11897

Анализ очищенного рассола для производства хлора и каустической соды

Лабораторная работа

Химия и фармакология

Лабораторная работа №203 Анализ очищенного рассола для производства хлора и каустической соды Краткое теоретическое введение: Общая характеристика метода. В основе потенциометрии лежит зависимость равновесного электродного потенциала от активности концент

Русский

2013-04-14

138.5 KB

3 чел.

Лабораторная работа №203

Анализ очищенного рассола для производства хлора и каустической соды

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, помещаемых в исследуемый раствор.

Как и в других электрохимических методах анализа, в потенциометрическом методе электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называется 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 используют два класса индикаторных электродов:

1)  электроды, на межфазных границах которых протекают реакции с участием электронов; такие электроды называют электронообменными;

2)  электроды, на межфазных границах которых протекают реакции ионного обмена и комплексообразования; такие электроды называют мембранными, или ионоселективными.

Если на электроде устанавливается обратимое равновесие с участием потенциалопределяющих ионов, то независимо от природы электрода на нем возникает потенциал, подчиняющийся уравнению Нернста:

    ,

где Е0 — стандартное значение потенциала; Rуниверсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура; Fпостоянная Фарадея; n — заряд потенциалопределяющего иона с учетом знака или число электронов, участвующих в реакции; а — активность потенциалопределяющих ионов (для электронообменных электродов отношение активностей окисленной и восстановленной форм вещества).

Потенциометрический анализ широко применяют для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе, — прямая потенциометрия, ионометрия (с использованием ионоселективных электродов), а также для индикации точки 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-основное взаимодействие, окисление-восстановление, реакции осаждения и комплексообразования.

Погрешность определения прямым потенциометрическим методом составляет 2-10%, а потенциометрическим титрованием 0,1-0,5%. Интервал определения ионов потенциометрическим 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 электрода и электрода сравнения, наиболее важным является необходимость поддерживания химического равновесия в ячейке, т.е. во время измерений через ячейку не должен протекать электрический ток или он должен быть настолько мал, чтобы не влиять на химическое равновесие в ходе проведения измерений.

В необратимых электрохимических системах потенциал индикаторного электрода устанавливается медленно и он неустойчив. В этом случае эффективно потенциометрическое титрование с использованием поляризованных электродов — потенциометрическое титрование под током. При этом для обеспечения надежной 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 погрешностям.

Электроды.

В потенциометрии используют обратимые электроды, потенциал которых зависит от активности компонентов электродных реакций. На обратимых электродах быстро устанавливается равновесие, характеризующееся равенством скоростей прямой и обратной реакций.

Электронообменные электроды. В потенциометрическом анализе с использованием окислительно-восстановительных реакций в качестве индикаторных электродов часто применяют электроды, изготовленные из инертных металлов, например, из платины, золота. Потенциал, возникающий на платиновом электроде, зависит от соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм одного или нескольких веществ в растворе.

К электронообменным электродам помимо электродов из инертных металлов относят водородный и хингидронный электроды.

Ионоселективные электроды — это электрохимические датчики, позволяющие избирательно определять активность одних ионов в присутствии других. Такие электроды представляют собой гальванические полуэлементы, состоящие из ионоселективной мембраны, внутреннего раствора (или твердого контакта в случае полностью твердофазного электрода) и внутреннего электрода сравнения. Другой полуэлемент образован внешним электродом сравнения, погруженным в стандартный электролит. Контакт между двумя полуэлементами обычно поддерживают с помощью солевого мостика, который можно поместить в корпус электрода сравнения.

Ионоселективные электроды можно классифицировать в соответствии с природой активного материала мембраны на следующие типы: а) стеклянные электроды; б) электроды с твердой гомогенной или гетерогенной мембраной; в) электроды с жидкими мембранами на основе ионообменников и нейтральных переносчиков- г) газовые электроды; д) электроды для измерения активности (концентрации) биологических веществ; е) ионоселективные полевые транзисторы (ИСПТ), являющиеся гибридным устройством, включающим ионоселективный электрод и полевой транзистор на основе системы металл — оксид металла.

Основными характеристиками, использующимися для описания работоспособности ионоселективных электродов являются предел обнаружения вещества, коэффициент селективности, время отклика.

Техника анализа.

Потенциометрическое титрование. Метод основан на фиксировании точки эквивалентности по резкому изменению потенциала индикаторного электрода, реагирующего на изменение активности того или иного компонента или продукта реакции.

Методы потенциометрического титрования классифицируют по характеру протекающей реакции, а также в зависимости от инструментального оформления. При потенциометрическом титровании используют реакции нейтрализации, окисления-восстановления, комплексообразования. К химическим реакциям, применяемым в потенциометрическом титровании, предъявляют следующие требования: реакции должны протекать строго количественно; равновесие основной химической и индикаторной реакций должно восстанавливаться быстро; используемая реакция требует подбора соответствующего электрода, реагирующего на изменение концентрации 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 титрования в зависимости от инструментальных особенностей. Варианты титрования с применением неполяризованных электродов: а) с одним индикаторным электродом и одним электродом сравнения; б) с двумя различными индикаторными электродами.

Варианты титрования с применением поляризованных электродов: а) с одним индикаторным электродом и одним электродом 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 электроду в отношении стабильности, крутизны и стандартного потенциала, поэтому электроды, не пригодные для прямой потенциометрии, могут быть использованы при титровании. Титрованием можно косвенно определять вещества, для которых отсутствуют ионоселективные электроды. Методы потенциометрического титрования позволяют измерять концентрацию определяемого вещества в присутствии мешающих веществ. Результаты определений методом потенциометрического титрования более точны, чем при использовании прямой потенциометрии, так как в этом случае вблизи точки эквивалентности небольшому изменению концентрации соответствует большое изменение потенциала индикаторного электрода.

В ходе титрования регистрируют ЭДС ячейки после каждого введения порции титранта. В начале титрант добавляют небольшими порциями, по мере приближения к конечной точке титрования (резкое изменение потенциала при добавлении небольшой порции реагента) порции уменьшают. Для определения конечной точки потенциометрического титрования можно использовать различные 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 использованием 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 кривая титрования симметрична относительно точки эквивалентности и перегиб кривой соответствует этой точке. Это допущение справедливо при условии, что вещества взаимодействуют в эквимолекулярных соотношениях и что электродный процесс полностью обратим.

В настоящее время наиболее часто, особенно при титровании разбавленных растворов, применяют метод Грана, основанный на линеаризации ветвей кривой титрования, лежащих по обе стороны от точки эквивалентности.

Экспериментальная часть

Для производства хлора и каустической соды методом электролиза применяют рассол, получаемый растворением поваренной соли в теплой воде. Сырой рассол содержит растворимые и нерастворимые 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 соляной кислотой. Качество очищенного рассола контролируют после 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 необходимо анализировать на содержание Na2CO3 и NaOH. Кроме того, определяют содержание основного компонента рассола — NaCl. В рассоле может не содержаться NaOH, если при нейтрализации 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 раствор 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 мешалку и титруют стандартным 0,1 М раствором НСI до последовательного получения двух скачков.

В случае титрования смеси NaOH и Na2CO3 первый скачок соответствует нейтрализации NaOH и Na2CO3 (до NaHCO3), второй скачок — нейтрализации NaHCO3 до Н2СО3. При титровании смеси NaHCO3 и Na2CO3 первый скачок соответствует нейтрализации Na2CO3 до NaHCO3, второй скачок — суммарной нейтрализации образовавшегося и находившегося в анализируемом растворе 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 обычным формулам титриметрического анализа. При расчете содержания NaOH используют разность объемов титранта, затраченных по первому и второму скачкам титрования (V1V2), при расчете содержания Na2CO3 берут объем V2. В случае анализа смеси Na2CO3 и NaHCO3 содержание NaHCO3 рассчитывают, используя 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 выше, выполняют также не менее 5-7 титрований.

Определение содержания NaCI методом прямой ионометрии. Анализируемый раствор помещают в мерную колбу емкостью 100 мл, доводят объем раствора до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Переносят 1 мл полученного раствора пипеткой в мерную колбу емкостью 100 мл, приливают примерно 50 мл дистиллированной воды, добавляют 1—2 капли индикатора фенолфталеина и по каплям 2М раствор HNO3 до исчезновения малиновой окраски. Далее определение содержания NaCI в рассоле проводят, используя мембранный хлорид-селективный электрод (см. работу № 7).

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54515. Интегрированный урок музыки и литературы в 5-ом классе 90.5 KB
  Цели урока: обучающие: по музыке: продолжить изучение темы Музыка и искусство слова; показать как музыка являясь главным героем сказки проявляет свою волшебную силу помогает в тяжелую минуту; через рабочую наглядность слайдфильм раскрыть тему урока в увлекательной и доступной форме; направить учащихся на осмысление музыкального образа в литературе в частности в сказках; по литературе: формировать умение творческого пересказа сказывания народных сказок; совершенствовать навыки сопоставления; развивающие: по музыке:...
54516. Історія Першої струни. Струнні інструменти 266.5 KB
  Довгий шлях пройшли струнні від тятиви мисливського лука до сучасних музичних інструментів. І зараз це - найважливіша і найчисельніша інструментальна група. Не випадково емблемою музичного мистецтва з давніх пір вважають ліру - стародавній струнний інструмент.
54517. Де дружба і кмітливість, там і перемога. Німецька народна казка. Бременські музиканти 107.5 KB
  МЕТА: Ознайомити учнів з німецькою народною казкою, вчити визначати послідовність подій у творі. Розвивати навички швидкого правильного читання,увагу, мовлення учнів, читацьку память, поповнювати словниковий запас. Працювати над діалогічним мовленням, вчити інсценізації, перевтіленню, стислому переказу.
54518. Понятие альтернативных издержек 16.78 KB
  Альтернативные издержки различают на единицу продукта и совокупные альтернативные издержки. Альтернативные издержки очень трудно представить, как определенное количество денег
54519. Экономические блага и их классификация 18.69 KB
  Для удовлетворения потребностей людей служит благо. Благо — это средство удовлетворения потребностей человека. Именно ради удовлетворения конкретных потребностей людей в благах и осуществляется хозяйственная деятельность в любой стране.
54520. Расскажи сказку 48 KB
  Кто их сочиняет Какие имена композиторов вы знаете А какие музыкальные сказки вы знаете Вы знаете что Пушкин написал Сказка о царе Султане а Римский Корсаков написал музыкальную сказку о Царе Султане Но сегодня мы будем говорить о С. Беседа Начнём сегодня сказочный урок с того что послушаем сказку Прокофьева. Внимательно слушаем а потом вы расскажете какую же сказку нарисовала музыка А весёлая это сказка или грустная Кто главные герои Няня стала рассказывать с самого начала или позже Так добрая это...
54521. Від симфонії до скульптури 2.43 MB
  Чи можна стверджувати що окремий вид мистецтва живопис музика література скульптура є кращим ніж інші бесіда з використанням ілюстрацій з різних видів мистецтва висновок: Ні не можна тому що: Живопис скульптура достовірно зображує предметні явища Література розкриває зміст певних понять Музика передає душевний стан людини його настрій Всі види мистецтва доповнюють один одного підсилюючи сприйняття...
54523. My favourite film 272 KB
  What do we usually do in our free time? Well, yes, we read books and magazines, listen to music, walk with our friends and watch TV. So, out lesson will be connected with TV programs, especially with films. We’ll speak about types of films, work over some texts, do different tasks, speak about your favourite films and present your project works.