Меры безопасности при работе со стеклянной посудой

1. Работы со стеклянными приборами и посудой при которых возможна поломка сосудов и разбрызгивание горячих или едких продуктов необходимо выполнять в вытяжных шкафах на противнях за прозрачным предохранительным щитком. Исполнитель должен надеть очки, перчатки, прорезиненный фартук.

2. При смешивании или разбавлении веществ, сопровождающихся выделением тепла, следует пользоваться термостойкой стеклянной или фарфоровой посудой.

3. При переносе сосудов с горячей жидкостью следует использовать полотенце или другой теплоизолирующий материал. Сосуд необходимо держать двумя руками: стаканы с боков, чтобы пальцы опирались на отогнутые края колбы— одной рукой за горловину, другой за дно.

4. Нагревая жидкость в пробирке, следует держать последнюю так, чтобы отверстие было направлено в сторону от себя и соседей по работе.

5. Протертые части эксикаторов необходимо слегка смазывать вазелином или другой смазкой. При переносе эксикатора крышку придерживать рукой, при открывании ее следует сдвигать в сторону, а не открывать.

6. Битое стекло собирать в специальную тару, а не в общую урну.

7. При несчастном случае необходимо прекратить работу, оказать пострадавшему первую помощь и сообщить о несчастном случае заведующему лабораторией или преподавателю. В случае необходимости обратиться в медпункт.

 

Электробезопасность

 

В целях предотвращения электротравматизма запрещается:

· работать на неисправных электрических приборах и установках;

· переносить включенные приборы и оставлять их без надзора;

· работать вблизи открытых токоведущих частей электроустановок и прикасаться к ним;

· загромождать подходы к электрическим устройствам.

В случае перерыва в подаче электрической энергии все электроприборы должны быть немедленно выключены.

Первая помощь при несчастных случаях

При несчастных случаях немедленно заявляйте дежурному лаборанту и преподавателю.

В практикуме имеется аптечка со всем необходимым для экстренной помощи.

При серьезном несчастном случае надо немедленно обратиться в медпункт или вызвать скорую помощь по телефону 9-03.

При порезе стеклом убедитесь, что в ранке нет осколков, и ватой, смоченной этиловым спиртом или перманганатом калия, удалите кровь, смажьте йодом и забинтуйте.

Запомните: самым сильным средством от ожога является холодная вода. Под холодной водой обожженное место должно находиться не менее 15 минут. Затем наложите повязку (марля, бинт), смоченную 2-3%-м раствором KMnO₄, 2% раствором стрептоцида или раствором пищевой соды. Обратитесь к врачу.

При поражении электрическим током следует немедленно выключить ток и, используя резиновые перчатки, куски резины или пластмассы, сухую палку, книгу, тетрадь или другой предмет, не проводящий ток, оторвать проводник от пострадавшего или оттянуть человека от электрического контакта.

При ожогах химическими веществами необходимо также сразу промыть обожженное место большим количеством воды. Затем поступайте следующим образом.

При ожоге кислотой (серной, азотной, соляной, фосфорной) обработайте место ожога 2— 3%-м раствором пищевой соды или слабым раствором аммиака.

При ожоге щелочью обработайте пораженное место 1%-м раствором уксусной, лимонной или борной кислоты.

При отравлении кислотами следует принять внутрь суспензию карбоната кальция (мел) или оксид магния или выпить разбавленного раствора соды.

При отравлении щелочами следует выпить 1%-ый раствор уксусной или лимонной кислоты.

При других случаях отравления следует вызвать рвоту, выпить молока или сырых яиц и немедленно обратиться к врачу.

 

Глава 2. Требования к подготовке и выполнению лабораторных работ

 

Приступить к выполнению лабораторных работ разрешается только после положительной сдачи допуска преподавателю.

1. Для получения допуска необходимо самостоятельно изучить материал по теме лабораторной работы по лекциям и учебникам и ответить на вопросы и решить задачи, приведенные в данных методических указаниях (письменно, кратко, в отдельной тетради).

2. Проработать методические указания по данной теме и для каждого эксперимента в тетради для лабораторных работ описать смысл эксперимента, и, если возможно— уравнения химических реакций, привести необходимые расчетные формулы.

3. К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, выполнившие контрольные задания по физико-химическим методам анализа

4. Выполненную лабораторную работу оформить, описав ход выполнения эксперимента, химические реакции, привести все необходимые промежуточные расчеты, выводы. Категорически запрещается пользоваться черновиками или вести записи на отдельных листах бумаги.

5. Окончив работу, студент обязан показать преподавателю полученные результаты и оформленный лабораторный журнал, после чего вымыть использованную химическую посуду и убрать рабочее место.

Пропуск занятий без уважительной причины не допускается. Задолженности (пропущенные лабораторные работы, непроверенные домашние задания) должны быть ликвидированы до зачета. Студенты, имеющие задолженности, не допускаются к сдаче зачета, экзамена..

 

Глава 3. Электрохимические методы

 

Вопросы

1. Общая характеристика потенциометрического анализа.

2. Электродные потенциалы. Возникновение электродного потенциала.

3. Теоретические основы метода потенциометрии. Равновесный электродный потенциал.

4. Измерение ЭДС при потенциометрическом анализе.

5. Уравнение Нернста. Нормальный электродный потенциал. Зависимость электродных потенциалов от активности ионов в растворе.

6. Электроды потенциометрии. Электроды сравнения.

7. Что такое электрод первого, второго и третьего рода?

8. Назначение индикаторного электрода и электрода сравнения. Примеры электродов.

9. Уравнение Нернста для различного типа электродов.

10. Какие Вы знаете электроды сравнения, от чего зависит их потенциал?

11. На какие основные группы можно разделить индикаторные электроды?

12. В чем преимущество ионоселективных электродов? Принцип действия ионселективных электродов. Отличие их от электродов I-III рода.

13. Описать устройство ионселективных электродов различных типов.

14. Покажите принципиальную схему определения потенциала индикаторного электрода.

15. Стеклянный электрод и его устройство. Подготовка стеклянного электрода к работе.

16. Указать требования, которые предъявляются к электродам потенциометрии. Коэффициент селективности. Концентрационный интервал.

17. Зависимость потенциала стеклянного электрода от рН раствора

18. Какой элемент нужно составить для определения концентрации ионов никеля, кадмия, свинца, натрия?

19. Чем принципиально отличаются компенсационная и некомпенсационная схемы измерения ЭДС?

20. Чем отличается прямая потенциометрия от косвенной?

21. Прямая потенциометрия (рН-метрия; ионометрия). Указать достоинства, недостатки и области применения метода прямой потенциометрии.

22. Электродная схема измерения рН растворов с использованием лабораторных потенциометров. Настройка приборов по буферным растворам.

23. В чем сущность потенциометрического определения рН раствора?

24. Общая и активная кислотность среды.

25. Как провести определение активной кислотности среды методом прямой потенциометрии (аппаратура, подготовка и настройка аппаратуры. Принципы измерения).

26. Как провести определение ионов Cl^— методом прямой потенциометрии?

27. Как провести определение ионов К+ методом прямой потенциометрии?

28. Как провести определение ионов Na+ методом прямой потенциометрии.

29. Как провести определение ионов F^— методом прямой потенциометрии?

30. Электродная схема для проведения потенциометрического титрования. Приборы.

31. Разновидности потенциометрического титрования.

32. Факторы, влияющие на величину скачка потенциала в реакциях разного типа.

33. Индикаторные электроды, применяемые в потенциометрическом титровании по реакциям окисления-восстановления, осаждения, нейтрализации, комплексо-образования.

34. Потенциометрическое титрование. Кривые потенциометрического титрования. Титрование смеси веществ. В каком случае прибегают к методу потенциометрического титрования?

35. Способы нахождения конечной точки титрования при потенциометрическом титровании.

36. Назвать соответствующие пары электродов и привести примеры потенциометрического титрования с использованием реакции нейтрализации.

37. Кривые потенциометрического титрования при кислотно-основном титровании. Влияние концентрации и силы кислоты и основания на характер кривой.

38. Сравните кривые потенциометрического титрования 0,1 М раствора NaOH 0,1 М раствором HCI и 0.1 М раствора NH₄OH 0,1 М раствором НС1.

39. Как по кривой титрования раствора аммиака рассчитать константу диссоциации NH₄OH?

40. Начертите кривые потенциометрического титрования 0,1 М HCI 0,1 М раствором NaOH в координатах рН — V; Е — V; pH/V — V.

41. Определение содержания СНзСООН в растворе при помощи потенциометрического титрования. Рабочий раствор. Установка концентрации рабочего раствора.

42. Определение содержания HCI и СНзСООН в смеси при помощи потенциометрического титрования.

43. Начертите кривые потенциометрического титрования 0,1 М СН₃СООН 0,1 М раствором NaOH.

44. Начертите кривые потенциометрического титрования 0,1 М HC1 0,1 М NaOH

45. Как практически определить концентрацию NaOH и NH₄OH при их совместном присутствии в растворе?

46. Кривые потенциометрического титрования при титровании по методу осаждения.

47. Влияние концентрации определяемого вещества, титранта и величины произведения растворимости осадка на характер кривой.

48. Начертите кривые потенциометрического титрования смеси хлорид и иодид ионов азотнокислого серебра в координатах Е—V и E/V-V.

49. Назвать соответствующие пары электродов и привести примеры потенциометрического титрования с использованием реакции осаждения.

50. Как определить концентрацию хлорид- и иодид-ионов в смеси?

51. Объяснить характер кривой титрования окислительно-восстановительных методов.

52. Назвать соответствующие пары электродов и привести примеры потенциометрического титрования с использованием реакции окисления-восстановления.

Задачи

 

1. Применительно к какому электроду уравнение Нернста имеет вид: E=Eo_Ag/Ag + 0,059/n lg a_Ag

2. Применительно к какому электроду уравнение Нернста имеет вид: E=E°_AgСl/AgCl — 0,059/n lg a_Cl-.

3. Применительно к какому электроду уравнение Нернста имеет вид: E=Eo_Mg2Cl2/HgCl — 0,059/n lg a_Cl-

4. Какой вид будет иметь кривая титрования Fe²⁺ раствором перманганата калия?

5. Какой вид будет иметь кривая титрования Cl^-—ионов (ПР_AgCl = 10^-10) и I^-—ионов (ПР_AgI = 10^-16) раствором азотнокислого серебра?

6. Какой вид будет иметь кривая титрования соляной кислоты раствором гидроксида натрия?

7. Какой вид будет иметь кривая титрования гидроксида натрия раствором соляной кислоты?

8. Какой вид будет иметь кривая титрования соляной кислоты раствором гидроксида натрия?

9. Какой вид будет иметь кривая титрования смеси NH₄OH и NaOH раствором соляной кислоты?

10. Какой вид будет иметь кривая титрования смеси соляной и уксусной кислот раствором гидроксида натрия.

11. Рассчитайте рН аммонийной буферной смеси, полученной смешиванием 10 мл 0,05 М раствора NH₄OH и 5 мл 0,05 М раствора HCl

12. К 50 мл 0,1 М раствора СНзСООH прибавлено 50 мл 0,1 М раствора ацетата натрия. Рассчитайте рН смеси.

13. К 500 мл 0,1 М раствора СНзСООН прибавлено 500 мл 0,2 М раствора ацетата натрия. Вычислить рН полученного раствора.

14. К 10 мл 0,1 М раствора гидроксида аммония прибавлено 10 мл 0,06 н. раствора серной кислоты. Определить рН смеси.

15. Вычислить и сравнить рН растворов: а) 0,1 М НС1 и 0,1 М СНзСООН; б) содержащих по 5 г/л НС1 и СНзСООН

16. Как приготовить 200 мл раствора NaCl с концентрацией 10 ⁵, 2,5 * 10 ^–3 5*10^{- 4} из раствора 0,1 М NaCl?

17. Как приготовить 200 мл раствора NH₄CI с концентрацией 10 ^-4 из раствора 0,l M NH₄CI?

18. Как приготовить 250 мл раствора КCl с концентрацией 10 ^-4 из раствора 0,l M КCl?

19. Как приготовить 250 мл раствора КNО₃ с концентрацией 10 ^-3 из раствора 0,l M КNО₃?

20. Как приготовить 100 мл раствора KF с концентрацией

10 ^-4 из раствора 0,l M KF?

21. Как приготовить 100 мл раствора Na⁺ с концентрацией 10 ^-4 из раствора 0,l M NaCl?

22. Как приготовить 200 мл раствора KNO₃ с концентрацией 10 ^-2 из раствора 0,l M KNO₃?

23. Рассчитайте содержание НCl в колбе на 100 мл, если на титрование 10 мл пошло 9,3 мл раствора NaOH с концентрацией 0,1003 н.

24. Рассчитайте содержание СНзСООН в колбе на 200 мл, если на титрование 10 мл пошло 9,8 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,0986 М.

25. Какой вид будет иметь кривая титрования, если при заданном значении потенциала индикаторного электрода, определяемое вещество и титрант электрохимически неактивны? Электрохимически активен продукт реакции.

26. Какой вид будет иметь кривая титрования, если при заданном значении потенциала индикаторного электрода электрохимически активно только определяемое вещество?

27. Какой вид будет иметь кривая титрования, если при заданном значении потенциала индикаторного электрода, определяемое вещество может восстанавливаться, титрант окисляться?

28. Какой вид будет иметь кривая титрования, если при заданном значении потенциала индикаторного электрода электрохимически активен только титрант?

29. Какой вид будет иметь кривая титрования, если при заданном значении потенциала индикаторного электрода электрохимически активны определяемое вещество и титрант, продукт реакции электрохимически неактивен?

30. Какой вид будет иметь кривая титрования, если при заданном значении потенциала индикаторного электрода, определяемое вещество окисляется, титрант восстанавливается?

 

Задачи и решение типовых задач см. Васильев В.П. Сборник вопросов, упражнений и задач стр. 243-255.

 

Общие сведения

 

В основе электрохимических методов анализа лежит исследование процессов, протекающих в электролитах или на поверхности погруженных в них электродов. Эти процессы могут быть равновесными или неравновесными в зависимости от условий эксперимента и давать информацию о скорости химических реакций, природе участвующих в них соединений, термодинамике.

Наиболее широко в аналитической химии используются следующие электрохимические методы.

Потенциометрия. В потенциометрических методах измеряется разность потенциалов между индикаторным электродом и электродом сравнения в отсутствие тока в электрохимической цепи. В этих условиях анализируемая система находится в равновесии, и электродный потенциал связан с концентрацией раствора уравнением Нернста:

где E ° – стандартный потенциал окислительно-восстановительной пары ox + n e red,

R – универсальная газовая постоянная,

T – абсолютная температура,

F – постоянная Фарадея,

a – активность.

Потенциометрический анализ распространяется только на вещества, находящиеся в ионном состоянии, т.е. основной объект исследований это растворы (обычно водные).

 

Потенциометрический метод анализа существует в нескольких вариантах:

Прямая потенциометрия (ионометрия и рН-метрия) Метод основан на установлении зависимости потенциала измерительного электрода от концентрации раствора (построение калибровочного графика или настройка измерительного прибора) и последующим ее использовании для анализа растворов неизвестной концентрации. Метод достаточно прост и экспрессен. Наиболее широко применяется для измерения рН. Точность измерений заметно зависит от степени отклонения крутизны электродной функции от теоретического значения. Поэтому крутизна электродной функции является показателем качества электрода.

Потенциометрическое титрование. Метод существует во множестве вариантов. Он основан на проведении специфической химической реакции под контролем ионоселективного или редокс-электрода. Могут применяться следующие реакции: нейтрализации, осаждения, комплексообразования или окисления-восстановления. Калибровка электрода обычно не требуется, он служит только для установления точки эквивалентности. Расчет концентрации анализируемого вещества производится на основании объемов и концентраций участвующих в реакции растворов.

Метод более сложный и трудоемкий по сравнению с предыдущим, но имеет ряд преимуществ.

Результаты, полученные этим методом, обычно более точны и воспроизводимы (< 1%). Титрование позволяет определять вещества, на которые не существует ионоселективных электродов (косвенное определение). От применяемого электрода не требуется высокой линейности и стабильности характеристики. Правильный подбор реактивов позволяет проводить анализ в присутствии мешающих ионов.

К недостаткам метода следует отнести невозможность его применения для непрерывного контроля, а так же то, что в ряде случаев им нельзя определять малые концентрации.

Ионоселективные электроды

 

В потенциометрии используют два основных класса индикаторных электродов:

1. Электроды, на межфазных границах которых протекают реакции с участием электронов. Такие электроды называют электронообменными. Их функционирование основано на зависимости равновесного потенциала от состава и концентрации исследуемого раствора, описываемой уравнением Нернста.

В основном это активные металлические электроды I рода (серебряный, медный, кадмиевый и д.р.) и инертные электроды (платиновый, золотой).

2. Электроды, на межфазных границах которых протекают ионообменные реакции. Такие электроды называют мембранными или ионообменными, а также ионоселективными (ИСЭ). Потенциал системы, состоящей из внешнего электрода сравнения и ИСЭ, погруженных в исследуемый раствор, описывается модифицированным уравнением Нернста (уравнение Никольского-Эйзенмана):

где:

const – константа, зависящая от значений стандартных потенциалов внутреннего и внешнего электродов сравнения и от природы мембраны ИСЭ;

a_i и z_i, a_k и z_k – активности и заряды основного (потенциалопределяющего) и постороннего ионов соответственно;

ki/k ^пот– потенциометрический коэффициент селективности ИСЭ по отношению к потенциалопределяющему иону (i) в присутствии постороннего иона (k).

Ионоселективные электроды — сенсоры (чувствительные элементы, датчики), потенциалы которых линейно зависят от lg а определяемого иона в растворе.

Важнейшей составной частью большинства этих электродов является полупроницаемая мембрана — тонкая пленка, отделяющая внутреннюю часть электрода (внутренний раствор) от анализируемого и обладающая способностью пропускать преимущественно ионы только одного вида.