Электрохимические методы исследования состава вещества

Рязанский государственный технологический  колледж 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по  дисциплине

«Технические измерения и их метрологическое обеспечение»

Тема  курсовой работы: «Электрохимические методы исследования состава вещества» 
 
 
 
 
 
 

                                                выполнила:

                                                студентка группы №158

                                                Харламова Анастасия   Игоревна 

                                                проверил:

                                                руководитель курсовой работы

                                                Чекурова Наталья  Владимировна 
 

Рязань 2011год

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ           2

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ        3

   1.1 Общая характеристика физико-химических методов анализа  3

   1.2 Характеристика электрохимических методов     4

1.3 Классификация электрохимических методов анализа    5

2 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ           15

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ                 21
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ               22

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

    Современные отрасли производства и социальной жизни людей ставят свои специфические  задачи перед физико-химическими  методами анализа по контролю качества продукции. Одними из основных физико-химических методов анализа являются электрохимические методы анализа.

    Этими методами можно быстро и достаточно точно определить многие показатели качества продукции. 

    Электрохимические методы анализа состава вещества широко используются в различных  отраслях промышленности. Они позволяют автоматизировать получение результатов о качестве продукции и исправлять нарушения, не останавливая производство. В пищевой промышленности этими методами определяют кислотно-щелочной баланс продукта, наличие вредных и токсичных веществ и другие показатели, влияющие не только на качество, но и на безопасность пищи.

    Оборудование, предназначенное для проведения электрохимических анализов, отличается относительной дешевизной, доступностью и простотой в использовании. Поэтому эти методы имеют широкое  применение не только в специализированных лабораториях, но и на многих производствах.

    В связи с этим целью данной курсовой работы является изучение электрохимических  методов исследования состава вещества.

    Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

    - рассмотреть электрохимические методы анализа их классификацию и значение в системе контроля качества продукции;

    -Изучить  метод потенциометрического титрования;

    - Определить кислотность варенья. 
 
 
 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общая характеристика физико-химических методов анализа

    Свойства  веществ и материалов, производимой и реализуемой продукции, изучаются  с использованием методов современной  аналитической химии, которые направлены на решение задач управления качеством  продукции.

    Основными рабочими средствами аналитической химии являются  физико-химические методы анализа. Они основываются на регистрации аналитических сигналов, появление которых зависит от физико-химических свойств вещества, его природы и содержания в анализируемом продукте.

    Современные отрасли производства и социальной жизни людей ставят свои специфические задачи перед физико-химическими методами анализа по контролю качества продукции. [2]

    В физико-химических методах количественного  анализа выделяют 3 группы:

          Рисунок 1 - Классификация физико-химических  методов количественного анализа

    1) Оптические методы основаны на  взаимодействии электромагнитного  излучения с веществом. К ним  относятся: поляриметрия, спектрометрия,  рефрактометрия, фотоколометрия и т.д.

    2) Электрохимические методы основаны  на исследовании процессов, протекающих  на поверхности электрода или  в приэлектродном пространстве.В  данную группу методов входят: кондуктометрия, вольтамперметрия, потенциометрия  и другие.

    3) Хроматографические методы основаны на распределении одного из нескольких веществ между двумя, как говорят, фазами (например, между твердым телом и газом, между двумя жидкостями и др.), причем одна из фаз постоянно перемещается, т. е. является подвижной. Выделяют газожидкостный, жидкостный и ионный методы оценки качества продуктов питания.

    Широкое применение в контроле качества продукции  получили хроматографические и электрохимические  методы анализа[2].

1.2 Характеристика электрохимических методов

           Электрохимические методы основаны на измерении электрических параметров электрохимических явлений, возникающих в исследуемом растворе. Электрохимические методы классифицируют в зависимости от типа явлений, замеряемых в процессе анализа. В общем случае различают две группы электрохимических методов (Рисунок 2):

    

    Рисунок 2 – классификация электрохимических  методов анализа, в зависимости  от типа явлений, замеряемых в процессе анализа

    Методы  без наложения постороннего потенциала, основанные на измерении разности потенциалов, который возникает в электрохимической ячейке, состоящей из электрода и сосуда с исследуемым раствором. Эту группу методов называют потенциометрическими. В потенциометрических методах используют зависимость равновесного потенциала электродов от концентрации ионов, участвующих в электрохимической реакции на электродах.

    Методы  с наложением постороннего потенциала, основанные на измерении:

    а) электрической проводимости растворов - кондуктометрия;

    б) количества электричества, прошедшего через раствор - кулонометрия;

    в) зависимости величины тока от приложенного потенциала - вольт-амперометрия;

    г) времени, необходимого для прохождения  электрохимической реакции - хроноэлектрохимические методы (хроновольтамперометрия, хронокондуктометрия). В методах этой группы на электроды электрохимической ячейки налагают посторонний потенциал.

    Основным  элементом приборов для электрохимического анализа является электрохимическая  ячейка. В методах без наложения  постороннего потенциала она представляет собой гальванический элемент, в котором вследствие протекания химических окислительно-восстановительных реакций возникает электрический ток. В ячейке типа гальванического элемента в контакте с анализируемым раствором находятся два электрода - индикаторный электрод, потенциал которого зависит от концентрации вещества, и электрод с постоянным потенциалом - электрод сравнения, относительно которого измеряют потенциал индикаторного электрода. Измерение разности потенциалов производят специальными приборами - потенциометрами.[2,7].

1.3 Классификация электрохимических методов анализа

    Для качественного и количественного  анализа химических веществ разработаны  различные электрохимические методы. В зависимости от процессов, лежащих в основе анализа, используемых приборов и измеряемых величин. Выделяют 5 основных видов электрохимического анализа они представлены на рисунке 3.

      

    Рисунок 3-основные электрохимические методы анализа

    Некоторые электрохимические методы подразделяются на два вида анализа: прямой и косвенный (Рисунок 4)

    

    Рисунок 4- виды электрохимического анализа

Кондуктометрический метод.

   Кондуктометрический метод – метод, основанный на измерении  электропроводности анализируемого раствора

    В кондуктометрическом методе выделяют два вида анализа прямой - кондуктометрию и косвенный - кондуктометрическое титрование(рисунок 4) 

    

    Рисунок 5 – Методы кондуктометрического анализа. 

    Кондуктометрия  основана на измерении электрической  проводимости раствора. Анализ проводят с помощью кондуктометров - приборов, измеряющих сопротивление растворов. По величине сопротивления R определяют обратную ему по величине электрическую проводимость растворов L.

    Прямая  кондуктометрия используется для определения  концентрации раствора по калибровочному графику. Для составления калибровочного графика замеряют электропроводимость серии растворов с известной концентрацией и строят калибровочный график зависимости электропроводимости от концентрации. Затем измеряют электропроводимость анализируемого раствора и по графику определяют его концентрацию.

    Чаще  применяют кондуктометрическое  титрование. При этом в ячейку с  электродами помещают анализируемый  раствор, ячейку помещают на магнитную  мешалку и титруют соответствующим  титрантом. Титрант добавляют равными порциями. После добавления каждой порции титранта замеряют электропроводимость раствора и строят график зависимости между электропроводимостью и объемом титранта. При добавлении титранта происходит изменение электропроводимости раствора, т.е. наступает перегиб кривой титрования. От подвижности ионов зависит электропроводимость раствора: чем выше подвижность ионов, тем больше электропроводимость раствора.

    Кондуктометрическое титрование обладает рядом преимуществ. Его можно проводить в мутных и окрашенных средах, в отсутствии химических индикаторов. Метод обладает повышенной чувствительностью и позволяет анализировать разбавленные растворы веществ (до моль/дм). Кондуктометрическим титрованием анализируют смеси веществ, т.к. различия в подвижности различных ионов существенны и их можно дифференцированно оттитровывать в присутствии друг друга.[3,7]

Потенциометрический метод анализа

Потенциометрический метод - это метод качественного  и количественного анализа, основанный на измерении потенциалов, возникающих между испытуемым раствором и погруженным в него электродом.

    Прямым  анализом здесь является потенциометрия, а косвенным - потенциометрическое  титрование.(рисунок 5)

    Рисунок 6 – Методы потенциометрического титрования  

    Потенциометрия  основана на измерении разности электрических  потенциалов, возникающих между  разнородными электродами, опущенными в раствор с определяемым веществом. Электрический потенциал возникает  на электродах при прохождении на них окислительно-восстановительной (электрохимической) реакции. Окислительно-восстановительные реакции протекают между окислителем и восстановителем с образованием окислительно-восстановительных пар, потенциал Е которых определяется по уравнению Нернста концентрациями компонентов пар.