Показать скачки потенциалов, возникающих в гальваническом элементе. Что такое ЭДС гальванического элемента, чему она равна?

29. Классификация гальванических элементов: дать объяснения, привести примеры.

30. Электроды I и II родов. Что общего у них в механизме возникновения потенциала? Дать пояснения, привести примеры.

31. В чем сущность компенсационного метода измерения ЭДС гальванических элементов? Дать объяснения, привести схему установки, изложить порядок работы и расчетов.

32. В чем сущность потенциометрического метода измерения рН растворов? Какие типы электродов должны использоваться в этом методе, каким требованиям они должны удовлетворять?

33. Устройство, принцип работы, назначение и схематичное обозначение и применение стеклянного электрода.

34. Показать на электрохимической схеме какие скачки потенциалов возникают в цепи из стеклянного электрода и электрода сравнения при потенциомет-рическом определении рН растворв.

35. Что представляют собой рН-метры? Что непосредственно измеряет и регистрирующий прибор рН-метра?

36. Какие электрические потенциалы ионной природы возникают в организме? Какое значение они имеют?

37. Где и почему возникают окислительно-восстановительные потенциалы в организме? Какое значение они имеют?