Методы контроля и анализа веществ : потенциометрический метод аналитического контроля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2244 

Кафедра сертификации и аналитического контроля

И.В. Муравьева 
 
 

Методы контроля 
и анализа веществ 

Потенциометрический метод  
аналитического контроля 

Лабораторный практикум 

Допущено учебно-методическим объединением  
по образованию в области металлургии в качестве  
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению Металлургия 

Москва  2013 

УДК 620.18 (075.8) 
 
М91 

Р е ц е н з е н т  
канд. физ.-мат. наук, доц. Е.А. Новикова 

Муравьева, И.В. 
М91  
Методы контроля и анализа веществ : потенциометрический 
метод аналитического контроля : лаб. практикум / И.В. Муравьева. – 
М. : Изд. Дом МИСиС, 2013. – 44 с. 
 

В лабораторном практикуме изложены основные понятия и методики 
проведения практических работ по потенциометрическим методам анализа. 
Каждой 
работе 
предшествует 
теоретическое 
 
введение. 
Приведены 
последовательность выполнения работ, перечень контрольных вопросов для 
закрепления полученных теоретических и практических знаний. Лабораторный 
практикум является дополнением к учебному пособию: Муравьева, И.В. Методы 
контроля и анализа веществ : потенциометрический метод контроля и анализа 
веществ : учеб. пособие / И.В. Муравьева, О.Л. Скорская. – М. : Изд. Дом 
МИСиС, 2012. – 45 с. 
Лабораторный практикум предназначен для выполнения работ по методам 
аналитического контроля (потенциометрический метод анализа) для бакалавров, 
обучающихся по направлениям: «Металлургия», «Стандартизация и метрология», 
«Управление 
качеством», 
«Технологические 
машины 
и 
оборудование», 
«Технология художественной обработки металлов», «Техносферная безопасность». 

 

 
© И.В. Муравьева, 2013 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие 
4 
1 Методические указания к выполнению лабораторных работ 
5 
1.1 Правила техники безопасности и охраны труда  
в химико-аналитической лаборатории 
5 
1.2 Оформление отчета по выполнению 
7 
лабораторных работ 
7 
2 Сущность потенциометрических    методов анализа 
8 
Лабораторная работа 1. Определение рН растворов 
13 
Лабораторная работа 2. Ионометрическое определение  
фторид-ионов в растворах 
20 
Лабораторная работа 3. Ионометрическое определение  
хлорид-ионов в растворах 
25 
Лабораторная работа 4. Ионометрическое определение  
нитрат-ионов в растворах 
29 
Лабораторная работа 5. Определение ванадия в растворе  
ванадата аммония методом потенциометрического титрования 33 
Лабораторная работа 6. Определение хрома в растворе  
бихромата калия методом потенциометрического титрования 
37 
Список использованных источников 
41 
Глоссарий 
42 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Потенциометрические методы относятся к физико-химическим,

электрохимическим методам анализа. Потенциометрические методы 
анализа веществ и материалов используют при аналитическом 
контроле металлопродукции, а также при аналитическом контроле 
различных отраслей промышленности. Применение в потенциометрии 
ионоселективных 
электродов 
(ИСЭ) 
расширяет 
возможности 
потенциометрического метода анализа. Характерными особенностями 
применения ИСЭ
в потенциометрии являются избирательность, 
быстрота определения ионов, что позволяет использовать их более 
активно, особенно при анализе объектов окружающей среды.  
Цель лабораторного практикума – освоение потенциометрических 
методов инструментального анализа, приобретение студентами навыков 
последовательного и тщательного выполнения операций аналитического 
контроля. 
Лабораторный 
практикум 
предполагает 
обязательную 
предварительную самостоятельную работу каждого студента по 
подготовке к выполнению лабораторных работ: составление конспекта, 
изучение и освоение теоретического материала.  Приступая к 
выполнению 
лабораторных 
работ, 
студент, 
помимо 
знания 
соответствующих теоретических основ, должен иметь представление о 
принципе работы используемых приборов и уметь применять 
статистические методы обработки данных и оценки погрешностей. 
Лабораторные работы студенты выполняют индивидуально на 
кафедре сертификации и аналитического контроля с учетом 
методических указаний к выполнению лабораторного практикума 
(раздел 1). Продолжительность лабораторной работы – два часа, по 
окончании работы студенты представляют преподавателю отчет.  

1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ  К ВЫПОЛНЕНИЮ         
   ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 

1.1 Правила техники безопасности и охраны труда  
      в химико-аналитической лаборатории 

При работе в химико-аналитической лаборатории студент 
использует химические реактивы (кислоты, щелочи, растворы солей 
и др.), многие из которых могут привести к ожогам различной 
степени, отравлениям и другим несчастным случаям. 
Во избежание несчастных случаев при работе с химическими 
веществами студент должен знать свойства применяемых при 
выполнении работ реактивов и продуктов их взаимодействия с другими 
соединениями: ядовитость, воспламеняемость, взрывоопасность. 
Помимо работы с химическими веществами в лаборатории 
физико-химических 
методов 
анализа 
студент 
имеет 
дело 
с 
электрическими приборами, питание которых осуществляют от сети 
переменного 
тока 
(220 
В), 
поэтому 
он 
обязан 
выполнять 
общеизвестные правила электробезопасности. 
Для 
исключения 
несчастных 
случаев 
при 
работе 
на 
аналитических приборах необходимо изучить инструкции по их 
эксплуатации  и проведению измерений. 
Перед началом работы студент обязательно должен подробно 
ознакомиться с инструкцией по технике безопасности и расписаться 
в специальном контрольном листе.  
Студент должен строго соблюдать следующие указания. 
1 Запрещается находиться в лаборатории в верхней одежде 
(пальто, плащи), а также класть одежду и другие предметы 
(портфели, сумки) на лабораторное оборудование, столы и др. 
Обязательно до начала работы следует надеть халат, имеющийся в 
лаборатории. 
2 Во время работы в лаборатории запрещается: 
- пить воду из лабораторной посуды; 
- класть на лабораторные столы пищевые продукты и тем более 
употреблять их; 
- испытывать реактивы на вкус и запах. 
3 Без разрешения дежурного лаборанта запрещается включать 
или выключать электроприборы. 

4 Химическая посуда, используемая в работе, должна быть 
предварительно чисто вымыта. Для мытья посуды используют воду 
(в том числе горячую), а в ряде случаев разбавленные технические 
кислоты, растворы едкой щелочи или карбоната натрия. Сильно 
загрязненную посуду моют «хромовой смесью» (насыщенный 
раствор бихромата калия в концентрированной серной кислоте). 
 Категорически запрещается всасывать ртом указанные 
растворы при мытье пипеток и бюреток. Для этой цели применяют 
резиновые груши и другие приспособления. При пользовании 
кислотами, щелочами и особенно хромовой смесью необходимо 
остерегаться попадания их на кожу лица, рук и одежду во избежание 
ожога.   
6 Разлитые или рассыпанные на лабораторных столах 
реактивы, особенно концентрированные кислоты и щелочи, должны 
быть тут же удалены, а соответствующее место тщательно вымыто 
водой. При необходимости залитое кислотой место должно быть 
предварительно 
нейтрализовано 
раствором 
карбоната 
или 
гидрокарбоната натрия.  
Кислота, попавшая на кожу рук, лица, а также на одежду, 
должна быть тут же нейтрализована сухим гидрокарбонатом натрия, 
или его раствором, или разбавленным водным раствором аммиака, а 
затем смыта водой. 
7 Все аналитические операции, связанные с растворением 
анализируемых материалов в кислотах, с выпариванием растворов 
аммиака, сопровождающиеся выделением вредных паров и газов 
(соляной, серной, фтористоводородной, азотной кислот, оксидов 
азота, диоксида серы, мышьяковистого водорода и др.) должны 
проводиться в вытяжном шкафу. 
8 При разбавлении концентрированной серной кислоты водой 
необходимо кислоту приливать небольшими порциями в холодную 
воду (но не наоборот!), размешивая стеклянной палочкой. 
9 Нейтрализацию концентрированных кислот следует проводить, 
предварительно разбавив их дистиллированной водой, разбавленными 
растворами едких щелочей, аммиака и других оснований. 
10 Перед нагреванием различных фильтратов (центрифугатов) 
их необходимо тщательно перемешать стеклянной палочкой и лишь 
после этого ставить на нагревательный прибор. 
11 Перед смешиванием двух (и более) кипящих растворов или 
перед добавлением к ним сухих реактивов необходимо снять 
растворы с нагревательных приборов и хорошо их перемешать. 

12 При нагревании воды и других жидкостей в промывалках 
необходимо предварительно извлечь их них пробку со стеклянными 
трубками. 
13 При наблюдении процесса растворения анализируемых 
веществ в тиглях, колбах, стаканах, содержащих кислоты и щелочи, 
особенно горячие, категорически запрещается держать эти 
сосуды непосредственно перед глазами, а только на некотором 
безопасном расстоянии от них. 
14 При переносе тигля с горячей жидкостью используют 
тигельные щипцы, которые следует держать в максимальном 
удалении от себя и людей. 
15 Особую осторожность следует соблюдать при проведении 
операции сплавления исследуемого объекта с плавнями. Запрещается 
склоняться над тиглем в процессе сплавления (возможен выброс 
расплава) и подносить его близко к глазам. 

1.2 Оформление отчета по выполнению 
лабораторных работ 

В лаборатории физико-химического анализа кафедры сертификации 
и аналитического контроля студенты выполняют определение элементов в 
растворах их соединений. Все результаты измерений, полученные как при 
построении 
градуировочных 
графиков, 
так 
и 
при 
выполнении 
контрольных 
задач, 
студенты 
заносят 
в 
лабораторный 
журнал. 
Лабораторный журнал следует вести аккуратно и грамотно. В отчете 
следует предусмотреть следующие разделы: 
а) сущность изучаемого метода анализа; 
б) методика (ход) выполнения определения; 
в) построение градуировочного графика (если это входит в 
задачу лабораторной работы); 
г) результаты измерений и их обработку; 
д) расчет содержания определяемого компонента в растворах 
анализируемых проб. 
По окончании работы преподаватель проверяет полученные 
студентом результаты, правильность ведения записей. Студент 
должен ответить на вопросы преподавателя теоретического и 
практического характера, связанные с выполненной работой.  

2 СУЩНОСТЬ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ 
   МЕТОДОВ АНАЛИЗА 

Потенциометрический метод анализа (потенциометрия) 
относится к физико-химическим электрохимическим методам, 
широко используемым при аналитическом контроле материалов 
металлургического производства и объектов окружающей среды. 
Метод основан на изучении зависимости электродного потенциала 
раствора 
(аналитического 
сигнала) 
от 
его 
состава, 
которая 
описывается формулой Нернста: 

 
0
0,058
[Ox]
lg
,
[Red]
E
E
n
=
+
 
(1) 

где  Е   – потенциал электрода, В; 
E0 – стандартный потенциал редокс-пары, В; 
n   – число электронов, принимающих участие в 
электродной реакции; 
[Ox], [Red] – равновесные концентрации окисленной и 
восстановленной форм редокс-пары соответственно. 

Потенциометрический метод анализа позволяет определять 
концентрацию ионов независимо от того, находятся ли они в 
свободном виде или входят в состав соответствующих соединений.  

В 
ионометрии 
(прямой 
потенциометрии) 
находят 
функциональную 
зависимость 
потенциала 
от 
концентрации 
определяемого 
компонента 
(1) 
и 
для 
этого 
применяют 
ионоселективные электроды, строго обратимые по отношению к 
определяемым 
ионам 
(индикаторные 
электроды). 
Вторым 
электродом (электродом сравнения) должен быть электрод с 
известным значением потенциала, например каломельный. При этом 
измеренные значения потенциала (Е) должны соответствовать только 
разности 
потенциалов 
между 
индикаторным 
электродом 
и 
электродом сравнения. 
При работе с ионоселективными электродами необходима 
предварительная 
калибровка 
измерительного 
прибора 
– 
установление зависимости между потенциалом электрода (Е) и 
активностью (аi) или концентрацией (сi) определяемых ионов (i) – 

построение 
градуировочного 
графика. 
Для 
построения 
градуировочного графика в координатах «Е – lgаi» («Е – lgсi») 
используют 
стандартные 
растворы 
с 
точно 
известными 
содержаниями определяемых ионов. 
В 
ионометрии 
распространен 
универсальный 
метод 
постоянной ионной силы. В этом случае используют растворы 
потенциалопределяющего 
компонента, 
содержащие 
избыток 
индифферентного (химически инертного) электролита (буферного 
раствора), что создает постоянную ионную силу как в стандартных, 
так и в исследуемых растворах. В этом случае можно использовать 
графическую зависимость «Е – lgсi». 
На 
рисунке 
1 
приведен 
градуировочный 
график 
для 
однозарядного катиона K+. 

 

Рисунок 1 – Градуировочный график  
для калий-селективного электрода 

По 
градуировочному 
графику 
определяют 
содержание 
потенциалопределяющего 
иона, 
интервал 
линейной 
зависимости 
потенциала от активности (концентрации) потенциалопределяющих ионов, 
угловой коэффициент наклона градуировочного графика («Е – lgаi», «Е – 
lgсi»), характеризующий чувствительность определения конкретного иона, 
предел обнаружения потенциалопределяющего иона (сmin) и др. 
Ионометрия – удобный, простой метод. Продолжительность 
анализа определяется временем подготовки пробы, например 
переведением в раствор твердых проб, поскольку на само измерение 

тратится не более 2–3 мин. От других физико-химических методов 
ионометрия 
отличается, 
прежде 
всего, 
простотой 
методик 
выполнения измерения и невысокой стоимостью измерительных 
приборов. Для нахождения концентрации определяемых ионов 
наиболее часто используют титраторы, иономеры, рН-метры 
различных марок. 

Потенциометрическое 
титрование 
(косвенная 
потенциометрия) 
основано 
на 
измерении 
или 
регистрации 
изменения 
потенциала 
индикаторного 
электрода 
в 
процессе 
титрования 
в 
соответствии 
с 
изменением 
концентрации 
потенциалопределяющего иона вещества.  
В ходе потенциометрического титрования протекают две реакции: 
основная химическая реакция титрования и электрохимическая реакция 
на индикаторном электроде. При потенциометрическом титровании 
используют 
кислотно-основные, 
окислительно-восстановительные, 
реакции 
комплексообразования, 
а 
также 
процессы 
осаждения, 
протекающие быстро и количественно. 
Электродом 
сравнения 
может 
быть 
любой 
электрод, 
погруженный вместе с индикаторным электродом в титруемый 
раствор. Потенциал электрода сравнения должен быть постоянным в 
ходе титрования.  
Выбор 
индикаторного 
электрода 
определяется 
типом 
протекающей химической реакции, природой определяемых ионов 
или ионов титранта.  
Для определения конечной точки потенциометрического 
титрования можно использовать различные графические методы. 
Наиболее простой метод состоит в установлении точки перегиба 
кривой титрования, т.е. в построении графика зависимости 
потенциала (Е) от объема (V) добавляемого реагента – титранта («Е – 
Vтитранта»).  Таким образом получают интегральную кривую (рисунок 
2, а) потенциометрического титрования. Точка перегиба на кривой 
соответствует конечной точке титрования (КТТ).   
Более простым и точным способом нахождения КТТ является 
графическое изображение зависимости первой производной ∆Е/∆V 
от объема прибавляемого титранта («∆Е/∆V – Vтитранта»), т.е. 
дифференциальная 
кривая. 
В 
этом 
случае 
кривая 
имеет 
пикообразную форму, максимум которой соответствует КТТ. 
Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения двух восходящих 
ветвей кривой на ось абсцисс, показывает объем титранта, 
затраченного на завершение реакции (рисунок 2, б). 

Рисунок 2 – Виды кривых потенциометрического титрования: 
а – интегральная; б – дифференциальная; в – по второй производной 

Для более точного нахождения КТТ, при малом скачке 
потенциала, следует пользоваться второй производной ∆2Е/∆V2. Для 
нахождения КТТ по кривой зависимости («∆2Е/∆V2 – Vтитранта») 
соединяют концы обеих ветвей кривой, которые находятся по разные 
стороны оси абсцисс. Точка пересечения полученной кривой с осью 
абсцисс дает объем титранта, отвечающий КТТ (рисунок 2, в). 
Потенциометрическое титрование отличается от классического 
химического 
объемного 
титрования 
большей 
объективностью 
результатов и возможностью анализа окрашенных и мутных 
растворов. При потенциометрическом титровании по изменению 
электродного потенциала оценивают ход титрования, например 
строят кривые потенциометрического титрования. 
Метод 
потенциометрического 
титрования 
особенно 
целесообразен при анализе раствора, содержащего несколько ионов, без