Глава 6. Электрохимические методы
6.1. Потенциометрия
Теоретическая часть
Классификация (ионометрия и потенциометрическое титрование), индикаторные электроды (металлические электроды I-рода, инертные и ионоселективные электроды). ЭДС гальванического элемента.
Уравнения Нернста и Никольского – Эйзенмана. Характеристики ионоселективного электрода.
Способы определения неизвестной концентрации компонента в ионометрии.
Решение задач
Задача №1. Медный электрод (в паре со стандартным водородным электродом (СВЭ) является анодом) погружён в 10 мМ раствор соли NaA, насыщенный CuA2. Вычислите , если потенциал равен 0,0103 В, а В, 25C.
|
Решение. Запишем выражение для расчёта константы растворимости CuA2:
|
.
|
По условию задачи: М.
|
;
|
В.
|
.
|
|
.
|
М.
|
Рассчитаем константу растворимости CuA2:
|
.
|
Задача №2. Потенциал водородного электрода, измеренный относительно СВЭ, который является катодом, в 0,0100 М растворе пропионовой кислоты и в 0,0135 М растворе пропионата натрия составляет 0,2950 В. Рассчитайте константу кислотности пропионовой кислоты.
|
Решение. Запишем выражение для расчёта константы кислотности пропионовой кислоты (HA):
|
М, М.
|
.
|
По условию задачи, СВЭ является катодом . В.
|
На водородном электроде (аноде) протекает полуреакция окисления:
|
.
|
|
М
|
Таким образом, константа кислотности пропионовой кислоты равна:
|
.
|
Задача №3. Потенциал Mg2+-селективного электрода в 0,0010 М растворе MgCl2 при 30C равен 20 мВ, а в растворе, содержащем 0,0010 М MgCl2 и 0,1 М KCl, – 22 мВ. Вычислите , пренебрегая ионной силой раствора.
|
Решение. Запишем уравнение Никольского Эйзенмана для Mg2+-селективного электрода при отсутствии в растворе посторонних ионов:
|
.
|
Из данного выражения найдём const:
|
.
|
мВ.
|
В присутствии ионов K+ вычисляем потенциал Mg2+-селективного электрода:
|
.
|
.
|
.
|
Так как , электрод селективен к ионам Mg2+.
|
Задача №4. Рассчитайте потенциалы железного электрода ( = - 0,44 B) в растворе с активностью ионов Fe2+ равной 0,050 М и стеклянного электрода (const = 350 мВ) в растворе с рН 5,0 относительно AgCl/Ag и НКЭ электродов при 25C.
|
Решение. Прежде всего, рассчитаем потенциалы железного и стеклянного электродов относительно СВЭ. Железный электрод является металлическим электродом, обладает электронной проводимостью (Fe2+ + 2e = Fe0), его потенциал рассчитывают по уравнению Нернста:
В.
Поскольку стеклянный электрод является ионоселективным электродом, обладает ионной проводимостью, его потенциал рассчитывают по модифицированному уравнению Нернста, уравнению Никольского-Эйзенмана:
В.
Для определения потенциалов железного и стеклянного электродов относительно AgCl/Ag и НКЭ удобно воспользоваться шкалами, приведенными на рисунке.
|
|
Пересчет потенциалов по шкале СВЭ (1) на шкалу AgCl/Ag (2) и НКЭ (3).
|
Таким образом, потенциалы Fe-электрода относительно СВЭ, AgCl/Ag и НКЭ равны -0,478, -0,70 и -0,72 В соответственно; потенциалы стеклянного электрода относительно СВЭ, AgCl/Ag и НКЭ составляют 0,055, -0,167 и -0,187 В соответственно.
|
Задача №5. Потенциал F--селективного электрода, погружённого в 25,0 мл пробы (25C) изменился от 105 до 80 мВ при добавлении 1,00 мл 5,010-2 М раствора NaF. Сколько мг фтора содержится в пробе, если известно, что крутизна электродной функции на 3 мВ ниже теоретической.
М.м. (F) = 19,0 г/моль.
|
Решение. При использовании способа добавок содержание определяемого компонента (с учётом разбавления) рассчитывают по формуле:
|
,
|
где , объём стандартного и анализируемого растворов соответственно, , потенциал электрода до и после введения добавки соответственно, S крутизна электродной функции.
|
По условию задачи крутизна электродной функции F--селективного электрода на 3 мВ ниже теоретической, т.е. при 25C равна
мВ.
|
М.
|
Рассчитаем массу фтора в пробе:
|
мг.
|
Эту задачу можно решить и другим способом. Составим систему из двух уравнений:
|
|
|
.
|
М
|
мг.
|
Достарыңызбен бөлісу: |