Тема 5. Электрохимия

В этом разделе представлена работа, в которой используется электрохимический метод анализа растворов электролитов – потенциометрия. Одной из ее разновидностей является рН – метрия, в которой определяют рН растворов – одной из самых важных характеристик сред организма и жидких лекарственных средств.

Работа 10. Потенциометрический метод определения рН растворов при помощи стеклянного электрода

Задача работы: изучение степени обратимости ионных реакций, определяющих потенциал мембранного стеклянного электрода, нахождение кислотности контрольного раствора.

Оборудование, материалы, реактивы: стеклянный электрод с Н⁺ - функцией, хлорсеребряный электрод сравнения, термометр на 50 ˚С, набор стандартных растворов для рН-метрии (или 0,05 М раствор HCl), раствор Вейбеля (или другой контрольный раствор с рН_х), хромовая смесь, мерная посуда.

Выполнение работы:

1. Подготавливают к работе стеклянный электрод. Для этого выдерживают его несколько минут в хромовой смеси, промывают дистиллированной водой и высушивают фильтровальной бумагой.

2. Составляют гальваническую цепь для измерения потенциала стеклянного электрода. В стаканчик емкостью 50 – 100 мл вводят стеклянный электрод и внешний хлоридсеребряный электрод сравнения. Выводы от электродов подключают к вольтметру (рН – метру, который работает в режиме измерения напряжения).

3. Заполняют стакан раствором (20 – 30 мл) с известным значением рН (обычно это буферный раствор для рН – метрии). Измеряют температуру. Производят измерение потенциала стеклянного электрода (дожидаясь стационарного значения). По окончании измерения, отставляют стаканчик с измеряемым раствором и подставляют стаканчик с дистиллированной водой. Это делается для того, чтобы промыть электрод от предыдущего раствора, а также, чтобы стеклянный электрод не пересыхал. Сливают буферный раствор в ту посуду, где он хранится в лаборатории. Перед тем как подставить стаканчик с новым раствором, электрод высушивают фильтровальной бумагой, чтобы не произошло разбавления, а следовательно изменения концентрации ионов водорода. Проделывают то же самое с серией растворов с известными значениями кислотности. Пока меняют буферный раствор,стеклянный электрод постоянно должен находиться в дистиллированной воде. Результаты измерений заносят в таблицу 4.

Таблица 4

рНа
Ест, В

При отсутствии стандартных растворов для рН – метрии готовят из 0,05 М (или 0,1М) раствора HCl последовательным разбавлением серию растворов с концентрацией 0,02; 0,01; 0,005; 0,002 и 0,001 М. Растворы готовят в мерных колбах на 100 или 50 мл. Расчет объема исходного раствора V_исх с концентрацией С_исх (0,05М или 0,1 М раствор HCl), который необходим для приготовления растворов с заданной концентрацией С_необ (необходимой) ведут по формуле: , где V_колбы – объем мерной колбы, в которой готовят раствор. Кислотность этих растворов рассчитывают по формуле: рН_а = - lg (_±(HCl) · C_HCl), где С_HCl – молярная концентрация, а _±(HCl) – молярный средний коэффициент активности соляной кислоты, приведенный в таблице 5.

Таблица 5

СНСl, М	0,001	0,002	0,005	0,01	0,02	0,05	0,1
(НСl)	0,965	0,953	0,926	0,904	0,874	0,830	0,695

Растворы соляной кислоты обратно в посуду не сливают.

4. Строят зависимость Е_ст от рН_а. Проверяют ее линейность, находят наклон линейного участка dЕ_ст / d(рН_а) = ∆Е_ст / ∆ (рН_а). Сопоставляют полученное значение с теоретическим, равным 2,3RT/F или 0,059 В при 298 К.

5. Заливают в стаканчик желудочный сок (или другой раствор с неизвестным рН_х). Измеряют потенциал стеклянного электрода, определяют по графику кислотность данного раствора, сравнивают с нормой.

6. Анализируют результаты, формулируют выводы, оформляют работу.