习题课电化学分析部分.pptx

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1、1.电位分析法的理论基础是什么？答：电位分析法的实质是通过测量在零电流条件下两电极的电位差（即测量所构成的原电池电动势）为基础的定量分析方法。直接电位法是通过测量电池电动势来确定待测离子活度的方法。其根据为能斯特公式。能斯特公式表示了电极电位E与溶液中对应离子活度之间的定量关系。将指示电极（离子选择电极）与参比电极构成原电池，由于指示电极的电极电位是随溶液中待测离子的活（浓）度的变化而变化，并与其呈能斯特响应，而参比电极的电位值稳定并已知，因此，由能斯特方程表达式：只要测定了原电池的电动势，即可由上述之公式计算出被测离子的活度（浓度）。iRTEElnanF 第1页/共40页2.何谓指示电极？参

2、比电极？举例说明。答：构成电池的两个电极中，其中一个具有稳定并已知的电位值，用作比较标准的电极称为参比电极；而另一只电极的电极电位是随溶液中待测离子的活（浓）度的变化而变化并指示待测离子活（浓）度，称为指示电极。电位分析法中使用的指示电极和参比电极很多，常用的指示电极如pH玻璃电极，氟离子选择电极等；常用的参比电极有：甘汞电极和银一氯化银电极。()():惰性金属电极 零类电极金属基指示电极 金属 金属离子电极 一类电极指示电极金属 金属难溶盐电极离子选择电极 包括玻璃电极和离子选择性电极第2页/共40页4.为什么离子选择性电极对欲测离子具有选择性?如何估量这种选择性?答：离子选择性电极的选择性

3、主要取决于电极的敏感膜。它与特定的被测离子通过离子交换而达成平衡，形成膜电位，该膜电位与被测离子浓度呈能斯特响应。但离子选择性电极的选择性是相对的，它除了对被测离子有响应外，对其它离子也有不同程度的响应。一般用选择性系数Ki,j估量电极的选择性。Ki,j愈小，说明电极的选择性越好。选择性系数Ki,j定义为：引起离子选择电极的电位有相同变化时，所需的被测离子活度与所需的干扰离子的活度的比值。 第3页/共40页6.为什么一般说来，电位滴定法的误差比电位测定法小? 答：电位滴定法是基于电位突跃来确定滴定终点的方法。电位滴定法的误差与普通容量分析一样，主要取决于滴定过程的操作误差，这种误差一般在千分之

4、几。而直接电位法的误差主要取决于仪器的测定精度，即电位的测量，其误差一般在百分之几。第4页/共40页9.9.当下述电池中的溶液是pHpH等于4.004.00的缓冲溶液时，在2525时用毫伏计测得下列电池的电动势为0.209V0.209V：玻璃电极H H+ +(=x)(=x)饱和甘汞电极当缓冲溶液由三种未知溶液代替时，毫伏计读数如下：(a)0.312V(a)0.312V；(b)0.088V(b)0.088V；(c)-0.017V(c)-0.017V。试计算每种未知溶液的pHpH。解：已知：pHpHs s=4.00 E=4.00 Es s=0.209=0.209由电位法测定pHpH的基本公式能斯特

5、方程： 2 303.RTEKpHF2525时：0 059EK.pH第5页/共40页将上述之已知条件带入公式中，计算K值为：K=-0.027V 再由已知之测定的未知溶液的电位，计算溶液的pH为当 Ex1=0.312v pH=5.75当 Ex2=0.088v pH=1.95当 Ex3=-0.017v pH=0.17或直接由pH的操作实用定义公式： 0 059xsxsEEpHpH.带入上述之已知条件于公式中，计算溶液的pH。（25时）第6页/共40页10.设溶液中pBr =3，pCl =1。如用溴离子选择性电极测定Br-离子活度，将产生多大误差?已知电极的选择性系数 。3610Br ,ClK则pCl

6、=1的溶液对pBr=3的溶液的测定百分误差为：133106 101006010 %解：已知 3610Br ,ClK第7页/共40页11.某钠电极，其选择性系数 值约为30。如用此电极测定pNa等于3的钠离子溶液，并要求测定误差小于3，则试液的pH必须大于多少?解：已知对于pNa=3pNa=3的钠离子溶液，要求测定误差33则有 1003Na ,HH K%Na3613101030 100%Hmol L%则试液的pH： pH 6Na ,HKNa ,HK30+=第8页/共40页12.用标准加入法测定离子浓度时，于100mL铜盐溶液中加入lmL、0.1moll-1Cu(NO3)2后，电动势增加4mV，求

7、铜的原来总浓度。解：已知V0=100mL Vs= lmL Cs= 0.1moll-1 E=4mV带入标准加入法计算公式：114259 1311011 0 1101100 12 73 10n E / sx.CC.mol L 即：铜盐溶液中铜的总浓度为2.732.731010-3-3molmoll l-1-1。第9页/共40页13.下面是用0.1000molL-1NaOH溶液电位滴定50.00mL某一元弱酸的数据：V/mLpHV/mLpHV/mLpH0.002.9014.006.6017.0011.301.004.0015.007.0418.0011.602.004.5015.507.7020.0

8、011.964.005.0515.608.2424.0012.397.005.4715.709.4328.0012.5710.005.8515.8010.0312.006.1116.0010.61(a)绘制滴定曲线；(b)绘制pH/VV曲线；(c)用二级微商法确定终点；(d)计算试样中弱酸的浓度；(e)化学计量点的pH应为多少?(f)计算此弱酸的电离常数(提示：根据滴定曲线上的半中和点的pH)。第10页/共40页解：由已知条件，列表，由表中所列之数据分别绘制曲线。第11页/共40页(a)(a)绘制滴定曲线；第12页/共40页(b)(b)绘制pH/VpH/VV V曲线；第13页/共40页(c)用

9、二级微商法确定终点；滴定终点应在15.6015.70mL之间对应于15.60mL215.75mL15.65mL215.75mL15.65mLEE()()EVVVVV11.905.406515.75 15.65对应于15.70mL215.85mL15.75mL215.85mL15.75mLEE()()EVVVVV6.00 11.905915.85 15.75 设滴定终点为(15.60+x) mL，有0.1: 6559x:65解之：x=0.052mL滴定终点的体积为： V(OH-)=15.60+0.052= 15.65mL第14页/共40页 (d)计算试样中弱酸的浓度；若试样中弱酸的浓度Cx1X1

10、5.65 0.1000C0.0313mol L50.00(e)化学计量点的pH应为多少? ?65pH8.249.438.248.86124第15页/共40页(f)计算此弱酸的电离常数方法方法1：由化学计量点时 pH=8.86此时，弱酸(HB)全部被中和，生成NaB，NaB(弱酸强碱盐)在水中发生水解2BH OHBOHWba8.86 1415.141C HB C OHKKKHBC BC OHC BH10mol L10mol L其中1C B0.0313mol L146Wa25.14bK100.0313KHB5.96 10KB10第16页/共40页方法2：设弱酸为HB，未滴定前，其pH=2.9C(H

11、+)=10-2.9 moll-112.92.92.9HBHBC/mol L0.0313 10101022.95a2.910KHB5.27 100.0313 10第17页/共40页方法方法3：半中和点时消耗NaOH的体积为 15.65 V(NaOH)=7.83mL2由滴定曲线上查得对应的溶液pH为 pH=5.53此时，c(HB)=c(B-)HBHB5.536aC HC BKHBC H102.96 10C HB第18页/共40页补充习题：用F-选择电极测定水样中的F-。取25.00mL水样，加入25.00mLTISAB溶液，测得电位值为0.1372V（Vs SCE）；再加入1.0010-3moll

12、-1的F-标准溶液1.00mL，测得电位值为0.1170V，电位的响应斜率为58.0mV/pF。计算原水样中的F-浓度（需考虑稀释效应）解：已知V0=25mL V0=50mL Es=0.1372VVs= l.00mL Cs= 1.0010-3moll-1 Ex=0.1170V S=58.0mV/pF由F-选择电极法测定F-浓度的基本公式能斯特方程：EKS lg c F带入相关之已知条件：5858-3137.2Klgc F117.0Klg1.00 10解上述之联立方程：-3-1c F1.7710 mol L原水样中的F F- -被稀释了2 2倍，其浓度为：即：原水样中的F-的浓度为3.5410-

13、3moll-1。-3-1c F3.5410 mol L第19页/共40页第三章 伏安分析法1.产生浓差极化的条件是什么？答： 浓差极化：电解时在电极表面浓度与溶液本体浓度差异而产生的极化现象称浓差极化。极谱分析中产生浓差极化的条件是：(1) 极化电极的表面积要小，极谱分析中尽管电解电流很小，但仍可保证电极表面的电流密度很大，单位面积表面起电极反应的离子数量多，有利于实现完全的浓差极化。(2) 待测物质的浓度要小，可快速形成浓度梯度。(3) 溶液保持静止，使扩散层厚度稳定，有利于电极表面扩散层的形成。第20页/共40页2. 在极谱分析中所用的电极，为什么一个电极的面积应该很小，而参比电极则应具有

14、大面积？答：极谱分析是利用电极的极化现象（浓差极化）进行分析的，由于极谱分析中，被测离子浓度很小，因此其电解电流也很小，因此，只有使极化电极的表面积很小，才可产生很大的电流密度，从而实现电极表面的完全的浓差极化。极谱分析中，以滴汞电极作工作电极，与一参比电极组成电解池而进行电解，通过观察电解过程中的极谱电流与极化电极电位见的伏安曲线进行分析，只有参比电极的电位稳定，才能通过控制外加电压来控制滴汞电极电位。参比电极具有大面积，其表面的电流密度很小，可保证在极谱分析中，参比电极不发生极化现象，从而使其电位稳定。第21页/共40页3.在极谱分析中，为什么要加人大量支持电解质?加入电解质后电解池的电阻

15、将降低，但电流不会增大，为什么? 答：在极谱分析中，要求电解电流完全受浓差扩散速度所控制。但由于电解池中，电极对带有异性待测离子的静电吸引或排斥力，将使得待测离子通过这种静电作用而到达电极表面，而产生所谓的迁移电流。它与被分析物质的浓度无关，属于干扰电流，应予清除。加入大量惰性支持电解质于电解池中，由于这种强电解质在溶液中可完全电离，从而可使电极（滴汞电极）对待测金属离子的静电吸引力大大减弱，以致由静电引力引起的迁移电流趋近于零，达到消除的迁移电流目的。一般加入支持电解质的浓度比待测离子的浓度大100倍以上。加入支持电解质后，电解池的电阻将有所降低，但由于加入的支持电解质为惰性电解质。即支持电

16、解质虽然可通过静电吸引力到达电极的表面，但却不能参与电极反应，而极谱分析中电流是由电极反应形成的，因此，加入支持电解质后，电解池的电阻虽然有所降低，但电流并不会增大。第22页/共40页4.当达到极限扩散电流区域后，继续增加外加电压，是否还引起滴汞电极电位的改变及参加电极反应的物质在电极表面浓度的变化?答：极谱分析中，当外加电压到达达到极限扩散电流区域后，极谱电流仅由去极剂的扩散速度所决定，此时达到完全浓差极化， 即电极表面的去极剂浓度趋于零，此时即使继续增加外加电压，参与电极反应的物质浓度也不会再发生变化。在极谱体系中： U外=ESCE-Ede由于参比电极SCE的电位恒定，因此有： U外 =

17、-Ede （VS ESCE）故增加外加电压，滴汞电极电位将继续随外加电压的改变而变化。第23页/共40页5.残余电流产生的原因是什么?它对极谱分析有什么影响?答：极谱分析时，外加电压未达到被测物质的分解电压前，体系仍有微小的电流通过电解池，这就是残余电流。残余电流的产生有两个原因：电解电流。溶液中存在的微量可在滴汞电极上还原的杂质，在电极上发生反应时产生的。电容电流（或充电电流）。电容电流是残余电流的主要组成部分，是由于滴汞表面积的周期性变化而引起的。前者可通过采用高纯度的试剂、水等而消除。电容电流是经典极谱分析方法本身造成的，不易消除。由于电容电流的存在，使得极谱分析的本底电流较大，约0.1

18、A，大约相当于10-5 moll-1（的去极剂产生的极谱电流。当去极剂浓度低时，掩盖了极谱电流，从而使得经典极谱分析测定的灵敏度下降。第24页/共40页ViVVIiVCCdxsddxssx15-5103 . 3259 .245253 .2824.95106.00LmolCx%26. 3%100000. 37 .118250103 . 35已知V=25mL Vs=5mL Cs=6.0010-3molL-1 idx=24.9A Idx=28.3a由极谱标准加入法计算公式:将上述已知条件带入方程中:矿样中锡的质量分数为:13. 3.000g锡矿试样以Na2O2熔融后溶解之，将溶液转移至250mL容量

19、瓶中，稀释至刻度。吸取稀释后的试液25mL进行极谱分析，测得扩散电流为24.9A。然后在此液中5mL浓度为6.010-3 molL-1的标准锡溶液，测得扩散电流为28.3A。计算矿样中锡的质量分数。解：此方法为标准加入法第25页/共40页14.溶解0.2g含镉试样，测得其极谱波的波高为41.7mm，任同样实验条件下测得含镉150，250，350及500g的标准溶液的波高分别为19.3，32.1，45.0及64.3mm。计算试样中的质量分数。解：依题意，此题为标准曲线法，做hm(Cd)曲线。6325 10100%0.1625%0.2由标准曲线，当h=h=41.7mm 时，m(Cd)=325g试样

20、中Cd的百分含量为：第26页/共40页15.用下列数据计算试样中铅的质量浓度，以mgL-1表示。溶液溶液在在-0.65V测得电流测得电流/A25.0mL0.040 molL-1KN03稀释至稀释至50.0mL25.0mL0.040 molL-1 KN03加加10.0mL试样试样溶液，稀释至溶液，稀释至50.0mL25.0Ml 0.040 molL-1 KN03加加10.0mL试样，试样，加加5.0mLl.710-3 molL-1Pb2+，稀释至，稀释至50.0mL12.458.981.5解：已知 残余电流 ic=12.4A试样溶液的极限扩散电流： idx=58.9-12.4=46.5A试样溶液

21、+标准溶液的极限扩散电流： Id=81.5-12.4=69.1A若试样中铅的质量浓度为Cx molL-1第27页/共40页1 22 3 1 6607dinDmtCKC/31046 550105 0 1 7 1069 150 xxCKCK.由尤考维奇扩散电流方程式，有：将上述已知条件带入方程，建立联立方程为：解之：Cx =1.7510-3molL-1=1.7510-3 molL-1207.2103mgmol-1=362 mgL-1第28页/共40页第四章 库仑分析法 1.以电解法分离金属离子时，为什么要控制阴极的电位?答: 应用电解法分离金属离子,主要依据是不同金属离子在阴极上析出的电位不同,由

22、能斯特方程可计算出金属离子在阴极上的析出电位, 控制适当的阴极电位,可使性质不同的金属离子,按其析出电位的不同,在工作电极上依次析出，从而达到分离和测定元素的目的。第29页/共40页2.库仑分析法的基本依据是什么?为什么说电流效率是库仑分析的关键问题?在库仑分析中用什么方法保证电流效率达到100?答: 库仑分析法的基本依据Faraday电解定律，由法拉第电解定律：MQM i tmnFnF可知，只要测得电解过程中所消耗的电量，即可由法拉第定律求得可知，只要测得电解过程中所消耗的电量，即可由法拉第定律求得电极上起反应的物质的质量。因此，能否保证电流电极上起反应的物质的质量。因此，能否保证电流100

23、%的为被测金属的为被测金属离子所用，就成为库仑分析法的关键问题。如果不能使电流效率为离子所用，就成为库仑分析法的关键问题。如果不能使电流效率为100%，则必将引起较大的测量误差。，则必将引起较大的测量误差。所谓所谓100%的电流效率，指电解时电极上流过的电流中，样品中被的电流效率，指电解时电极上流过的电流中，样品中被测金属离子所消耗的电流与流过电解池的总电流的比值。电解池的总电测金属离子所消耗的电流与流过电解池的总电流的比值。电解池的总电流除被测金属离子所消耗的电流外，还包括杂质在电极上的反应和副反流除被测金属离子所消耗的电流外，还包括杂质在电极上的反应和副反应所产生的电流。应所产生的电流。i

24、iiiii样样样样样样溶溶杂杂总总电电流流效效率率第30页/共40页100%的电流效率，既要求只发生主反应（反应单纯），不发生副的电流效率，既要求只发生主反应（反应单纯），不发生副反应。反应。电解过程中常见的副反应主要有：电解过程中常见的副反应主要有：溶剂的电极反应溶剂的电极反应 电解质中的杂质在电极上的反应电解质中的杂质在电极上的反应 溶液中可溶性气体的电极反应溶液中可溶性气体的电极反应 电极自身的反应电极自身的反应 电解产物的再反应电解产物的再反应 库仑分析中采用纯净的试剂和水来消除杂质电流，并抑制副反应，库仑分析中采用纯净的试剂和水来消除杂质电流，并抑制副反应，从而保证电流效率达到从而保

25、证电流效率达到100%第31页/共40页3.电解分析与库仑分析在原理、装置上有何异同之处电解分析与库仑分析在原理、装置上有何异同之处?答答: 电解分析与库仑分析均为通过电解的方法进行分析。电解分析与库仑分析均为通过电解的方法进行分析。电解分析包括控制电流电解分析法和控制阴极电位电解分析法，它电解分析包括控制电流电解分析法和控制阴极电位电解分析法，它要求电极产物必须为固相并沉积在电极上。通过测量电解产物在电极上要求电极产物必须为固相并沉积在电极上。通过测量电解产物在电极上的增重来计算出含量的方法。因而又称为电重量分析法。的增重来计算出含量的方法。因而又称为电重量分析法。库仑分析法是通过测量被测物

26、质电解时所消耗的电量来进行定量分库仑分析法是通过测量被测物质电解时所消耗的电量来进行定量分析的，其定量分析的依据是法拉第电解定律。库仑分析法不要求电极反析的，其定量分析的依据是法拉第电解定律。库仑分析法不要求电极反应产物的状态，只要求电流效率为应产物的状态，只要求电流效率为100，并能准确的测量通过的电解，并能准确的测量通过的电解池的电量池的电量%第32页/共40页 4.试述库仑滴定的基本原理。试述库仑滴定的基本原理。 答答: 库仑滴定法是在被测试液中加入适当的物质后，以一定强度的电库仑滴定法是在被测试液中加入适当的物质后，以一定强度的电流电解，使之在工作电极上（阴极或阳极）发生电极反应而产生

27、一种试剂，流电解，使之在工作电极上（阴极或阳极）发生电极反应而产生一种试剂，此试剂可与被测组分迅速反应，当被测物质作用完毕后，以适当的方法指此试剂可与被测组分迅速反应，当被测物质作用完毕后，以适当的方法指示终点，并立即停止电解、记时。由电解进行的时间示终点，并立即停止电解、记时。由电解进行的时间t（s）和电流强度）和电流强度（A），由法拉第电解定律计算出被测物质的量），由法拉第电解定律计算出被测物质的量W（g）。）。 库仑滴定分析不适用于较高含量的试样分析，因为必须采用较大的电库仑滴定分析不适用于较高含量的试样分析，因为必须采用较大的电流和较长的时间，而这样会导致电流效率的降低。流和较长的时间

28、，而这样会导致电流效率的降低。 库仑滴定是一库仑滴定是一种间接库仑分析方法，既可将工作电极的电位稳定，防种间接库仑分析方法，既可将工作电极的电位稳定，防止发生副反应，又可使用较大的电流密度，以缩短滴定的时间止发生副反应，又可使用较大的电流密度，以缩短滴定的时间 库仑滴定法的关键之一是指示终点，记录电解时间。指示终点的方法库仑滴定法的关键之一是指示终点，记录电解时间。指示终点的方法有：有：化学指示剂法化学指示剂法 电流法电流法 电位法。电位法。 96487 i t Mmn第33页/共40页5.在控制电位库仑分析法和恒电流库仑滴定中，是如何测得电量的?答：控制电位库仑分析法是由与电解池串联的库仑计

29、测量电量的。恒电流库仑滴定中，电量是通过由电解进行的时间t（s）和电流强度（A）计算得到的。第34页/共40页7.在一硫酸铜溶液中，浸入两个铂片电极，接上电源，使之发生电解反应。这时在两铂片电极上各发生什么反应?写出反应式。若通过电解池的电流强度为24.75mA，通过电流时间为284.9s，在阴极上应析出多少毫克铜?解：阳极：2H2O - 4e = O2 + 4H+阴极：Cu2+ + 2e = Cu已知 i =24.75mA t =284.9s3324 75 284 9 63 54 102 32 109648796487 2Q M.m.gn第35页/共40页 8. 10.00mL浓度约为0.0

30、1molL-1的HCl溶液，以电解产生的OH-滴定此溶液，用pH计指示滴定时pH的变化，当到达终点时，通过电流的时间为6.90min，滴定时电流强度为20mA，计算此HCl溶液的浓度。解：已知 i=20mA t=6.9min=414s。i tn H.moln3520 414 108 58 109648796487 1.C HCl.mol L53138 58 108 58 1010 10换算成HCl的浓度：第36页/共40页n I.mol3210 019726 30 1029.以适当方法将0.854g铁矿试样溶解并使转化为Fe2+后，将此试液在-1.0V (vs.SCE) 处，在Pt阳极上定量地

31、氧化为Fe3+，完成此氧化反应所需的电量以碘库仑计测定，此时析出的游离碘以0.0197 molL-1Na2S2O3标准溶液滴定时消耗26.30mL。计算试样中Fe2O3的质量分数。解：电解池反应（阳极）： Fe2+ - e = Fe3+ 库仑计反应（阳极）： 2I- - 2e = I2滴定化学反应： I2 + 2S2O32- = 2I- + S4O62-已知 C(S2O32-)=0.0197 molL-1 V(S2O32-)=26.3 mL库仑计中生成的I2的量为：第37页/共40页Qn Fe.molnF330 019726 30 10.%. %.310 0197 26 30 10160210

32、048 50 854电解池与库仑计消耗的的电量相同，故电解池中发生电极反应的FeFe3+3+的量为：铁矿试样中FeFe2 2O O3 3的质量分数为：mQnF.M30 019726 30 1096487消耗的电量为：第38页/共40页10.上述试液若改为以恒电流进行电解氧化，能否根据在反应时所消耗的电量来进行测定?为什么?答：不能以恒电流库仑法直接测定Fe2+。在酸性介质中，以恒电流对Fe2+进行电解氧化，阳极反应为： Fe2+ - e = Fe3+随着反应的进行，电极表面上Fe3+离子浓度不断增加，Fe2+离子浓度不断下降，因而阳极电位将逐渐向正的方向移动。最后，溶液中Fe2+还没有全部氧化为Fe3+，而阳极电位已达到了水的分解电位，这时在阳极上同时发生下列反应而析出氧 2H2O O2 4H+ 4e显然，由于上述反应的发生，使Fe2+离子氧化反应的电流效率低于100，而库仑分析要求电流效率必须为100，因此，不能以恒电流通过对Fe2+直接电解氧化，由所耗电量来测定Fe2+。第39页/共40页谢谢您的观看！第40页/共40页