师范大学仪器分析考试重点电化学分析法导论课件.pptx

1教学内容：电化学分析法的种类和特点化学电池电极电位液接电位与盐桥电极的极化与超电位经典电极重点：液接电位、电极的极化和超电位难点：电极的极化和超电位第1页/共35页2教学要求1.掌握原电池、电解池的电极反应、电池反应。2.掌握原电池和电解池的区别。3.理解液接电位的产生原因及消除方法。4.理解电极的平衡电极电位、超电位、电极的极化等概念。5.掌握阴极、阳极的超电位的方向。6.理解浓差极化、电化学极化所引起的超电位现象。第2页/共35页3参考书目：1、仪器分析教程 北京大学化学系仪器分析教学组 北京：北京大学出版社，1997.2、仪器分析 （第2版）刘密新 罗国安 张新荣等 北京：清华大学出版社，2002.3、仪器分析 （第3版）朱明华 北京：高等教育出版社，2000.第3页/共35页4l根据物质在溶液中的电化学性质及其变化来进行分析的方法称电化学分析。l以溶液电导、电位、电流和电量等电化学参数与被测物质含量之间的关系作为计量基础。电化学分析(electrochemicalanalysis)第4页/共35页5优点l仪器设备简单；l分析速度快；l灵敏度高；(1010-12-12mol/Lmol/L数量级)l选择性好；l应用广泛：无机离子分析；有机电化学分析；生物、药物分析；活体分析。第5页/共35页6电化学分析方法分类分类1.1.电导分析法2.2.电位分析法3.3.电解分析法4.4.库仑分析法5.5.极谱法和伏安法第6页/共35页7第一节第一节 电化学电池电化学电池(eletrochemicalcell)组成：组成：两个电极(金属-溶液体系)、外电路类型：原电池（primarycell）：化学能转化成电能电解池（electrolyticcell）：电能转化为化学能一、电化学电池一、电化学电池第7页/共35页ZnSO4ZnCuSO4Cu电解池ZnSO4ZnCu原电池CuSO4CuZnZn2+2e-Cu2+2e-CuCu Cu2+2e-Zn2+2e-Zn(KCl)第8页/共35页9二、电池的表示式写出电极的化学组成和物态、活度；用“|”竖线表示相界面 ；以“”代表盐桥；发生氧化反应的一极写左边，发生还原反应的一极写右边。第9页/共35页10原电池表示：例1：Zn+CuSO4(2)ZnSO4(1)+Cu阳极Zn2eZn2+阴极Cu2+2eCuZn ZnSO4(1)CuSO4(2)Cu第10页/共35页11例2：2Ag+Hg2Cl22Hg+AgCl阳极：Ag+Cl-eAgCl阴极：Hg2Cl2+2e2Hg+2Cl-原电池表示为：Ag AgCl(s),Cl-(1)Cl-(2),Hg2Cl2(s)Hg(l)第11页/共35页12例3：H2(P1)+Cl2(P2)2HCl阳极H22e2H+阴极Cl2+2e2Cl-原电池表示：Pt H2(P1),H+(1)Cl-(2),Cl2(P2)Pt第12页/共35页13三、电池的电动势电池的电动势：当流过电池的电流为零或接近于零时,两极间的电位差。E=右 左=c a第13页/共35页14第二节第二节 电极电位电极电位一、电极电位的产生一、电极电位的产生电极电位：在金属与溶液的两相界面上，由于带电质点的迁移形成了双电层，其电位差即为电极电位。-+ZnZnSO4第14页/共35页15 二、标准电极电位二、标准电极电位1.标准氢电极（standardhydrogenelectrode,SHE）当H2压力为101325Pa，H+活度为1mol/L时，该电极称标准氢电极.人为规定在任何温度下,标准氢电极的电极电位都为零。第15页/共35页16组成电极的电对的氧化型和还原型活度均为1mol/Kg时，该电对相对于标准氢电极的电位.标准状态下，将标准氢电极与被测电极组成原电池，所测电池的电动势即为被测电极的标准电极电位。E=c a 2.标准电极电位第16页/共35页17三、条件电位某一特定的条件下，电对的氧化型和还原型总浓度均为1 mol/L时的实际电位.第17页/共35页18 第三节第三节 液体接界电位液体接界电位一、液接电位（liquid-junctionpotential）当两种不同组分的溶液或两种组分相同但浓度不同的溶液相接触时，因离子扩散速率不同，在相界面产生微小的电位差。降低或消除液接电位的方法：用盐桥将两溶液相连。第18页/共35页19二、盐桥（saltbridge）利用K+、Cl-的迁移速度近似相等来消除液接电位。HCl(稀)HCl(浓)KClK+K+H+H+Cl-Cl-HCl(稀)HCl(浓)H+Cl-+-第19页/共35页20三、能斯特方程式三、能斯特方程式 Ox+ne Red 在298K时,第20页/共35页21例如（1）Zn2+2e Zn（2）Hg2Cl2+2e 2Hg+2Cl-第21页/共35页22（3）MnO4-+8H+5e Mn2+4H2O（4）O2+2H2O+4e 4OH-第22页/共35页23第四节第四节 电极的极化和超电位电极的极化和超电位一、基本概念一、基本概念v平衡电极电位:没有电流通过电极,电池中各种反应处于平衡状态时的电极电位。v极化（polarization）：当一定电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位的现象。v超电位（overpotential）：实际电极电位与平衡电极电位的差值。v总超电位：阴极、阳极超电位之和。=|实-平衡|ZnZn2+e第23页/共35页24二、引起电极极化的原因浓差极化：电解过程中,电极表面离子浓度与本体溶液浓度不同而使电极电位偏离平衡电极电位的现象。电化学极化：电解过程中，当电极反应速率小于离子扩散速率时，电解速率由电极反应速率决定，因电化学反应本身的迟缓而造成电极电位偏离平衡电位的现象。第24页/共35页25阳极：Cu Cu2+2e-阴极：Zn2+2e-ZnZnSO4ZnCuSO4Cu电解池e第25页/共35页26三、电极极化的结果阳极极化时，正离子聚集在阳极表面，电极电位比平衡时更正。（M Mn+ne-)阴极极化时，电子聚集在阴极表面，电极电位比平衡时更负。（Mn+ne-M)第26页/共35页27四、影响超电位的因素超电位随电流密度增大而增大超电位随温度升高而降低电极材料（Hg）析出物形态产物是气体，超电位一般较大。第27页/共35页28第五节 经典电极基于电子交换反应的电极(1)第一类电极(2)第二类电极(3)第三类电极(4)第零类电极第28页/共35页29(1)第一类电极金属-金属离子电极例如Ag+|Ag电极电极反应为：Ag+eAg第29页/共35页30金属-金属难溶盐电极(2)第二类电极例如Ag|AgCl,Cl-AgCl+eAg+Cl-第30页/共35页31甘汞电极由金属汞和甘汞及氯化钾溶液所组成电极表示式为：Hg|Hg2Cl2(s),KCl电极反应：Hg2Cl2+2e2Hg+2Cl-第31页/共35页32(3)第三类电极由金属，该金属的难溶盐、与此难溶盐具有相同阴离子的另一难溶盐和与此难溶盐具有相同阳离子的电解质溶液所组成。例如：电极Zn|ZnC2O4(s)，CaC2O4(s)，Ca2+Ca2+ZnC2O4+2eCaC2O4+Zn第32页/共35页33(4)第零类电极惰性金属电极Fe3+eFe2+例如:Pt|Fe3+,Fe2+第33页/共35页34电化学分析的发展（1）袖珍微型化,仪器袖珍化,电极微型化。（2）生命过程的模拟研究生命过程的氧化还原反应类似电极上的氧化还原，用电极膜上反应模拟生命过程，可深化认识生命过程。（3）活体现场检测（无损伤分析）第34页/共35页35感谢您的观看。第35页/共35页