Transcript Potentiometric titrations - preparation to experiment 1

‫רענון‬-‫תא אלקטרוכימי‬
:‫שני חצאי התא‬
1.
2.
Zn2+(aq) + 2e-  Zn(s) E0= 0.76 V
Cu2+(aq) + 2e-  Cu(s) E0= +0.34 V
:‫כיוון הזרם יקבע לפי הפוטנציאל החיובי יותר‬
1. Zn(s)  Zn2+(aq) + 2e- E0= +0.76 V
2. Cu2+(aq) + 2e-  Cu(s) E0= +0.34 V
Zn(s) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s) E0= +1.10 V
:‫צורת כתיבת התא‬
Zn / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu
:‫משוואת נרנסט‬
RT
Products
0.059 V
[ Zn 2 ]
Ecell  E 
log
 1.10 V 
log
nF
Reactants
2
[Cu 2 ]
0
‫טיטרציות פוטנציומטריות‬
‫•‬
‫מערכת למדידת פוטנציאל במעגל פתוח (כמעט לא זורם זרם) – אלקטרודת‬
‫אינדיקציה ואלקטרודת ייחוס‬
‫התגובה בטיטרציה‬
‫‪A1‬‬
‫‪a1 A1  b1B1  a2 A2  b2 B2‬‬
‫‪Burette‬‬
‫‪Voltmeter‬‬
‫‪E voltmeter  InE  RE‬‬
‫‪InE‬‬
‫‪RE‬‬
‫‪B2‬‬
‫‪A2‬‬
‫‪B1‬‬
‫•‬
‫•‬
‫‪b‬‬
‫‪2‬‬
‫‪0‬‬
‫‪.‬‬
‫‪059‬‬
‫‪V‬‬
‫‪B‬‬
‫‪ E 0  RE ‬‬
‫‪log 2 b1‬‬
‫‪n‬‬
‫‪B1‬‬
‫לפני הנקודה האקויולנטית!‬
‫הריאקציה מתרחשת בתמיסה‪ ,‬המדידה בשווי משקל (זו משמעותו של "תא‬
‫פתוח")‪ .‬מעבר אלקטרונים דרך האלקטרודות למעגל החיצוני – מד מתח‪.‬‬
‫על מנת למנוע מעבר זרם משמעותי יש להקפיד על התנגדות גבוהה של מד המתח‬
‫ושל האלקטרודות‪.‬‬
Oxidizing Agent
Li+
+
+
Na
+
+2
Mg
+
+3
Al
+
2H2O(l)
+
+2
Zn
+
+3
Cr
+
+2
Fe
+
+2
Cd
+
+2
Ni
+
+2
Sn
+
+2
Pb
+
+3
Fe
+
+
2H
+
+4
Sn
+
+2
Cu
+
Cu+2
+
I2(s)
+
+3
Fe
+
+
Ag
+
+2
Hg
+
ClO- + H2O +
NO3- + 4H+ +
Br2
+
+
O2 + 4H +
Cr2O7-2 + 14H++
Cl2
+
-2
MnO4 + 8H+ +
F2
+
ee-

2e- 
3e- 
2e2e- 
3e- 
2e2e- 
2e- 
2e- 
2e- 
3e- 
e- 
2e- 
e- 
2e- 
2e- 
e- 
e- 
2e- 
2e- 
3e- 
2e- 
4e- 
6e- 
2e- 
5e- 
2e- 
Reducing Agent
Li

Na
Mg
Al

H2(g) + 2OH Zn
Cr

Fe
Cd
Ni
Sn
Pb
Fe
H2
Sn+2
Cu+
Cu
2IFe+2
Ag
Hg
Cl- + 2OHNO + 2H2O
2Br2H2O
+3
2Cr + 7H2O
2ClMn+2 + 4H2O
2F-
Reduction Potential(v)
-3.04
-2.71
-2.38
-1.66
-0.83
-0.76
:‫תנאים סטנדרטיים‬
-0.74
1M ,1 atm ,T=25C
-0.41
-0.40
-0.23
-0.14
-0.13
-0.04
-0.00
+0.15
+0.16
+0.34
+0.54
+0.77
+0.80
+0.85
+0.90
+0.96
+1.07
+1.23
+1.33
+1.36
+1.49
+2.87
‫פוטנציאלי חיזור‬
‫אלקטרודת ייחוס‬
‫‪E°* = +0.222V‬‬
‫•‬
‫)‪• AgCl(s) + e- Ag(s) +Cl-(aq‬‬
‫על פי משוואת נרנסט‪:‬‬
‫]‪E = 0.222 – 0.059log [Cl-‬‬
‫שינוי ריכוז הכלורידים מזערי בתמיסה ולכן שומרת על פוטנציאל קבוע!‬
‫‪• “Calomel”: Hg2Cl2(s) +2e- 2Hg(l) + 2Cl- E° = +0.268V‬‬
‫•‬
‫מעבירה יונים בלבד בין התמיסה לבין חלל האלקטרודה המלא בתמיסה ומבודדת מעבר‬
‫אלקטרונים‬
‫אלקטרודת אינדיקציה‬
‫• אלקטרודת אינדיקציה‬
‫– מתכת למדידת צמדי חימצון‪-‬חיזור‪ ,‬אלקט' אינרטית (פלטינה‪,‬‬
‫זהב‪ ,‬פחם) פוטנציאל חיזור גבוה של המתכת‪/‬פחם ולכן אין‬
‫הפרעה לתגובה ולמתח הנמדד‬
‫– ממברנה סלקטיבית (זכוכית) )‪(R> 1012 Ohm‬מודדת הפרש‬
‫פוטנציאל דרך קרום זכוכית דק‪ ,‬המגיב לשינוי בריכוז‬
‫פרוטונים ומתאימה למדידת שינויי ‪ .pH‬המוליכות הנמדדת‬
‫מתבססת על חילוף קטיונים (פרוטונים) בין הזכוכית לבין‬
‫התמיסה משני צדי הממברנה‬
‫‪E = E°- 0.059log[H+] = E°+ 0.059pH‬‬
‫אלקטרודת זכוכית‬
Ag/AgCl(s),Cl-(aq),H+(aq)/glass/test soln.//Cl-(aq),AgCl(s)/Ag
‫דוגמא‬
: ‫• קביעת ריכוז ברזל ע"י טיטרציה עם דיכרומט‬
:‫חיזור המתרחש‬-‫תהליך החימצון‬
1. Ox:
Fe2+  Fe3+ + eE°= 0.771V
2. Red: Cr2O72- + 14H+ + 6e-  2Cr3+ + 7H2O E°=+1.232V
Cr2O72- + 14H+ + 6Fe2+  2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+ E°=1.232-0.771=0.461V
Experimental Setup
K2Cr2O7 ‫תמיסת‬
Multimeter
Burette
Ag (s)
Pt (s)
AgCl (s)
FeSO4+ HCl (aq)
2
1
Fe2+
K2Cr2O7 ‫הוספת תמיסת‬
1 Fe3+ + e-  Fe2+
AgCl + e-  Ag + ClFe3+ + Ag + Cl-  Fe2+ + AgCl
)‫ שהוספנו‬K2Cr2O7 ‫(נפח תמיסת‬
E°=0.771 V
E°*=0.222 V
E°*=0.549 V
2 Cr2O72- + 14H+ + 6e-  2Cr3+ + 7H2O E°=+1.232 V
AgCl + e-  Ag + ClE°*=+0.222 V
Cr2O72- + Ag + Cl-  Cr3+ + AgCl
E0*=1.010 V
‫•הטיטרציה מתבצעת ע"י טפטוף תמיסת הדיכרומט אל תוך תמיסת‬
‫הברזל הדו‪-‬ערכי כאשר בתמיסה זו טבולות אלקטרודת הייחוס –‬
‫‪ Ag/AgCl‬ואלקטרודת פלטינה המשמשת אלקטרודת אינדיקציה‬
‫ביחד עם תערובת שני חצאי התא הנ"ל‪.‬‬
‫•תאור הפוטנציאל בתחילת הריאקציה ע"י משוואת נרנסט לברזל‬
‫(ריכוז יוני הדיכרומט נמוך)‪:‬‬
‫‪0.0592V‬‬
‫] ‪[ Fe2‬‬
‫‪EE ‬‬
‫‪ log‬‬
‫‪1‬‬
‫] ‪[ Fe3‬‬
‫*‪0‬‬
‫•סביב הנק' האקויולנטית – מניפולציות בין שתי המשוואות ושימוש‬
‫ביחסים סטויכיומטרים לקבלת ריכוז יוני כרום ומימן‬
‫•אחרי נק' אקויולנטית תאור ע"י משוואת נרנסט ליוני הכרום‪.‬‬
‫‪3 2‬‬
‫‪0‬‬
‫‪.‬‬
‫‪0592‬‬
‫‪V‬‬
‫[‬
‫‪Cr‬‬
‫]‬
‫‪E  E 0* ‬‬
‫‪ log‬‬
‫‪6‬‬
‫‪[Cr2O72 ][H  ]14‬‬
‫בנקודה האקויולנטית‪:‬‬
‫] ‪0.0592 [ Fe2‬‬
‫‪Eeq  0.549V ‬‬
‫‪log‬‬
‫‪1‬‬
‫] ‪[ Fe3‬‬
‫‪0.0592‬‬
‫‪[Cr 3 ] 2‬‬
‫‪E eq  1.007V ‬‬
‫‪log‬‬
‫‪6‬‬
‫‪[Cr2 O7 2 ][H  ]14‬‬
‫שני חצאי התא‬
‫בשיווי משקל עם‬
‫אלקטרודת הייחוס‬
‫ולכן לשניהם אותו‬
‫מתח‬
‫נכפול ב ‪ 6‬את המשוואה התחתונה ונחבר את שתיהן‪:‬‬
‫‪[ Fe2 ][Cr 3 ]2‬‬
‫‪7 Eeq  6.59V  0.0592V log 3‬‬
‫‪[ Fe ][Cr2O72 ][H  ]14‬‬
‫בנקודה האקויולנטית‪ ,‬עקב קיום תגובה מושלמת מתקיימים היחסים‪:‬‬
‫‪Cr2O72- + 14H+ + 6Fe2+  2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+‬‬
‫] ‪[ Fe 2 ]  6[Cr2 O72‬‬
‫] ‪[ Fe  3 ]  3[Cr  3‬‬
‫ולאחר הצבת היחסים‪:‬‬
‫] ‪0.0592 2[Cr 3‬‬
‫‪Eeq  .942V ‬‬
‫‪log  14‬‬
‫‪7‬‬
‫] ‪[H‬‬