7第四章电位分析法(一)课件.ppt
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- 第四 电位 分析 课件
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1、第四章第四章 电位分析法电位分析法 通过测定两电极间的电位差来通过测定两电极间的电位差来测定被测物含量的仪器分析法测定被测物含量的仪器分析法.为电分析化学方法之一为电分析化学方法之一.包括包括:直接电位法直接电位法 电位滴定法电位滴定法主主 要要 内内 容容:电位分析法原理;电位分析法原理;电位分析法常用的参比电极和指示电极;电位分析法常用的参比电极和指示电极;电位分析法测定溶液电位分析法测定溶液pHpH的原理;的原理;离子选择性电极及膜电位;离子选择性电极及膜电位;离子选择性电极的种类及性能;离子选择性电极的种类及性能;电位分析法测定溶液活(浓)度的方法;电位分析法测定溶液活(浓)度的方法;
2、电位滴定法电极的选择及终点的确定。电位滴定法电极的选择及终点的确定。4-14-1电分析化学法概要电分析化学法概要电分析化学电分析化学 Electroanalytical Chemistry 依据物质依据物质电学及电化学电学及电化学性质进行测定物质性质进行测定物质组成及含量的分析方法称为电分析化学或电化组成及含量的分析方法称为电分析化学或电化学分析。学分析。它通常是使待分析的试样溶液构成一化学电它通常是使待分析的试样溶液构成一化学电池(原电池或电解池),然后根据所组成电池池(原电池或电解池),然后根据所组成电池的某些电物理量(如两电极间的电位差,通过的某些电物理量(如两电极间的电位差,通过电解池
3、的电流或电量,电解质溶液的电阻等)电解池的电流或电量,电解质溶液的电阻等)与其化学量之间的内在联系来进行测定。与其化学量之间的内在联系来进行测定。一、电化学分析法的分类一、电化学分析法的分类 根据测定方式不同,电位分析法分成三类:根据测定方式不同,电位分析法分成三类:第一类:通过测定电池中某些电物理量,利用一第一类:通过测定电池中某些电物理量,利用一定条件下试液的浓度(活度)与化学电池中某些电定条件下试液的浓度(活度)与化学电池中某些电物理量(电参数)的关系来进行分析的方法。物理量(电参数)的关系来进行分析的方法。电物理量如电极电位(电位分析等)、电阻(电电物理量如电极电位(电位分析等)、电阻
4、(电导分析等)、电量(库仑分析等)、电流电压曲线(导分析等)、电量(库仑分析等)、电流电压曲线(伏安分析等)伏安分析等)第二类:用某些电物理量的突变来指示滴定终点第二类:用某些电物理量的突变来指示滴定终点的分析方法。的分析方法。又称为电容量分析法。又称为电容量分析法。如:电位滴定、电流滴定、电导滴定等。如:电位滴定、电流滴定、电导滴定等。第三类方法:是将试液中某一个待测组分通第三类方法:是将试液中某一个待测组分通过电极反应转化为固相(金属或其氧化物),过电极反应转化为固相(金属或其氧化物),然后由工作电极上析出的金属或其氧化物的质然后由工作电极上析出的金属或其氧化物的质量来确定该组分的含量。量
5、来确定该组分的含量。又称为电重量分析法,也即通常所称的电解又称为电重量分析法,也即通常所称的电解分析法。分析法。习惯分类方法(按测量的电化学参数分类)习惯分类方法(按测量的电化学参数分类):(1)(1)电导分析法:测量溶液的电导值;电导分析法:测量溶液的电导值;(2)(2)电位分析法:测量电池的电动势或电极电位;电位分析法:测量电池的电动势或电极电位;(3)(3)电解电解(电重量电重量)分析法:测量电解过程电极上析分析法:测量电解过程电极上析出物重量;出物重量;(4)(4)库仑分析法:测量电解过程中消耗的电量;库仑分析法:测量电解过程中消耗的电量;(5)(5)伏安分析:观察电解过程中电流随电位
6、变化曲伏安分析:观察电解过程中电流随电位变化曲线;线;(6)(6)极谱分析:使用滴汞电极时的伏安分析。极谱分析:使用滴汞电极时的伏安分析。二、电化学分析法的特点二、电化学分析法的特点(1 1)灵敏度、准确度高;)灵敏度、准确度高;被测物质的最低量可以达到被测物质的最低量可以达到1010-12-12mol/Lmol/L数量级。数量级。(2 2)选择性好;)选择性好;(3 3)应用广泛;)应用广泛;传统电化学分析:无机离子的分析;传统电化学分析:无机离子的分析;现代电化学分析现代电化学分析:测定有机化合物也日益广泛;测定有机化合物也日益广泛;可用于活体分析。可用于活体分析。(4 4)设备简单,操作
7、方便,易于实现自动分析和连)设备简单,操作方便,易于实现自动分析和连续分析。续分析。直接得到电信号,易传递,尤其适合于化工生直接得到电信号,易传递,尤其适合于化工生产中的自动控制和在线分析。产中的自动控制和在线分析。三、电分析化学的应用领域三、电分析化学的应用领域1.1.化学平衡常数测定化学平衡常数测定2.2.化学反应机理研究化学反应机理研究3.3.化学工业生产流程中的监测与自动控制化学工业生产流程中的监测与自动控制4.4.环境监测与环境信息实时发布环境监测与环境信息实时发布5.5.生物、药物分析生物、药物分析6.6.活体分析和监测(超微电极直接刺入生物体内)活体分析和监测(超微电极直接刺入生
8、物体内)4-24-2电位分析法原理电位分析法原理 电位分析电位分析是通过在零电流条件下测定两电极间的是通过在零电流条件下测定两电极间的电位电位差差(电池电动势)所进行的分析测定。(电池电动势)所进行的分析测定。E 电池电池=E +-E -装置:装置:参比电极、指示电极、电位差计;参比电极、指示电极、电位差计;分为:分为:直接电位法和电位滴定法。直接电位法和电位滴定法。一、电位分析的基本原理一、电位分析的基本原理 理论基础理论基础:(电极电位电极电位与溶液中待与溶液中待测测离子活度离子活度间的定量关系)。间的定量关系)。对于氧化还原体系:对于氧化还原体系:Ox +ne-=ReddReOx0Ox/
9、RedlnaanFRTEE 金属离子氧化还原体系金属离子氧化还原体系:Mn+ne-=MMM0/MMnnlnaanFRTEE对于金属电极(还原态为纯金属,活度定为对于金属电极(还原态为纯金属,活度定为1 1):):由此可见,测定出电极电位,就可确定离子的由此可见,测定出电极电位,就可确定离子的活度(或在一定条件下确定其浓度),这就是电活度(或在一定条件下确定其浓度),这就是电位分析法的理论依据。位分析法的理论依据。nnM0/MMlnanFRTEE 电极电位测量电极电位测量:LEEEE )()(用一用一参比电极参比电极(电极电位一定电极电位一定)与一与一指示电极指示电极(溶液中待测离子在其上有响应
10、溶液中待测离子在其上有响应)组成一原电池组成一原电池,测其电动势。测其电动势。采用盐桥的装置采用盐桥的装置 在两种不同离子的溶液或两种不同浓度的溶液接触界面在两种不同离子的溶液或两种不同浓度的溶液接触界面上,存在着微小的电位差,称之为上,存在着微小的电位差,称之为液体接界电位液体接界电位。采用陶瓷或玻璃隔板的装置采用陶瓷或玻璃隔板的装置 没有液体接界没有液体接界 三种液体接界装置三种液体接界装置忽略液接电位:忽略液接电位:nMnMnMMManFRTEEEEEln0参参比比参参比比 参比电极电位、标准电极电位一定,测出参比电极电位、标准电极电位一定,测出电位差,却可求得离子活度。电位差,却可求得
11、离子活度。(注意是活度)(注意是活度)LEEEE )()(二、电位分析法中所用电极二、电位分析法中所用电极(一一)参比电极参比电极参比电极:参比电极:与被测物质无关、电位已知且稳定,与被测物质无关、电位已知且稳定,提供测量电位参考的电极,称为参比电极。提供测量电位参考的电极,称为参比电极。要求要求:电位值恒定不变;液接电位小;电位值恒定不变;液接电位小;易制做,寿命长。易制做,寿命长。最好的参比电极是最好的参比电极是标准氢电极标准氢电极,但因该种,但因该种电极制作麻烦、使用过程中要使用氢气,因此,电极制作麻烦、使用过程中要使用氢气,因此,在实际测量中,常用其它参比电极来代替。在实际测量中,常用
12、其它参比电极来代替。标准氢电极标准氢电极多用作测量标准电极电位的参多用作测量标准电极电位的参比电极。比电极。1.甘汞电极甘汞电极结构结构:组成及原理:组成及原理:甘汞电极由汞、甘汞电极由汞、Hg2Cl2和已知浓度的和已知浓度的KCl溶液组成。溶液组成。电极组成:电极组成:Hg Hg2Cl2,KCl(xmol.L-1);电极反应:电极反应:Hg2Cl2(s)+2e 2Hg(l)+2Cl-电极电位:电极电位:2222Hg0HgHgaF2RTEEln/ClHgClHgClapHgHgClapHgHgaFRTEaFRTKFRTEaKFRTEElnln2ln2ln20/20/20/2222222ClHg
13、apaaK22 :活活度度积积 电极电位与电极电位与Cl-的活度或浓度有关。当的活度或浓度有关。当Cl 浓度不浓度不同时,可得到具有不同电极电位的参比电极。同时,可得到具有不同电极电位的参比电极。常用的有:常用的有:0.1mol.L-1 KCl、1.0mol.L-1 KCl和饱和和饱和甘汞电极甘汞电极(KCl 浓度为浓度为4.6mol.L-1).0.10molL-1KCl甘汞电极:甘汞电极:E=0.3335-0.00007(t-25)V 1.0molL-1KCl甘汞电极:甘汞电极:E=0.2810-0.00024(t-25)V 饱和甘汞电极:饱和甘汞电极:E=0.2420-0.00076(t-
14、25)V ClHgClHgaFRTEEln0/22特点:特点:a)a)制作简单、易维护,应用广泛,是最常用的参制作简单、易维护,应用广泛,是最常用的参比电极(比电极(外参比外参比););b)b)使用温度较低使用温度较低(8080o oC C),过高发生歧化反应:过高发生歧化反应:Hg2Cl2=Hg+HgCl2 电极电位受温度影响大;电极电位受温度影响大;c)c)当温度改变时,甘汞电极出现电位滞后现象;当温度改变时,甘汞电极出现电位滞后现象;原因是要达到新的电极电位平衡(原因是要达到新的电极电位平衡(Hg2Cl2饱和饱和平衡)需较长时间;平衡)需较长时间;2.Ag-AgCl 电极电极 将银丝上镀
15、上一层将银丝上镀上一层AgCl,浸入用浸入用AgCl 饱和饱和的一定浓度的的一定浓度的 KCl 溶液中构成。溶液中构成。电极组成:电极组成:Ag AgCl,(x mol.L-1)KCl 电极反应:电极反应:AgCl+e Ag+Cl-电极电位:电极电位:ClAgAgClClapAgAgAgAgAgaFRTEaKFRTEaFRTEEln ln ln0/0/0/电极电位与电极电位与Cl-的活度或浓度有关。的活度或浓度有关。Cl 浓度浓度(活度活度)一定,电极电位一定。一定,电极电位一定。常用的有:常用的有:0.1mol.L-1 KCl,1.0mol.L-1 KCl和饱和和饱和KCl溶液。溶液。25C
16、时时Ag-AgCl 电极的电极电位电极的电极电位:0.10molL-1KCl:E=0.2880 V 1.0molL-1KCl:E=0.2355 V 饱和饱和KCl:E=0.2000 V 其电极电位亦与温度有关。其电极电位亦与温度有关。结构:结构:与甘汞电极相似,只是将甘汞电极内部电与甘汞电极相似,只是将甘汞电极内部电极极(Hg,Hg2Cl2)换成涂有换成涂有AgCl的银丝即可。的银丝即可。Ag AgCl,(x mol.L-1)KCl 特特 点:点:a)结构牢固、温度滞后小、电极材料无毒结构牢固、温度滞后小、电极材料无毒、使用方便;、使用方便;b)可用于较高温度可用于较高温度(110oC),在除
17、氧的,在除氧的HCl溶液中可至溶液中可至275oC;c)制备困难,制备困难,AgCl显著溶于浓氯化物溶液显著溶于浓氯化物溶液中,应添加固体使溶液处于饱和状态;中,应添加固体使溶液处于饱和状态;d)在非水溶液中使用比甘汞电极优越(重在非水溶液中使用比甘汞电极优越(重现性好)。现性好)。(二二)指示电极指示电极 指示电极:指示电极:电极电位随被测电活性物质活度变化电极电位随被测电活性物质活度变化的电极。的电极。常用的有金属电极和膜电极两大类。常用的有金属电极和膜电极两大类。1.1.金属电极(经典电极)金属电极(经典电极)金属金属-金属离子电极(第一类电极)金属离子电极(第一类电极):由金属浸在金属
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