Пример 1

Определить удельное вращение плоскости поляризации рафинозы С₁₈Н₃₂О₁₆^.5Н₂О, если раствор, содержащий 5 г рафинозы в 1 л, при длине трубки 25 см вращает плоскость поляризации вправо на 1,3.

Решение: подставляя приведенные данные в уравнение = [] C l, получаем:

.

Пример 2

Удельное вращение плоскости поляризации никотина С₁₀H₁₄N₂ для желтой линии натрия равно 162. Определить концентрацию раствора никотина (в моль/л), который в трубке длиной 10 см вращает плоскость поляризации влево на 0,52.

Решение: подставляя приведенные данные в уравнение = [] C l, получаем 0,52 = 162С l, откуда С = 0,52/162 = 3,210^–3 г/мл.

Молярная масса никотина М = 162 г/моль. Находим концентрацию никотина в моль/л:

Пример 3

При построении калибровочного графика для винной кислоты были получены следующие данные на клиновом поляриметре:

Концентрация винной кислоты, %	10	20	30	40
Показания поляриметра, мм	9,9	19,1	27,3	34,9

Сколько граммов винной кислоты надо растворить в 250 мл воды, чтобы отсчет по шкале был 23,5 мм.

Решение: строим график зависимости концентрации винной кислоты (%) от отсчета по шкале.

Для 23,5 мм по графику находим = 24,7% и рассчитываем навеску винной кислоты (g):

отсюдаг.

4. Потенциометрический метод анализа

Решение задач сводится к трем типам расчетов:

1. Расчет равновесного напряжения гальваноцепи, состоящей из электрода сравнения с постоянным потенциалом и индикаторного электрода (электрода измерения) с переменным потенциалом, зависящим от концентрации вещества в растворе.

В качестве электрода сравнения используют стандартный водородный электрод PtH₂2H⁺, каломельный Hg_(ж)Hg₂Cl_2(к)KCl или хлорсеребряный Ag AgCl_(к)KCl электроды.

Электрод с меньшей величиной электродного потенциала играет роль анода. На аноде идет процесс окисления. На другом электроде с большим значением электродного потенциала – катоде идет процесс восстановления.

Е = Е₍₊₎ – Е_(–),

где Е – напряжение, Е₍₊₎ и Е_(–) – электродные потенциалы катода и анода соответственно.

2. Расчет рН исследуемой системы, состоящей из таких же пар электродов, погруженных в раствор определяемого вещества.

3. Расчет либо содержания вещества в титруемом растворе, либо потенциала индикаторного электрода в различные моменты титрования. Такое титрование и расчеты возможны для реакций окисления–восстановления, образования и разрушения комплексных соединений, нейтрализации (кислотно-основное взаимодействие), которые сопровождаются изменением равновесного напряжения системы.

4.1. Вычисление электродных потенциалов и напряжения

Пример 1

Для гальванического элемента (ГЭ), составленного из стандартного водородного электрода и цинкового электрода в 10^–3М растворе ZnSO₄ при 25 С обозначьте ГЭ, запишите уравнения электродных процессов, уравнение суммарной реакции. Рассчитайте равновесное напряжение.

Решение: 1. Для обозначения ГЭ определяем потенциалы электродов: а рассчитываем по уравнению Нернста:

где Е⁰ – стандартный электродный потенциал; R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/мольК); F – число Фарадея (96500 Кл/моль-экв); n – число электронов, участвующих в процессе.

В разбавленных растворах активность ионов а можно считать равной концентрации С. Значение коэффициента 2,3 RT/F при температуре 25 С равно 0,059.

Так как , то цинковый электрод будет анодом.

.

2. Обозначим ГЭ

А(–) ZnZn²⁺2H⁺H₂Pt (+)K.

3. Электродные процессы:

на аноде Zn = Zn²⁺ + 2e^–

на катоде 2Н⁺ + 2е^– = Н₂.

4. Уравнение суммарной реакции:

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂ (ионно-молекулярная форма);

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂ (молекулярная форма).

4. Рассчитаем напряжение ГЭ:

Е = Е₍₊₎ – Е_(–) = 0 – (– 0,8485) = 0,8485 В.

Пример 2

Напишите реакцию и рассчитайте напряжение ГЭ, составленного из двух электродов:

Ag AgCl_(к)KCl (0,04 M) и Н⁺ (0,007 М) H₂(0,4 атм) Pt

Решение: 1. Рассчитаем электродные потенциалы.

Потенциал водородного электрода:

Потенциал хлорсеребряного электрода:

2. Рассчитаем напряжение: так как , поэтому хлорсеребряный электрод – катод.

Е = Е₍₊₎ – Е_(–) = 0,3046 – (– 0,120) = 0,4246 В.

3. Для составления уравнения реакции в ГЭ запишем уравнения электродных процессов:

А: Н2 = 2Н^+ + 2е^–
К: AgCl + e^– = Ag + Cl^–	2.

Уравнение реакции:

2 AgCl + H₂ = 2Ag + 2Cl^– + 2 H⁺.