3. Електрометричне визначення рН розчину за допомогою хінгідронного електроду та рН-метру

Мета роботи: уміти визначати рН розчинів за значеннями е.р.с. гальванічних елементів, складених з хінгідронного електрода з досліджуваним розчином та хлоросрібного електрода.

Хінгідронний електрод Pt/C₆H₄O₂, C₆H₄(OH)₂, H⁺ складається з платинової пластинки, яка занурена в насичений розчин хінгідрону. Останній являє собою комплексну сполуку, яка утворена з хінону C₆H₄O₂ (Х) та його відновленої форми C₆H₄(OH)₂ (Н₂Х) гідрохінону. При дисоціації хінгідрону Н₂Х^.Х  Н₂Х + Х утворюється еквімолекулярна суміш хінону та гідрохінону. Хінгідрон важко розчиняється у воді та кислих розчинах, тому легко утворюється насичений розчин. На хінгідронному електроді перебігає реакція

C₆H₄O₂ + 2H⁺ + 2e  C₆H₄(OH)₂,

якій відповідає вираз для потенціалу

_{Х,Н2Х, Н}+ = ⁰_{Х,Н2Х, Н}+ + 2,3RT/2F lg(a_x^.a²_H+/a_Н2Х).

Через те що дисоціація гідрохінону незначна, то a_x = a _Н2Х і рівняння спрощується:

_{Х,Н2Х, Н}+ = ⁰_{Х,Н2Х, Н}+ + 2,3RT/F lg (a_H+) = _{Х,Н2Х, Н}+ = ⁰_{Х,Н2Х, Н}+ - 2,3RT/F(pH)

(з урахуванням рН = - lg a_H+).

У кислому середовищі реакція відновлення хінону зміщується вправо і _Х,Н2Х,Н+ має знак "+". У лужному середовищі вищеназвана реакція відбувається в зворотному напрямку і _{Х,Н2Х, Н}+<0. При рН > 8 хінгідронний електрод використовувати неможливо через наявність побічної реакції

C₆H₄(OH)₂ + 2ОН^-  C₆H₄O₂^- + 2Н₂О,

яка порушує еквімолекулярність між Н₂Х та Х.

3.1. Електрометричне визначення рН розчинів рН-метром

Визначення рН у ширшому діапазоні значень можна провести, використовуючи рН-метр. Передня панель рН-метра зображена на рис. 11. Принциповою основою роботи рН-метра є гальванічний елемент, до складу якого входить скляний електрод (рис. 12):

настрою- діапазон крутість

вання за вимірювань

буфером

види робіт температура

розчину

Рис. 11. Загальний вигляд

Панелі рН-метра

скляний електроддосліджуваний розчинKCl_насAgCl,Ag.

Е.р.с. цього елемента залежить від рН і температури.

Щоб підготувати рН-метр до роботи та виміряти рН розчинів треба:

1. Включити прилад у мережу з напругою 220 В, а потім тумблер 1 на панелі приладу.

2. Трохи підняти стакан та здвинути столик убік, опустити стакан, вилити з нього розчин, промити електроди над стаканом з промивальної посудини дистильованою водою, потім вимити стакан.

Рис. 12. Схема скляного

Електрода

3. Залити в стакан буферний розчин з відомим значенням рН, занурити в нього електроди та підвести столик.

4. Виставити на панелі приладу необхідне значення температури.

5. Перевести ручку "Види робіт" в положення "рН", "Діапазон вимірювань"- у ліве крайне положення. З нижньої шкали приладу визначити приблизне значення рН, потім підібрати необхідний діапазон і поставити на нього перемикач "Діапазон вимірювань". Наприклад, приблизне значення рН = 67. Це значення лежить у діапазоні "610". Поставимо ручку в це положення і будемо користуватися верхньою шкалою на чотири одиниці рН. Щоб одержати точне значення рН, необхідно показання верхньої шкали додати до початкового значення діапазону. Наприклад, стрілка на верхній шкалі показує 0,68. Тоді рН= 6+ 0,68 = 6,68. Якщо показання приладу відповідають значенню буферного розчину, то рН-метр настроєний і можна преходити до вимірювань рН досліджуваних розчинів. Якщо ж ці значення відрізняються, то прилад необхідно настроїти (тільки у присутності лаборанта чи викладача) повертанням ручок "Настроювання за буфером" і "Крутість", попередньо знявши з них кришки та послабивши цангові зажими.

6. Вилити буферний розчин назад у колбу, вимити стакан і залити в нього досліджуваний розчин. Записати точне значення рН. Операцію повторити з усіма розчинами, рН яких визначали за допомогою хінгідронного електрода.