Лабораторная работа 203 Анализ очищенного рассола для производства хлора и каустической соды Литера
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Лабораторная работа №203
Анализ очищенного рассола для производства хлора и каустической соды
Литература:
Методическое пособие «Введение в физико-химические методы анализа».
АХ стр. 223-262.
Краткое теоретическое введение:
Общая характеристика метода.
В основе потенциометрии лежит зависимость равновесного электродного потенциала от активности (концентрации) ионов в растворе, в котором находится электрод. При потенциометрическом анализе измеряют электродвижущую силу (ЭДС) обратимых гальванических элементов, составленных из электродов, помещае мых в исследуемый раствор.
Как и в других электрохимических методах анализа, в потенциометрическом методе электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, на зывается индикаторным. Для измерения потенциала индикаторного электрода в раствор погружают второй электрод, потенциал которого не зависит от концентрации определяемых ионов, он называется электродом сравнения.
В потенциометрическом методе анализа в основном использу ют два класса индикаторных электродов:
1) электроды, на межфазных границах которых протекают ре акции с участием электронов; такие электроды называют электронообменными;
2) электроды, на межфазных границах которых протекают ре акции ионного обмена и комплексообразования; такие электро ды называют мембранными, или ионоселективными.
Если на электроде устанавливается обратимое равновесие с уча стием потенциалопределяющих ионов, то независимо от природы электрода на нем возникает потенциал, подчиняющийся уравне нию Нернста:
,
где Е0 — стандартное значение потенциала; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура; F — постоян ная Фарадея; n — заряд потенциалопределяющего иона с учетом знака или число электронов, участвующих в реакции; а — актив ность потенциалопределяющих ионов (для электронообменных электродов отношение активностей окисленной и восстановлен ной форм вещества).
Потенциометрический анализ широко применяют для непо средственного определения активности ионов, находящихся в растворе, — прямая потенциометрия, ионометрия (с использова нием ионоселективных электродов), а также для индикации точ ки эквивалентности при титровании по изменению потенциала индикаторного электрода — потенциометрическое титрование. При потенциометрическом титровании могут быть использованы химические реакции различных типов, в ходе которых изменяется концентрация потенциалопределяющих ионов: кислотно-основ ное взаимодействие, окисление-восстановление, реакции осаж дения и комплексообразования.
Погрешность определения прямым потенциометрическим методом составляет 2-10%, а потенциометрическим титрованием 0,1-0,5%. Интервал определения ионов потенцио метрическим методом в различных природных и промышленных объектах находится в пределах от -1 до 14 рН для стеклянных электродов и от 10° до 10-5 (10-7) моль/л определяемого иона для других типов ионоселективных электродов.
При измерении ЭДС ячейки, состоящей из индикаторного элек трода и электрода сравнения, наиболее важным является необхо димость поддерживания химического равновесия в ячейке, т.е. во время измерений через ячейку не должен протекать электри ческий ток или он должен быть настолько мал, чтобы не влиять на химическое равновесие в ходе проведения измерений.
В необратимых электрохимических системах потенциал инди каторного электрода устанавливается медленно и он неустойчив. В этом случае эффективно потенциометрическое титрование с использованием поляризованных электродов — потенциометри ческое титрование под током. При этом для обеспечения надеж ной индикации конечной точки титрования используют электрод, поляризованный малым током (10-6 А).
Обычно величина тока, протекающего через ячейку, зависит от ряда факторов: это природа электродов и их чувствительность к поляризации, концентрация реагентов, объем раствора и общее электрическое сопротивление ячейки. В ячейках с высокоомными мембранными электродами последний фактор наиболее важен, так как падение потенциала на ячейке при протекании через нее даже очень небольшого тока ведет к значительным погрешно стям.
Электроды.
В потенциометрии используют обратимые электроды, потен циал которых зависит от активности компонентов электродных реакций. На обратимых электродах быстро устанавливается рав новесие, характеризующееся равенством скоростей прямой и об ратной реакций.
Электронообменные электроды. В потенциометрическом ана лизе с использованием окислительно-восстановительных реакций в качестве индикаторных электродов часто применяют электроды, изготовленные из инертных металлов, например, из платины, зо лота. Потенциал, возникающий на платиновом электроде, зави сит от соотношения концентраций окисленной и восстановлен ной форм одного или нескольких веществ в растворе.
К электронообменным электродам помимо электродов из инерт ных металлов относят водородный и хингидронный электроды.
Ионоселективные электроды — это электрохимические датчики, позволяющие избирательно определять активность одних ионов в присутствии других. Такие электроды представляют собой гальвани ческие полуэлементы, состоящие из ионоселективной мембраны, внутреннего раствора (или твердого контакта в случае полностью твердофазного электрода) и внутреннего электрода сравнения. Дру гой полуэлемент образован внешним электродом сравнения, погру женным в стандартный электролит. Контакт между двумя полу элементами обычно поддерживают с помощью солевого мостика, который можно поместить в корпус электрода сравнения.
Ионоселективные электроды можно классифицировать в со ответствии с природой активного материала мембраны на сле дующие типы: а) стеклянные электроды; б) электроды с твердой гомогенной или гетерогенной мембраной; в) электроды с жидкими мембранами на основе ионообменников и нейтральных перенос чиков- г) газовые электроды; д) электроды для измерения актив ности (концентрации) биологических веществ; е) ионоселектив ные полевые транзисторы (ИСПТ), являющиеся гибридным уст ройством, включающим ионоселективный электрод и полевой транзистор на основе системы металл — оксид металла.
Основными характеристиками, использующимися для описа ния работоспособности ионоселективных электродов являются предел обнаружения вещества, коэффициент селективности, вре мя отклика.
Техника анализа.
Потенциометрическое титрование. Метод основан на фиксиро вании точки эквивалентности по резкому изменению потенциала индикаторного электрода, реагирующего на изменение активно сти того или иного компонента или продукта реакции.
Методы потенциометрического титрования классифицируют по характеру протекающей реакции, а также в зависимости от инст рументального оформления. При потенциометрическом титрова нии используют реакции нейтрализации, окисления-восстановле ния, комплексообразования. К химическим реакциям, применяе мым в потенциометрическом титровании, предъявляют следующие требования: реакции должны протекать строго количественно; рав новесие основной химической и индикаторной реакций должно восстанавливаться быстро; используемая реакция требует подбора соответствующего электрода, реагирующего на изменение концен трации определяемых или взаимодействующих с ним веществ; в анализируемом растворе не должны протекать побочные реакции.
При потенциометрическом титровании применяются любые типы электродов. В практике окислительно-восстановительного титрования наибольшее распространение нашел платиновый электрод.
Существует несколько вариантов потенциометрического тит рования в зависимости от инструментальных особенностей. Ва рианты титрования с применением неполяризованных электро дов: а) с одним индикаторным электродом и одним электродом сравнения; б) с двумя различными индикаторными электродами.
Варианты титрования с применением поляризованных элек тродов: а) с одним индикаторным электродом и одним электро дом сравнения; б) с двумя одинаковыми электродами сравнения.
В отличие от прямой потенциометрии, потенциометрическое титрование имеет ряд преимуществ. Оно позволяет определять концентрацию проб с большой воспроизводимостью, особенно при высоких концентрациях. В методах потенциометрического титрования предъявляются менее жесткие требования к электро ду в отношении стабильности, крутизны и стандартного потен циала, поэтому электроды, не пригодные для прямой потенцио метрии, могут быть использованы при титровании. Титрованием можно косвенно определять вещества, для которых отсутствуют ионоселективные электроды. Методы потенциометрического тит рования позволяют измерять концентрацию определяемого ве щества в присутствии мешающих веществ. Результаты определе ний методом потенциометрического титрования более точны, чем при использовании прямой потенциометрии, так как в этом слу чае вблизи точки эквивалентности небольшому изменению кон центрации соответствует большое изменение потенциала индика торного электрода.
В ходе титрования регистрируют ЭДС ячейки после каждого введения порции титранта. В начале титрант добавляют неболь шими порциями, по мере приближения к конечной точке титро вания (резкое изменение потенциала при добавлении небольшой порции реагента) порции уменьшают. Для определения конечной точки потенциометрического титрования можно использовать раз личные способы. Наиболее простой способ состоит в построении кривой титрования — графика зависимости потенциала электрода от объема титранта. Другой способ состоит в расчете изменения потенциала на единицу изменения объема реагента ∆Е/∆V (рис. б). Кривая титрования, построенная с использо ванием этого параметра, зависящего от объема титранта, имеет острый максимум в конечной точке титрования. Объем реагента можно зафиксировать более точно, определив точку, в которой вторая производная потенциала по объему ∆2E/∆V2 равна нулю (рис. в).
Рассмотренные способы основаны на предположении, что кри вая титрования симметрична относительно точки эквивалентно сти и перегиб кривой соответствует этой точке. Это допущение справедливо при условии, что вещества взаимодействуют в экви молекулярных соотношениях и что электродный процесс полно стью обратим.
В настоящее время наиболее часто, особенно при титровании разбавленных растворов, применяют метод Грана, основанный на линеаризации ветвей кривой титрования, лежащих по обе сторо ны от точки эквивалентности.
Экспериментальная часть
Для производства хлора и каустической соды методом элек тролиза применяют рассол, получаемый растворением поварен ной соли в теплой воде. Сырой рассол содержит растворимые и не растворимые примеси, нарушающие процесс электролиза, поэтому перед поступлением на электролиз его очищают от примесей. В хлорной промышленности применяют содово-каустический способ очистки, по которому примесные ионы кальция осаждают содой, а ионы магния — щелочью. После осаждения примесей снижают щелочность рассола, нейтрализуя избыток щелочи со ляной кислотой. Качество очищенного рассола контролируют по сле фильтрации перед подачей на электролиз. Очищенный рассол содержит избыток реагентов, используемых для очистки (Na2CO3 и NaOH), которые способствуют повышению расхода тока при электролизе и, следовательно, увеличению выделения кислорода, окисляющего графит анодов. Поэтому очищенный рассол необ ходимо анализировать на содержание Na2CO3 и NaOH. Кроме того, определяют содержание основного компонента рассола — NaCl. В рассоле может не содержаться NaOH, если при нейтра лизации в рассол был добавлен избыток кислоты, в этом случае в рассоле может образоваться гидрокарбонат натрия NaHCO3.
Приборы и реактивы
Выполнение работы
Определение содержания NaOH и Na2CO3 (или NaHCO3 и Na2CO3) потенциометрическим титрованием. Анализируемый рас твор помешают в мерную колбу емкостью 100 мл, доводят объем раствора до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Вносят в ячейку для потенциометрического титрования 10 мл полученного раствора, добавляют 50 мл дистиллированной воды, погружают в раствор электроды, включают магнитную ме шалку и титруют стандартным 0,1 М раствором НСI до последо вательного получения двух скачков.
В случае титрования смеси NaOH и Na2CO3 первый скачок со ответствует нейтрализации NaOH и Na2CO3 (до NaHCO3), второй скачок — нейтрализации NaHCO3 до Н2СО3. При титровании смеси NaHCO3 и Na2CO3 первый скачок соответствует нейтрали зации Na2CO3 до NaHCO3, второй скачок — суммарной нейтра лизации образовавшегося и находившегося в анализируемом рас творе гидрокарбоната NaHCO3. В первом случае объем титранта, затраченный по первому скачку титрования (V1), больше объема титранта, затраченного на последующее титрование по второму скачку (V2). Во втором случае V1 < V2. По соотношению объемов V1 и V2 оценивают качественный состав анализируемой смеси. Содержания NaOH, NaHCO3 и Na2CO3 рассчитывают по обыч ным формулам титриметрического анализа. При расчете содер жания NaOH используют разность объемов титранта, затрачен ных по первому и второму скачкам титрования (V1 — V2), при рас чете содержания Na2CO3 берут объем V2. В случае анализа смеси Na2CO3 и NaHCO3 содержание NaHCO3 рассчитывают, исполь зуя разность объемов (V2 - V1), содержание Na2CO3 — объем V1. Проводят не менее 5—7 титрований.
Вторично помещают анализируемый раствор в мерную колбу емкостью 100 мл. Далее повторяют титрование, как указано вы ше, выполняют также не менее 5-7 титрований.
Определение содержания NaCI методом прямой ионометрии. Ана лизируемый раствор помещают в мерную колбу емкостью 100 мл, доводят объем раствора до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Переносят 1 мл полученного раствора пипет кой в мерную колбу емкостью 100 мл, приливают примерно 50 мл дистиллированной воды, добавляют 1—2 капли индикатора фе нолфталеина и по каплям 2М раствор HNO3 до исчезновения малиновой окраски. Далее определение содержания NaCI в рассо ле проводят, используя мембранный хлорид-селективный элек трод (см. работу № 7).
3
2. і. Перший потенціал іонізації спорідненість до електрона і електронегативність за Полінгом атомів елемент
3. тема Система кредитних грошей Подвійної валюти Кульгаючої валюти мідний срібний зо
4. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук ЛЬВІВ 1999 Д
5. а Четвернин В А видеолекции
6. ОЩУЩЕНИЯ Ощущения считаются самыми простыми из всех психических явлений
7. 1 Отражение жизни народа в народных песнях
8. Правовые основы заключения международного договора куплипродажи
9. Тульский государственный университет Кафедра СЛ и ТКМ КОНТРОЛЬНО ~ КУРСОВАЯ По дисципли
10. Важнейшие открытия в биологии в XX веке
11. Выбираем профессию вместе
12. Конституционное право для направления подготовки 030900
13. Курсовая работа- Технологія виробництва пива на прикладі заводу Оболонь
14. Фотоэффект
15. Александрова А
16. Решить все эти задачи возможно при помощи правильно организованного физического воспитания детей дошкольн
17. Контрольная работа- Особливості використання САПР технологапрограміста
18. Курсовая работа- Влияние занятий легкой атлетикой на организм подростка
19. Прочитайте текст и проанализируйте употребление времен
20. вариантность относительно преобразований Лоренца