电解和库仑法PPT讲稿.ppt
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1、电解和库仑法第1页,共54页,编辑于2022年,星期日 上一章讨论的是上一章讨论的是净电流净电流 i=0情况情况本章讨论的是本章讨论的是净电流净电流 i0,即电极上发,即电极上发生电极反应情况:生电极反应情况:电量电量库仑法库仑法 电极上沉积物重量电极上沉积物重量电重量法电重量法第2页,共54页,编辑于2022年,星期日电解分析电解分析电解分离电解分离电重量分析电重量分析库仑分析库仑分析定量分析定量分析共同特点:共同特点:均以电解反应为基础且不需要均以电解反应为基础且不需要基准物质或标准溶液。基准物质或标准溶液。差异:差异:电解分析的电解产物必须沉积在电极上,库电解分析的电解产物必须沉积在电极
2、上,库仑分析则无此项限制。仑分析则无此项限制。电重量分析只能测高含量组分,库仑分析电重量分析只能测高含量组分,库仑分析可测高含量、微量及痕量物质。可测高含量、微量及痕量物质。第3页,共54页,编辑于2022年,星期日1电解分析法电解分析法一一 电解现象电解现象1 1 含义含义 外加在电解池的两个电极上的直流电压,外加在电解池的两个电极上的直流电压,使两极上发生反应而引起物质的分解,这使两极上发生反应而引起物质的分解,这 个过程称为电解个过程称为电解2 2 电解池正负极、阳阴极与外加电源正负极的关系电解池正负极、阳阴极与外加电源正负极的关系 电解池的负极即电解池的阴极,与外加电源的负极电解池的负
3、极即电解池的阴极,与外加电源的负极相连接,电解时阴极发生还原反应相连接,电解时阴极发生还原反应 电解池的正极即电解池的阳极,与外加电源的电解池的正极即电解池的阳极,与外加电源的正极相连接,电解时阳极发生氧化反应正极相连接,电解时阳极发生氧化反应第4页,共54页,编辑于2022年,星期日电解池电解池正极正极阳极阳极正极正极负极负极阴极阴极负极负极外加电源外加电源还原反应还原反应氧化反应氧化反应电解池电解池直流电源直流电源电极反应电极反应第5页,共54页,编辑于2022年,星期日CuSO4阴极阴极:阳极阳极:电池反应电池反应:第6页,共54页,编辑于2022年,星期日二二 分解电压与析出电位分解电
4、压与析出电位1分解电压分解电压分解电压分解电压被电解物质在两电极上产生迅速被电解物质在两电极上产生迅速的、连续不断的电极反应时所需的、连续不断的电极反应时所需的的最小最小的外加电压。的外加电压。理论分解电压理论分解电压E理分理分E反反(E反反:可逆电池电动势,称反电动势:可逆电池电动势,称反电动势)实际分解电压实际分解电压E实分实分E理分理分 =a-c外加电压与分解电压的关系外加电压与分解电压的关系电解方程式电解方程式V外外E实分实分 i(R+r)第7页,共54页,编辑于2022年,星期日E可逆可逆E可逆可逆 E不可逆不可逆 阴阴 阳阳阴极曲线阴极曲线阳极曲线阳极曲线 电电 位位+-电电流流密
5、密度度电解池电极的极化曲线第8页,共54页,编辑于2022年,星期日电解电解Cu(II)溶液时的电流溶液时的电流-电压曲线电压曲线第9页,共54页,编辑于2022年,星期日2析出电位析出电位析出电位析出电位物质在阴(阳)极上产生迅速的、物质在阴(阳)极上产生迅速的、连续不断的电极反应而被还原(氧连续不断的电极反应而被还原(氧化)时所需最正(最负)的阴极化)时所需最正(最负)的阴极(阳极)电位。(阳极)电位。理论析出电位理论析出电位实际析出电位实际析出电位第10页,共54页,编辑于2022年,星期日发生电极反应时的条件(要求)发生电极反应时的条件(要求)外加在电解池的阴极电位比某物质实际析出电位
6、外加在电解池的阴极电位比某物质实际析出电位负,即:负,即:外加在电解池的阳极电位比某物质实际析出电位正外加在电解池的阳极电位比某物质实际析出电位正,即:,即:第11页,共54页,编辑于2022年,星期日3分解电压与析出电位的关系分解电压与析出电位的关系分解电压是指整个电解池而言分解电压是指整个电解池而言析出电位是针对某一个电极而言析出电位是针对某一个电极而言第12页,共54页,编辑于2022年,星期日实例:实例:对于下列电池,如果内阻趋于零,且对于下列电池,如果内阻趋于零,且a(O2)=0.72V,c(Cu)=0求:求:第13页,共54页,编辑于2022年,星期日则则第14页,共54页,编辑于
7、2022年,星期日三三 电解时离子析出的次序及完全程度电解时离子析出的次序及完全程度1 1 析出次序析出次序阴极:阴极:由高到低依次析出(由高到低依次析出()阳极:阳极:由低到高依次析出(由低到高依次析出()2 2 完全程度完全程度电解完全电解完全某离子电解后,在溶液中剩下为原某离子电解后,在溶液中剩下为原来浓度的来浓度的10-5倍时基本电解完全。倍时基本电解完全。完全析出条件(电解完全时电极电位变化情况)完全析出条件(电解完全时电极电位变化情况)第15页,共54页,编辑于2022年,星期日当某离子在阴极析出时,若其当某离子在阴极析出时,若其时,则认为时,则认为两离子可完全分离,即:两离子可完
8、全分离,即:随着电解的进行,阴极析出电位越来越负;随着电解的进行,阴极析出电位越来越负;同理,阳极析出电位越来越正,电解越难同理,阳极析出电位越来越正,电解越难进行进行对于一价离子,共存的两种离子,对于一价离子,共存的两种离子,析出电位相差必须在析出电位相差必须在0.30V以上才以上才可分离;对于二价离子,共存的可分离;对于二价离子,共存的两种离子,析出电位相差必须在两种离子,析出电位相差必须在015V以上才可分离以上才可分离第16页,共54页,编辑于2022年,星期日四四 电解分析方法及其应用电解分析方法及其应用(一)(一)控制电流电解法控制电流电解法含义含义在恒定电流的条件在恒定电流的条件
9、下进行电解的分析下进行电解的分析方法方法装置图装置图恒电流电解恒电流电解CuSO4装置图装置图第17页,共54页,编辑于2022年,星期日itt电流、电位与时间曲线电流、电位与时间曲线第18页,共54页,编辑于2022年,星期日应用应用电重量分析电重量分析电解分离:分离电位表上氢离子以下的金属和电解分离:分离电位表上氢离子以下的金属和氢离子以上的金属氢离子以上的金属方法特点方法特点装置简单装置简单准确度高(不需采用标液和基准试剂)准确度高(不需采用标液和基准试剂)相对误差小相对误差小电解速度快(一般控制电流为电解速度快(一般控制电流为0.5-2A)选择性差选择性差第19页,共54页,编辑于20
10、22年,星期日(二)(二)控制电位电解法控制电位电解法含义含义控制阴极或阳极电位为一定值的条件下进控制阴极或阳极电位为一定值的条件下进行电解分析的方法行电解分析的方法原理原理溶液中由溶液中由A、B两种金属离子,它们的电两种金属离子,它们的电流与阴极析出电位的关系如右图所示,流与阴极析出电位的关系如右图所示,a、b两点代表两点代表A、B的析出电位。的析出电位。如果阴极电位控制在如果阴极电位控制在a与与b之间的之间的d点,则点,则A离子能在阴极还原析出而离子能在阴极还原析出而B离子则不能析离子则不能析出,从而达到出,从而达到A、B两种离子分离的目的。两种离子分离的目的。如果阴极电位控制在如果阴极电
11、位控制在b之后某点,则之后某点,则A、B两离子均还原出来。两离子均还原出来。第20页,共54页,编辑于2022年,星期日R对电极对电极(阳极阳极)工作电极工作电极(阴极阴极)SCE电子电子毫伏计毫伏计装置图装置图第21页,共54页,编辑于2022年,星期日控制阴极电位电解装置图控制阴极电位电解装置图第22页,共54页,编辑于2022年,星期日t电流、电位与时间曲线电流、电位与时间曲线第23页,共54页,编辑于2022年,星期日 控制电位电解过程中,若仅有一种物质在电极上析控制电位电解过程中,若仅有一种物质在电极上析出,且电流效率为出,且电流效率为100%,电流与电解的时间关系为:,电流与电解的
12、时间关系为:式中式中i0为开始电解时的电流,为开始电解时的电流,i t为时间为时间t时的电流,时的电流,k为常数,为常数,它与溶液性质等因素有如下关系:它与溶液性质等因素有如下关系:式中式中D为扩散系数为扩散系数(cm2s-1),A为电极表面积为电极表面积(cm2),V为为溶液体积溶液体积(cm3),为扩散层厚度为扩散层厚度(cm),常数,常数26.1中已包中已包含将含将D单位转换为单位转换为cm2min-1的换算因子的换算因子60在内在内欲缩短电解时间,使欲缩短电解时间,使k增大,即:电极增大,即:电极表面积大;溶液体积小;升温使表面积大;溶液体积小;升温使D增增大;搅拌减小扩散层厚度大;搅
13、拌减小扩散层厚度第24页,共54页,编辑于2022年,星期日应用应用电重量分析电重量分析电解分离电解分离方法特点方法特点选择性高,分离效果好选择性高,分离效果好分析时间较长分析时间较长实例:通过计算说明两种离子是否可以分离完全实例:通过计算说明两种离子是否可以分离完全Cu2+:1molL-1;Ag+:0.01molL-1第25页,共54页,编辑于2022年,星期日析析(Ag+)比比析析(Cu2+)正,故正,故Ag+先析出先析出Ag+的浓度达到的浓度达到10-7molL-1时,即沉淀完全。时,即沉淀完全。此时,此时,Cu2+尚未析出尚未析出Ag+和和Cu2+可可分离完全分离完全第26页,共54页
14、,编辑于2022年,星期日(三)(三)汞阴极电解分离法汞阴极电解分离法电极电极阴极:汞或汞齐化的铂阴极:汞或汞齐化的铂阳极:铂阳极:铂用途用途主要用于分离主要用于分离例例1:电解还原:电解还原Cu2+、Pb2+和和Cd2+,提纯铀。提纯铀。例例2:酶法分析中,电解除去重金属:酶法分析中,电解除去重金属离子。离子。第27页,共54页,编辑于2022年,星期日特点特点1)1)金属与汞形成汞齐金属与汞形成汞齐,金属的析出电位正金属的析出电位正 移移,易还原析出;同时还能防止其再被易还原析出;同时还能防止其再被 氧化溶解氧化溶解2)H2(汞汞)较大,使许多金属离子可以在较大,使许多金属离子可以在氢析出
15、之前在汞阴极上还原成金属,氢析出之前在汞阴极上还原成金属,扩大了电解分离范围扩大了电解分离范围H2(汞汞)-0.8V3)汞呈液态,易挥发,有毒。汞呈液态,易挥发,有毒。第28页,共54页,编辑于2022年,星期日2库仑分析法库仑分析法一一 基本原理基本原理1 含义含义在在电流效率电流效率为为100100的条件下,根的条件下,根据电解过程中所消耗的电量来求得被测物据电解过程中所消耗的电量来求得被测物质含量的方法,称库仑分析法。质含量的方法,称库仑分析法。2 方法分类方法分类控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法控制电流库仑分析法(库仑滴定法)控制电流库仑分析法(库仑滴定法)第29页,共54页,编辑
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