Тема: Электродные потенциалы. Окислительно-восстановительные потенциалы. Потенциометрия в медицинской практике.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ХИМИИ

Тема №6: Электродные потенциалы. Окислительно-восстановительные потенциалы. Потенциометрия в медицинской практике.

Количество часов: 3

Курс: 1

Специальность: Общая медицина

Составители:

к.б.н., доц. Байканова Р.К.

к.х.н., доц. Сапиева А.О.

Астана, 2012 г.

Тема: Электродные потенциалы. Окислительно-восстановительные потенциалы. Потенциометрия в медицинской практике.

Цель: Сформировать знания о механизме возникновения равновесного потенциала на границе металл - раствор и его зависимости от температуры и концентрации электролита, методике измерения электродных потенциалов, механизме возникновения окислительно­-восстановительных потенциалов, принципах действия электродов сравнения и электродов определения, методике определения электродных потенциалов гальванических цепей и принципе расчета рН по данным ЭДС и потенциалов электродов сравнения и определения. Применять знания при прогнозировании направления протекания окислительно-восстановительных реакций, составлении гальванических цепей для определения равновесных электродных потенциалов и окислительно-восстановительных потенциалов, осуществлении потенциометрического титрования.

Задачи обучения: студент должен знать принцип действия электродов сравнения и электродов определения, методику определения электродных потенциалов гальванических цепей и принцип расчета рН по данным ЭДС и потенциалов электродов сравнения и определения, фиксирование точки эквивалентности при потенциометрическом титровании; должен уметь составлять гальванические цепи для определения равновесных электродных потенциалов и окислительно-восстановительных потенциалов, определять концентрацию ионов Н⁺ (рН) водного раствора.

Основные вопросы темы:

1. Электродные потенциалы. Механизм их возникновения. Уравнение Нернста.

2. Стандартный электродный потенциал. Измерение электродных потенциалов. Ряд напряжений металлов.

3. Окислительно-восстановительные реакции. Окислительно-восстановительные электродные потенциалы. Уравнение Петерса. Стандартный окислительно-­восстановительный потенциал. Прогнозирование направления окислительно-­восстановительных процессов.

4. Роль окислительно-восстановительных реакций в жизненных процессах. Биологическое значение окислительно-восстановительных электродных потенциалов. Диффузные и мембранные потенциалы и их роль в генезе биоэлектрических потенциалов

5. Обратимые электроды первого и второго рода.

6. Электроды сравнения. Стандартный водородный электрод. Хлорсеребряный электрод.

7. Электроды определения. Ионоселективные электроды на основе твердых мембран. Их использование для измерения концентрации ионов водорода, калия, натрия, кальция в биологических жидкостях. Стеклянный электрод.

8. Редокс-электроды.

9. Потенциометрический метод определения рН.

10. Потенциометрическое титрование. Применение потенциометрии в медико-биологических исследованиях.

Методы обучения и преподавания: практическое занятие (решение задач).

Лабораторная работа

1. Определение рН при помощи стеклянного электрода и pH-метра. Приборы, оборvдование, реактивы на 1 рабочее место.

Ионометр ЭВ- 74 -1, электрод стеклянный - 1, электрод хлор серебряный - 1, подставка с цержателем электродов и столиком для установки стаканчика с исследуемым раствором, химический стакан вместимостью 50 см3 - 1, стандартный буферный раствор, исследуемый раствор.

2. Потенциометрическое титрование сильной кислоты. Определение общей кислотности желудочного сока

Приборы, оборудование на 1 рабочее место

Ионометр ЭВ- 74 -1, электрод стеклянный - 1, электрод хлор серебряный - 1, подставка с держателем электродов и столиком для установки стаканчика с исследуемым раствором-1, химический стакан вместимостью 50 см³ - 1, бюретка вместимостью 25 см³

Реактивы.0,1 м раствор NaOH, раствор HCl неизвестной концентрации.

Работа с преподавателем

1. Рассчитайте кривую зависимости потенциала водородного электрода при титровании 0,1 н раствором уксусной кислоты (К= 1,75 * 10 ^-5) 0,1 н раствором NaOH.

2. В растворе органической кислоты при t = 25^ос для электродной системы хингидронный электрод - насыщенный каломельный электрод в процессе титрования едким натром получены следующие данные:ЭДС до титрования 0,287 (в), при нейтрализации 50 % кислоты 0,177 (в), при нейтрализации 99 % кислоты 0,052 (в), в точке эквивалентности ­0,0795 (в). Определить среднее значение константы диссоциации кислоты, если её концентрация равна 0,01 н.

3. Согласно литературным данным кратко изложите теоретические основы ионоселективных электродов

Решение задач

Задача 1. ЭДС хингидронно-каломельного элемента при 25⁰С равна 0,094в. Хингидронный электрод опущен в фосфатную буферную смесь. Определить рН раствора.

Задача 2. Элемент состоит из 2 водородных электродов, один из которых опущен в раствор с рН 3, а второй – в раствор с рН 1. рассчитать ЭДС при 25⁰С.

Задача 3. Сколько электронов участвует в окислительно-восстановительной реакции, если Е_о/в = 0,169 в, Е⁰о_/В= 0,110 в и в системе окисленной формы в 10 раз больше, чем восстановленной?

Задача 4. как изменится потенциал цинкового электрода, если раствор ZnSO₄ разбавить в 10 раз? Е⁰_Zn = -0,76 в.

Задача 5. Потенциал окислительно-восстановительного электрода в системе FeCl₃/FeCl₂ равен 0,888 в; Е⁰ _{FeCl3/ FeCl2} = 0,77 в. Рассчитать соотношение концентраций окисленной и восстановленной форм при 25⁰.

Литература:

1. Конспект лекций.

2. М.И.Равич-Щербо, «Физическая и коллоидная химия», М., 1975, стр. 59-75.

3. х.М.Рубина, «Практикум по физической и коллоидной химии», М., 1972 г., стр. 48-67.

4. Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов. Высшая школа, 2009 г.

5. Н.Л. Глинка Общая химия. М., 2003., 106-115.

Контроль:

1. Рассчитайте кривую зависимости потенциала водородного электрода при титровании 0,1 н раствором уксусной кислоты (К= 1,75 * 10 ^-5) 0,1 н раствором NaOH.

2. В растворе органической кислоты при t = 25^ос для электродной системы хингидронный электрод - насыщенный каломельный электрод в процессе титрования едким натром получены следующие данные:ЭДС до титрования 0,287 (в), при нейтрализации 50 % кислоты 0,177 (в), при нейтрализации 99 % кислоты 0,052 (в), в точке эквивалентности ­0,0795 (в). Определить среднее значение константы диссоциации кислоты, если её концентрация равна 0,01 н.

3. Согласно литературным данным кратко изложите теоретические основы ионоселективных электродов

4. Элемент состоит из водородного электрода, опущенного в кровь, и каломельного с насыщенным раствором хлорида калия. Рассчитайте рН крови при 25 градусах, если ЭДС элемента равна 0,638В.

5. Элемент состоит из каломельного электрода с насыщенным раствором хлорида калия и хингидронного, опущенного в раствор с неизвестной концентрацией ионов водорода. Рассчитайте рН и [H⁺], если ЭДС элемента при 18 градусах составляет 0,36В.