Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Примеры решения задач




ПРИМЕР 4.1. Вычислите потенциал медного электрода, помещенного в раствор нитрата меди (2), относительно насыщенного хлорсеребряного электрода, если в 150 мл раствора 24,2 г Cu(NO3)2 ·3 H2O.

Решение. Стандартные потенциалы медного электрода 0,345 В, насыщенного хлорсеребряного электрода (ХСЭ) 0,201 В. потенциал медного электрода зависит от концентрации ионов меди (2): E = E0(Cu2+/Cu) + 0,059 /2 lg [Cu2+]

Концентрация меди в растворе:

с(Cu2+) = n / V = m / (M V)

V - объем, в котором растворена навеска, л.

М[Сu(NO3)2] = 241 г / моль; V = 0,150 л, следовательно,

c(Сu2+) = 24,2 / 241,6 · 0,150 = 0,668 моль/л.

Подставив значение концентрации меди (2) в уравнение Нернста, получим

Е(Cu) = 0345 + 0,059 / 2 lg 0,668 = 0,340 B

ЭДС гальванического элемента из медного и насыщеного ХСЭ: Е = E(Cu) - E(ХСЭ) = 0,340 - 0,201 = 0,139 В.

Пример 4.2. Вычислите потенциал водородного электрода в растворе 0,05 М муравьиной кислоты, на 50 % оттитрованной 0,05 М раствором гидроксида калия.

Решение. Уравнение Нернста для водородного электрода

Е = - 0,059 рН, следовательно, вычислим концентрацию ионов водорода в растворе.

В результате протекания реакции

HCOOH + KOH = HCOOK + H2O

в растворе со слабым электролитом НСООН будет находиться соль НСООК. Концентрация ионов водорода, образующихся при диссоциации НСООН, определим по уравнению константы диссоциации

К = [Н+]· [НСОО-] / [HCOOH] = 1,84 · 10-4

В момент, когда кислота оттитрована на 50 %,

[HCOOH] = [HCOO-], следовательно,

+] = К= 1,84 ·10 -4 моль / л.

Потенциал водородного электрода в момент, когда раствор оттитрован на 50 %, равен

Е(2 Н+/ H2) = 0,059 lg 1,84 · 10-4 = - 0,217 B

Пример 4.3. Вычислите потенциал платинового электрода в растворе сульфата железа (2), на 99 % оттитрованного раствором перманганата калия

Решение Потенциал платинового электрода определяется природой сопряженной окислительно-восстановительной пары и концентрацией ее окисленной и восстановленной форм. В данном растворе до точки эквивалентности в растворе пара Fe3+ + e = Fe2+, для которой стандартный потенциал Е0(Fe3+/ Fe2+) = 0,77 B, а уравнение Нернста

Е = Е0(Fe3+/Fe2+) + 0,059 · lg [Fe3+]/[Fe2+].

Поскольку исходный раствор оттитрован на99 %, то [Fe3+]/[Fe2+] = 99 / 1 = 99 =100. Следовательно, потенциал платинового электрода

Е = 0,77 + 0,059 lg 100 = 0,888 B.

Пример 4.4. Вычислить рН раствора, в котором потенциал хингидронного электрода по отношению к нормальному каломельному электроду равен 0,170 в при 20 С.

Решение. Потенциал хингидронного электрода (ЕХГ)

cвязан с концентрацией ионов водорода в растворе или с рН уравнением и при 20 С:

EХГ = 0,699 + 0,058 lg [H+] = 0,699 - 0,058 pH

ЭДС гальванического элемента из хингидронного (ХГ) и каломельного (К) электродов

Е = ЕХГ - ЕК = 0,170 В.

Потенциал каломельного электрода ЕК = 0,282 (по справочнику), следовательно, 0,170 = 0,699 - 0,058 pH - 0,282

pH = 0,699 - 0,282 - 0170) / 0,058 = 4,19.

Пример 4.5. Вычислите потенциал водородного электрода в растворе 0,05 М муравьиной кислоты, на 50 % оттитрованной 0,05 М раствором гидроксида калия.

Решение. Уравнение Нернста для водородного электрода

Е = - 0,059 рН, следовательно, вычислим концентрацию ионов водорода в растворе.

В результате протекания реакции

HCOOH + KOH = HCOOK + H2O

в растворе со слабым электролитом НСООН будет находиться соль НСООК. Концентрация ионов водорода, образующихся при диссоциации НСООН, определим по уравнению константы диссоциации

К = [Н+]· [НСОО-] / [HCOOH] = 1,84 · 10-4

В момент, когда кислота оттитрована на 50 %,

[HCOOH] = [HCOO-], следовательно,

+] = К= 1,84 ·10 -4 моль / л.

Потенциал водородного электрода в момент, когда раствор оттитрован на 50 %, равен

Е(2 Н+/ H2) = 0,059 lg 1,84 · 10-4 = - 0,217 B

Пример 4.6. Вычислите потенциал платинового электрода в растворе сульфата железа (2), на 99 % оттитрованного раствором перманганата калия

Решение Потенциал платинового электрода определяется природой сопряженной окислительно-восстановительной пары и концентрацией ее окисленной и восстановленной форм. В данном растворе до точки эквивалентности в растворе пара Fe3+ + e = Fe2+, для которой стандартный потенциал Е0(Fe3+/ Fe2+) = 0,77 B, а уравнение Нернста

Е = Е0(Fe3+/Fe2+) + 0,059 · lg [Fe3+]/[Fe2+].

Поскольку исходный раствор оттитрован на99 %, то [Fe3+]/[Fe2+] = 99 / 1 = 99 =100. Следовательно, потенциал платинового электрода

Е = 0,77 + 0,059 lg 100 = 0,888 B.

Пример 4.7. Построить интегральную кривую потенциометрического титрования 20 мл 0,02М раствора H2SO4 0,1М раствором КОН.

Решение Переведем молярные концентрации растворов в молярные концентрации эквивалента (Сн) согласно соотношениям:

где См – молярная концентрация раствора, моль / л;

Сн – молярная концентрация эквивалента раствора, моль / л;

f – фактор эквивалентности.

где

n H+ – количество ионов Н+, содержащихся в кислоте.

n ОН- – количество ионов ОН–, содержащихся в основании.

Имеем

тогда для H2SO4 моль/л

для KOH моль/л

2. При титровании идет реакция нейтрализации:

Н2SO4 + 2 KOH = K2SO4 + 2 H2O

Н+ + OH- = H2O

C изменением концентрации водородных ионов меняется потенциал индикаторного электрода:

Поскольку получим

 

(4.1).

Для построения кривой титрования, вычисляем потенциал по уравнению (4.1) до точки эквивалентности (разбавлением раствора пренебрегаем).

Так как H2SO4 и КОН являются сильными кислотой и основанием, то концентрации ионов Н+ и ОН- равны молярным концентрациям эквивалента этих растворов, тогда [Н+] = 0.04 моль / л, [ОН-] = 0,1 моль / л.

Для полной нейтрализации кислоты необходимо добавить 8 мл КОН, согласно следующему равенству:

C(H2SO4) *V (H2SO4) = C (KOH) * V(KOH)

1. К началу титрования [Н+] = 0.04 моль/л, тогда Е1 = 0,059* lg 4×10-2 = 0,059* (0,6 – 2) = – 0,0826 В» –83 мВ

2. Добавлено 4 мл щелочи, т.е. оттитровано 50 % кислоты.

Тогда оттитровано

+] = 0.04 * 50/100 = 0,02 моль / л,

осталось кислоты - [Н+] = 0.04 – 0,02 = 0,02 моль / л.

При этом

Е2 = 0,059* lg 0,02 = 0,059* (0,3 – 2) = – 0,1 В» –100 мВ.

3. Добавлено 7,2 мл щелочи, т.е. оттитровано 7.2*100/8 = 90% кислоты, что соответствует концентрации

+] = 0.04*×0,9 = 0,036 моль / л,

осталось кислоты - [H+] = 0,04 – 0,036 = 0,004 моль / л, при этом

Е3 = 0,059* lg 0,004 = 0,059* (0,6 – 3) = – 0,141 В» –141 мВ.

4. Прибавлено 7,92 мл щелочи, т.е. оттитровано кислоты, или [Н+] = 0.04 * 0,99 = 0,0396 моль / л, осталось кислоты [Н+] = 0.04 – 0,0396 = 0,0004 моль / л.

При этом

Е4 = 0,059* lg 0,0004 = 0,059* (0,6 – 4) = – 0,2 В» – 200 мВ.

5. Оттитровано 99,9 % кислоты, т.е.

+] = 0.04 * 0,999 = 0,03996 моль / л, осталось кислоты

+ ] = 0.04 – 0,03996 = 0,00004 моль / л.

При этом

Е5 = 0,059* lg 0,00004 = 0,059* (0,6 – 5) = – 0,26 В» – 260 мВ.

Если оттитровано 99,9 % кислоты, следовательно, прилито щелочи. Объем оставшейся кислоты равен 20 – 19,98 = 0,02 мл, т.е. полкапли.

6. При добавлении следующей капли щелочи (её объём 0,04 мл) нейтрализуется оставшаяся кислота и создается избыток щелочи в (0,04 – 0,008 мл) = 0,032 мл или

Найдем концентрацию ионов Н+ , когда прилито 8,032 мл щелочи, в этот момент

[ОН] = . Поскольку [Н+][ОН] = 10-14, то при [ОН] = 4×10- 4, получим

тогда

Е 6 = 0,059* lg 2,5×10– 11 = 0,059* (0,4 – 11) = – 6,25 В» – 625 мВ.

7. Избыток щелочи составляет 1%, т.е. прилито 8,08 мл. Тогда [ОН] = . и [Н+] = 10– 11. При этом

Е 7 = 0,059* lg10– 11 = – 0,649 В» – 649 мВ.

8. Избыток щелочи составляет 10 %, т.е. всего прилито 8,8 мл щелочи.

[ОН-] = 0,1 * 10/100 = 10-2.+] = 10-12.

Е8 = 0.059 * 10-12 = - 0,708 В = - 708 Мв.

На основании полученных результатов строят кривую потенциометрического титрования (рис 4.3).

Рис. 4.3.

ПРИМЕР 4.8. Навеску 0,1012г нефелинового концентрата растворили и подготовили для потенциометрического титрования алюминия 0,3Н раствором фторида натрия. По результатам анализа

 

Е,В   0,62 0,623 0,625 0,630 0,655 0,710 0,86 0,98 1,03 1,075 1,11 1,13
VNaF, ил   1,0 2,0 3,0 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0 9,0

 

построить интегральную и дифференциальную кривые титрования и определить процентное содержание (по массе) оксида алюминия в нефелиновом концентрате.

РЕШЕНИЕ:

1. Строим интегральную кривую потенциометрического титрования в

координатах E – V (рис. 4.4)

Рис. 4.4.

2. Строим дифференциальную кривую титрования в координатах (рис. 4.5)

.

Е, В V NaF, мл DE DV
0,62       0,003
    0,003    
0,623       0,002
    0,002    
0,625       0,005
    0,005    
0,63       0,025
    0,025    
0,655       0,11
    0,055 0,5  
0,71 4,5     0,3
    0,15 0,5  
0,86       0,24
    0,12 0,5  
0,98 5,5     0,1
    0,05 0,5  
1,03       0,045
    0,045    
1,075       0,035
    0,035    
1,11       0,02
    0,02    
1,13        

 

Рис. 4.5.

3. Находим эквивалентный объем раствора фторида натрия, пользуясь графиком, изображенном на рис. 4.5. Эквивалентный объем титранта можно находить по перегибу на интегральной кривой потенциометрического титрования, но в рассматриваемой задаче скачок на прямой получился «размытым».

V экв NaF = 4,5 мл.

4. Рассчитаем титр NaF по Al0.

5. Найдем массу алюминия.

 

и соответствующее этой массе алюминия количество оксида алюминия:

 

2Al ––––– Al2O3

 

2 * 27 г Al ––––– 100 г Al2O3

0,01215 г Al ––––– х г Al2O3.

 

Al2O3

6. Вычислим процентное содержание оксида алюминия в нефелиновом концентрате.

В 0,1012 г технического образца содержится 0,02295 г Al2O3

в 100 г технического образца содержится х г Al2O3

отсюда

Al2O3

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...