Определение величины электродного потенциала

а. Определение, величины электродного потенциала цинкового электрода.

Для определения электродного потенциала цинкового электрода составляют следующую гальваническую цепь:

(-)Zn|ZnSO₄|| KCl_насыщ.|| KCl, Hg₂Cl₂| Hg (+)

состоящую из цинкового и каломельного электродов. С помощью по­тенциометра Р-307 измеряют величину э.д.с. этой цепи. Потенциал цинкового электрода определяют из выражения:

,

где - электродный потенциал каломельного электрода, кото­рый рассчитывается для данной температуры по уравне­нию В,

- электродный потенциал цинкового электрода, Результаты измерений и вычислений заносят в табл. 2.

Таблица 2.

№ п/п	Гальванический элемент	Еизм, В	, В	, В	, В
1	(-)Zn|ZnSO4||KCl||KClнасыщ.||Hg2Cl2|Hg (+)
2	(-)Hg|Hg2Cl2, KCl|| KClнасыщ.||CuSO4| Cu (+)

Б. Определение величины электролного потенциала медного электрода

Составляют цепь из медного и каломельного электродов:

(-)Hg | Hg₂Cl₂, KCl || KCl_насыщ. || CuSO₄ | Cu (+)

Медно-калсмельный элемент подключают к зажимам X₁ или Х₂ потенциометра Р-307 и определяют э.д.с. цепи Е_изм, В. Электродный потен­циал медного электрода раосчитывают по уравнению:

где - электродный потенциал медного электрода,

- электродный потенциал каломельного электрода. Полученные результаты заносят в табл. 2, представленную в разде­ле А.

По полученным величинам электродных потенциалов и вычисляют э.д.с. элемента Даниэля-Якоби. Э.д.с. элемента рассчитывают, вычитая из электродного потенциала положительного электрода электродный потенциал отрицательного. Э.д.с., рассчитанную по вели­чине электродных потенциалов, сравнивают с непосредственно изме­ренной и рассчитанной по уравнению Нернста.

Потенциометрический метод измерения рН растворов

Для растворов слабых электролитов и растворов с малой концентрацией ионов водорода рН выражаот через концентрацию ионов H⁺:

pН = -lgC_H+.

Потенциометрический метод определения рН растворов основан на измерении э.д.с. гальванического элемента, в котором потенциал од­ного из электродов зависит от концентрации ионов водорода. На этом методе основано действие различных лабораторных рН-метров. Многие рН-метры имеют две шкалы: в милливольтах и единицах рН.

Для измерения рН составляют гальванический элемент из индикаторного электрода, потенциал которого определяется концентрацией водородных ионов, и электрода сравнения с известные по­тенциалом.

В качестве индикаторных электродов применяются водородный, стеклянный, сурьмяный и некоторые другие. Электродами сравнения, как правило, являются каломельный или хлорсеребряный электроды.

Стеклянный электрод

Стеклянный электрод представляет собой стеклянную трубку, оканчивающуюся тонкостенным стеклянным шариком. Внутрь шарика. залит стандартный раствор с определенным значением рН, а в раст­вор погружен металлический электрод. Часто применяют 0,1 н раст­вор соляной кислоты и серебряный электрод, покрытый слоем хло­рида серебра (рис. 9). Стеклянный электрод опускают в исследуемый раствор, рН которого требуется определить, и измеряют потенциал этого электрода относительно каломельного электрода сравнения. Общая схема химической цепи для определения рН при помощи стеклян­ного электрода имеет вид:

Pt| Аg | AgCl; 0,1н HCl | стекло | исследуемый р-р || КСl, Hg₂Cl₂| _: Hg | Pt

Так как концентрация ионов водорода во внутреннем растворе сохраняется постоянной, уравнение Нернста для этой цепи может быть записано следующим образом:

,

где - стандартный потенциал для данного стеклянного электрода, определяемый калибровкой электрода при помощи растворов с известными значениями рН.

Э

Рис. 3. Стеклянный электрод:

1 - стеклянный шарик со стан­дартным раствором, 2 - серебряная проволока, 3 - солевой мостик, ведущий к стандартному электроду сравнения, 4 -сосуд с исследуемым раство­ром

то уравнение строго справед­ливо для кислых, нейтральных и слабощелочных растворов, Стек­лянный электрод применим для измерения рН растворов в при­сутствии окислителько-восстано-вительных систем, в растворах солей тяжелых и благородных металлов, так называемых элект­родных ядов (сернистых, мышья­ковистых и др. соединений), органических веществ. Стеклян­ный электрод можно применять в окрашенных и мутных растворах, в средах, не обладающих буферностъю, вблизи точки нейтрали­зации.

Металлооксидные электроды

Эти электроды являются электродами второго рода. Такие элект­роды составляют из металла и насыщенного раствора труднораствори­мого окисла (или гидроокиси) этого металла и электролита, содержа­щего ионы гидроксила. Для электрода данного вида можно использо­вать сурьму, висмут, вольфрам, молибден, серебро, ртуть, свинец и др. металлы, покрытые пленкой своего окисла или гидроокиси, ко­торая трудно растворяется в исследуемом растворе. Наиболее изуче­ны и чаще всего применяются сурьмяный и висмутовый электроды.

Сурьмяный электрод характеризуется следующей электродной реакцией:

Sb₂O₃ + 3 H₂O + 6e 2Sb + 6 OH^­ или

Sb(OH)₃ + 3e Sb + 3OH^.

При помощи сурьмяного электрода определяют рH растворов в пре­делах 1,0-12,0. Однако следует учитывать, что по­тенциал электрода при рH 59 неустойчив. Точность измерений составляет 0,20,3 pH. Сурьмяный электрод используют для определения рН растворов спиртов, аммиака; биологических жидкос­тей, почв, флотационных суспензий, растворов с примесями сульфи­дов и цианидов, Нельзя применять электрод для определения рН в растворах, содержащих легко адсорбируемые вещества, сильные окис­лители и вещества, образующие с сурьмой комплексные соединения.

Лабораторная работа 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН РАСТВОРА С ПОМОЩЬЮ СУРЬМЯНОГО ЭЛЕКТРОДА

Для определения рН раствора с помощью сурьмяного электрода собирают цепь, используя в качестве электрода сравнения каломель­ный электрод:

(-) Sb,Sb₂O₃ | исследуемый раствор || KCl_насыщ.|| Hg₂Cl₂, KCl | Hg (+)

c неизвестным pH

Потенциал сурьмяного электрода является линейной функцией pH:

.

Ход работы

1. Осторожно зачищают поверхность сурьмяного электрода наж­дачной бумагой, промывают дистиллированной водой и ополаскивают тем раствором, с которым будет проводиться измерение.

2. Для определения рН исследуемого раствора предварительно строят калибровочный график зависимости э.д.с. составленного эле­мента от рН раствора (рис. 10).

С

Рис. 10. Калибровочный график зависимости э.д.с. от pH раствора

этой целью измеряют э.д.с. нескольких гальванических элементов, в которых сурьмяный электрод последовательно помещается в раст­воры с известным значением рН. Начинать измерения для построе­ния калибровочного графика рекомендуется с раствора, имеющего наименьшее значение рН. Перед каждым измерением сурьмяный элект­род ополаскивают сначала дистиллированной водой, затем раствором, с которым проводят измерения э.д.с.

3, По полученным значениям э.д.с. строят график зависимости э.д.с. гальванического элемента от рH раствора,

4. Проводят измерение э.д.с. гальванического элемента, запол­нив сурьмяный электрод раствором с неизвестным значением рH. Раствор получают у лаборанта, По измеренной величине э.д.с. с по­мощью калибровочного графика определяют рH исследованного раст­вора.

Результаты измерений сводят в таблицу 3.

Таблица 3.

Электрическая цепь	рН р-ра	Еизм, В
(-) Sb,Sb2O3 | исследуемый раствор|| KClнасыщ.||Hg2Cl2,KCl|Hg (+) c неизвестным pH

Роль рН среды в нефтепромысловой практике

В нефтепромысловой практике широко применяется нагнетание воды в скважины для поддержания пластового давления в залежи, а также при вторичных методах добычи нефти. Основными требова­ниями, предъявляемыми к закачиваемой воде, являются стабильность и пассивность ее в отношении материла труб, то есть такие свой­ства, которые обеспечивают невыпадение твердых осадков при наг­нетании воды в пласт и минимальное воздействие на арматуру.

Важным показателем, позволяющим оценивать качество воды для заводнения пластов, является концентрация водородных ионов. Так, например, карбонатное равновесие в воде есть функция рH. Только зная рН воды, можно при известном химическом составе ее судить о степени насыщенности воды той или иной малорастворимой солью и, следовательно, о возможности образования осадка и коррозионной активности.

Величина рН воды регулируется путем введения определенных количеств химических реагентов (кислоты, щелочи). Комбинирова­ние рH-метра с дозаторами реагентов позволяет автоматизировать подготовку воды па нефтепромыслах.

Величина рН - важнейший показатель, определяющий рабочие качества глинистого раствора, используемого для бурения скважин. В частности рН определяет тиксотропные свойства глинистого буро­вого раствора.

На установках обезвоживания и обессоливания нефти иногда приходится измерять рH отделенной от нефти воды. Здесь величина рН показывает степень обессоливания нефти.

. рН-метрия используется также при изучении вопросов происхож­дения нефти.