Потенциометрическое титрование фильтратов отбелки хвойной целлюлозы

Федеральное агентство по образованию

Сыктывкарский лесной институт-филиал

государственного  образовательного учреждения

высшего профессионального образования  «Санкт-Петербургская

государственная лесотехническая академия имени  С.М. Кирова» 
 

Кафедра химии 

Курсовая  работа 
 

По  дисциплине:   Аналитическая химия и ФХМА

На  тему: Потенциометрическое титрование фильтратов отбелки хвойной целлюлозы

        

Исполнитель: Панова Анна Владимировна

                       студентка 2 курса, 327 гр. ТФ,

специальности ООС и РИПР

Руководитель:   Гляд Валентина Макаровна

старший преподаватель

Работа защищена «____»_____________________ 2010г.

Оценка____________________ 
 

Сыктывкар 2010

     Оглавление

Введение

Глава 1 Потенциометрия

1.1 Прямая  потенциометрия

1.2 Потенциометрическое  титрование

1.2.1 Способы определения точки эквивалентности  в потенциометрическом титровании

1.2.2 Виды потенциометрического титрования

Глава 2 Классификация электродов для потенциометрии

Глава 3 Потенциометрическое кислотно-основное титрование фильтратов отбелки хвойной  целлюлозы (экспериментальная часть)

3.1. Объекты  исследования

3.2. Отбелка целлюлозы

3.3. Реактивы и оборудование

3.4. Методика потенциометрического титрования

3.5. Результаты исследования

Заключение

Библиографический список 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

         Задача подбора и определения расхода отбеливающих реагентов  для различных стадий отбелки является актуальной в связи с постепенным переходом к схемам отбелки целлюлозы без использования  хлорсодержащих реагентов (ТСF-отбелке).

         Одним из путей решения может быть определение остаточного количества отбеливающих реагентов в фильтратах отбелки. Фильтраты отбелки целлюлозы характеризуются сложным многокомпонентным составом, который варьируется в зависимости от вида используемой целлюлозы и технологии отбелки.

          Широкие возможности анализа многокомпонентных смесей без предварительного разделения открывает потенциометрическое титрование. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение (скачок) потенциала индикаторного электрода. В качестве индикаторного электрода применяют стеклянные электроды, электродом сравнения служит хлоридсеребрянный электрод.

                   Целью курсовой работы является  определение остаточной концентрации серной кислоты в фильтратах отбелки хвойной сульфатной целлюлозы методом потенциометрического титрования.

     В задачи работы входило:

     - проведение отбелки сульфатной целлюлозы после варки производства ОАО «Монди СЛПК» пероксидом водорода в кислой среде в лабораторных условиях;

     - потенциометрическое титрование  исходного отбеливающего раствора  и фильтрата отбелки раствором  щелочи;

     - построение кривых титрования, нахождение  точек эквивалентности;

     - расчет концентрации кислоты;

     - определение степени использования  кислоты при отбелке.

  

ГЛАВА  1. Потенциометрия 

     Потенциометрия  основана на измерении электродного потенциала и нахождении зависимости  между его величиной и концентрацией       (активностью) потенциалопределяющего компонента в растворе.

     Возникновение электродного потенциала связано с  электрохимическим

процессом, заключающимся в переносе заряженной частицы           (электрона, иона) через границу двух соприкасающихся электропроводящих  фаз: металл или полупроводник ―  раствор.

      Для измерений необходимо составить  гальванический элемент, состоящий  из подходящего индикаторного электрода  и электрода сравнения, а также  иметь прибор для измерения потенциала индикаторного электрода в условиях, близких к термодинамическим, т.е. без отвода заметного тока от гальванического элемента при замыкании цепи.

      В потенциометрическом методе анализа  различают прямую потенциометрию и  потенциометрическое титрование. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.1.Прямая потенциометрия 

  Предполагает измерение электродного потенциала (ЭДС гальванического элемента), по которой можно определить концентрацию потенциалопределяющего иона в растворе.   Предварительно, пользуясь растворами с известной концентрацией, калибруют (настраивают) электрод, т.е. опытным путем определяют зависимость его потенциала от концентрации потенциалопределяющего иона.

Прямая  потенциометрия широко применяется  для определения концентрации водородных ионов или рН растворов.

  К  преимуществам прямой потенциометрии  относится то, что при определении  концентрация анализируемого раствора  не изменяется, имеется возможность  работать с малыми объемами  разбавленных растворов, определения  легко поддаются автоматизации,  что  используется в агрохимической  службе, при контроле технологических  процессов и изучении биологических  систем. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2. Потенциометрическое титрование

 Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности по результатам потенциометрических измерений. Вблизи точки эквивалентности происходит резкий скачок потенциала индикаторного электрода. Это наблюдается, лишь тогда, когда хотя бы один из участников реакции титрования является участником электродного процесса. Потенциометрическое титрование должно протекать строго стехиометрически, иметь высокую скорость и идти до конца.

  Метод универсальный, его можно применять для индикации конца титрования во всех типах титрования: кислотно-основном, окислительно-восстановительном, комплексонометрическом, осадительном,  при титровании в неводных средах.  В качестве индикаторных используют стеклянный, ртутный, ионселективные, платиновый, серебряный электроды, а в качестве электродов сравнения чаще всего применяют каломельный или хлорсеребряный.

  Метод  обладает высокой точностью, большой  чувствительностью: позволяет проводить  титрование в мутных, окрашенных, неводных средах.  
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2.1. Способы определения точки эквивалентности

в потенциометрическом  титровании.

     1. Обычная кривая  титрования: Для определения ТЭ используют различные инструментальные, графические и расчетные методы.  

  Как  видно, в точке эквивалентности  происходит резкий скачок ЭДС,  вызванный резким изменением  потенциала индикаторного электрода.  В этом случаи нет точного  нахождения точки  эквивалентности. 

2. Для нахождения  точки эквивалентности  часто строят дифференциальную кривую:

На точку  эквивалентности указывает максимум полученной кривой, а отсчет по оси  абсцисс, соответствующий этому  максимуму, дает объем титранта, израсходанного на титрование до точки эквивалентности. Определение точки эквивалентности по дифференциальной кривой значительно точнее, чем по простой зависимости Е – V.  

3. Интегральная кривая  титрования: 
 
 
 
 
 
 
 

4. Метод Грана:

 

В простом  и удобном методе Грана точка  эквивалентности определяется по графику  в координатах (ΔV/ΔE) – V. Перед точкой эквивалентности и после нее кривая Грана линейна, а сама точка эквивалентности находится как точка пересечения этих прямых. Достоинства и удобства метода Грана особенно заметны при анализе разбавленных растворов, позволяя определить точку эквивалентности с достаточной точностью вследствие линейности графика. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2.2. Виды потенциометрического титрования 

1. Кислотно-основное  титрование. В кислотно-основном титровании в качестве индикаторного обычно используют стеклянный электрод. Потенциометрический метод позволяет провести количественное определение компонентов в смеси кислот, если константы диссоциации различаются не менее чем на три порядка. Например, при титровании смеси, содержащей хлороводородную и уксусную кислоты, на кривой титрования обнаруживается два скачка. Первый свидетельствует об окончании титрования НСl, второй скачок наблюдается при оттитровывании  уксусной кислоты. Также несколько скачков имеют кривые титрования многоосновных кислот, константы диссоциации которых существенно различаются (хромовая, фосфорная и др.).  

2. Комплексонометрическое титрование. Потенциометрическое титрование катионов комплексоном ΙΙΙ (ЭДТА) можно проводить с использованием в качестве индикаторного электрода соответствующего металла: титрование солей меди с медным электродом, солей цинка – с цинковым и т.д. или проходящего ионоселективного электрода. Однако многие металлические индикаторные электроды необратимы, а число ионоселективных электродов невелико.

 Для  комплексонометрических титрований может быть использован универсальный электрод

                                                       Hg   Hg Y^2- или Au (Hg)    Hg Y^2-   (1)

где  Au (Hg) – амальгамированное золото, Hg Y^2- - комплекс ртути с анионом этилендиаминтетрауксусной кислоты. 

                               Е _{Hg2+  Hg} = const + 0.029 lg  [Ca²⁺]       (2)

Уравнение (2) показывает, что потенциал  ртутного электрода Hg    Hg Y^2-  чувствителен к ионам Ca²⁺ . В области точки эквивалентности, очевидно, произойдет резкое изменение потенциала и будет наблюдаться скачок титрования. С помощью ртутного электрода этого типа  могут быть оттитрованы любые ионы, которые образуют с Y^4- комплексы с константой устойчивости. Например, ионы Mg²⁺, Ca²⁺ , Co²⁺ , Ni²⁺ , Cu²⁺ , Zn²⁺ . 

3. Титрование по  методу осаждения. Индикаторными электродами в методах потенциометриче6ского титрования, использующих реакции осаждения служат металлические или мембранные электроды, чувствительные к определяемому иону или иону-осадителю. Практически по методу осаждения могут быть определены катионы серебра, ртути, цинка, свинца, анионы хлора, брома, йода и некоторые другие. Смесь галогенидов, например I^- и Cl^- , может быть оттитрована без разделения нитратом серебра. Серебряный электрод позволяет фиксировать два скачка в ходе такого титрования. Первый скачок свидетельствует об оттитровывании йодид-иона и может быть использован для расчета содержания этого иона, второй скачок относится к окончанию осаждения хлорид-иона. По второму скачку можно рассчитать суммарное содержание галогенидов или концентрацию хлорид-иона, если концентрация йодид-иона будет известна из данных по титрованию до первого скачка. 

4. Окислительно-восстановительное  титрование.  Кривые окислительно-восстановительного титрования могут быть построены в координатах или pM – V (титранта) или Е – V (титранта), если рМ =  - lg [М] ([М] - концентрация участника реакции, Е – потенциал системы, V (титранта) – объем титранта. Кривые титрования первого типа представляют практический интерес, когда имеется индикаторный электрод, чувствительный к М. Кривые второго типа имеют более общее значение, так как любое окислительно-восстановительное титрование может быть проведено по измерению Е с использованием индикаторного электрода из благородного металла, чаще всего платины.