无机及分析化学吸光和电势精品文稿.ppt

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1、无机及分析化学吸光和电势第1页，本讲稿共42页7-1 吸光光度法概述吸光光度法概述一一.定定义义 根据物质对光的选择性吸收来进根据物质对光的选择性吸收来进行分析的一种方法。行分析的一种方法。二二.特特点点灵敏度高灵敏度高(10-310-6molL-1)准确度高准确度高(RE25%)仪器设备简单，操作简便，测定速度快仪器设备简单，操作简便，测定速度快应用广泛应用广泛第2页，本讲稿共42页7-2 吸光光度法原理吸光光度法原理一一.光及物质对光的吸收光及物质对光的吸收1.光的性质及电磁波谱光的性质及电磁波谱（1）光的性质）光的性质（2）电磁波谱）电磁波谱电电磁磁波波 射线射线X射线射线真空紫真空紫外

2、区外区近紫近紫外区外区可见可见光区光区近红近红外区外区远红远红外区外区微波微波无线电无线电波波波波长长10-3 0.1nm0.110 nm10200 nm200400 nm400760 nm0.7650m501000 m0.1100cm1.01000m第3页，本讲稿共42页2.物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收（1）分子吸收光谱）分子吸收光谱吸光质点吸光质点(水溶液或有机溶剂中水溶液或有机溶剂中):分子或离子分子或离子E=h（2）物质对光的吸收）物质对光的吸收物质对光的吸收是有选择性的。物质对光的吸收是有选择性的。有色溶液的颜色实际上是透过光的有色溶液的颜色实际上是透过光的颜色，它与被吸

3、收光的颜色成互补色颜色，它与被吸收光的颜色成互补色的关系。的关系。第4页，本讲稿共42页红红650750橙橙600650黄黄580600绿绿500580青青490500青蓝青蓝480490蓝蓝450480紫紫400450白光白光互补色光示意图互补色光示意图单色光单色光(chromatic light)：具有单一波长具有单一波长的光的光。复合光复合光(poly chromatic light)：由不同波长的光组由不同波长的光组成的光成的光。两种适当颜色的单色光按一定强度比例混两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合可形成白光，这两种单色光称为合可形成白光，这两种单色光称为互补色光互补色光。单色光和

4、复合光单色光和复合光第5页，本讲稿共42页（3）光的吸收曲线）光的吸收曲线(absorption curve of light)吸光度吸光度(absorbance)：物质对光的吸收程度。：物质对光的吸收程度。maxAKMnO4吸收曲线吸收曲线C1C2C3C4max只随物质种类只随物质种类而异，与浓度无关。而异，与浓度无关。浓度增大浓度增大,光的吸收程光的吸收程度增大度增大,但但max不变。不变。测定时测定时,只有用只有用max波波长的光长的光,灵敏度最高。灵敏度最高。第6页，本讲稿共42页二二.光的吸收定律光的吸收定律1.朗伯朗伯比尔定律比尔定律(Law of LambertBeer)A=Kb

5、cb：溶液厚度：溶液厚度 c：溶液浓度：溶液浓度T=I/I0A=lgT=Kbc第7页，本讲稿共42页2.吸光系数和摩尔吸光系数吸光系数和摩尔吸光系数吸光系数吸光系数(K)：单位：单位Lg-1cm-1,A=abc.10410451045104 105 105灵敏度低灵敏度低中等灵敏度中等灵敏度高等灵敏度高等灵敏度超高灵敏度超高灵敏度摩尔吸光系数摩尔吸光系数():单位单位Lmol-1cm-1，A=bc。第8页，本讲稿共42页3.偏离朗伯偏离朗伯比尔定律的原因比尔定律的原因正偏正偏离离负偏负偏离离A浓度浓度c（1）非单色光引起的偏离）非单色光引起的偏离A=bc=Kc（2）由于溶液本身的物理）由于溶液

6、本身的物理或化学因素引起的偏离或化学因素引起的偏离介质不均匀引起的偏离介质不均匀引起的偏离溶液稀释后吸光质点总溶液稀释后吸光质点总数发生变化数发生变化被测溶液浓度过大引起的偏离被测溶液浓度过大引起的偏离被测溶液浓度小于被测溶液浓度小于0.01 molL-1时不会引起偏离。时不会引起偏离。第9页，本讲稿共42页7-3 显色反应和显色条件的选择显色反应和显色条件的选择一一.显色反应的选择显色反应的选择1.灵敏度高灵敏度高2.选择性好选择性好3.有色化合物的组成恒定、性质稳定有色化合物的组成恒定、性质稳定4.有色化合物与显色剂之间色差要大有色化合物与显色剂之间色差要大(即即显色剂在测量波长附近无明显

7、吸收显色剂在测量波长附近无明显吸收)第10页，本讲稿共42页二二.显色条件的选择显色条件的选择1.显色剂的用量显色剂的用量2.溶液的酸度溶液的酸度3.温度温度4.显色反应时间显色反应时间第11页，本讲稿共42页三三.干扰离子的消除干扰离子的消除（1）控制酸度）控制酸度（2）加掩蔽剂）加掩蔽剂（3）分离干扰离子）分离干扰离子（4）可通过实验寻找适宜的波长）可通过实验寻找适宜的波长或参比溶液或其它测定条件。或参比溶液或其它测定条件。第12页，本讲稿共42页四四.吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择1.入射光波长的选择入射光波长的选择依据：作吸收曲线依据：作吸收曲线,以以max为测量的入射波长。

8、为测量的入射波长。2.参比溶液的选择参比溶液的选择作用作用用来调节测定零点用来调节测定零点(A=0或或T=100%)。目的目的使测得的吸光度能真正反映被测物质的含量。使测得的吸光度能真正反映被测物质的含量。第13页，本讲稿共42页参比溶液的选择方法参比溶液的选择方法类别类别被测试液被测试液试剂试剂显色剂显色剂选择的参比溶液选择的参比溶液溶液溶液中各中各组成组成成分成分的颜的颜色色无无无无无无蒸馏水蒸馏水被测离子被测离子以外的物以外的物质有色质有色无无无无被测试液被测试液无无有有有有显色剂显色剂+试剂试剂有有无或无或有有有有掩蔽待测组分的试掩蔽待测组分的试液液+显色剂显色剂+试剂试剂第14页，本

9、讲稿共42页3.吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择 测定结果的准确度常用浓度的相对测定结果的准确度常用浓度的相对误差误差c/c表示。表示。A=lgT如以有限值表示：如以有限值表示：第15页，本讲稿共42页 A=Kc，A=Kc以以c/cT作曲线：作曲线：36.8%T透光率在透光率在2065%(A=0.20.7)范围内，测定的范围内，测定的相对误差较小。相对误差较小。T=36.8%(A=0.434)测定的相测定的相对误差最小对误差最小(c/c=2.73%)。第16页，本讲稿共42页五五.吸光光度法及其仪器吸光光度法及其仪器1.吸光光度法吸光光度法分光光度法分光光度法标准曲线法标准曲线法比较法

10、比较法2.仪器构造仪器构造光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测系统检测系统信号显示系统信号显示系统第17页，本讲稿共42页1.在在符符合合朗朗伯伯-比比耳耳定定律律的的范范围围内内，有有色色物物的的浓浓度度（c）最最大大的的吸吸收收波波长长()和和吸吸光光度度(A)的关系是：的关系是：()A.c增加、增加、增加、增加、A增加增加 B.c减小、减小、不变、不变、A减小减小C.c减小、减小、增加、增加、A增加增加 D.c增加、增加、不变、不变、A减小减小 2.分分 光光 光光 度度 分分 析析 中中，在在 某某 浓浓 度度 下下，以以 1 cm 比比 色色 皿皿 测测 得得 透透 光光 率率 为为

11、T,若若 浓浓 度度 增增 加加 一一 倍倍，透透 光光 率率 为：（为：（）A、T2；B、T 2；C、2T；D、第18页，本讲稿共42页7-4电势分析法概述电势分析法概述一一.基本原理基本原理1.什么是电势分析法什么是电势分析法？通过测定含有待测溶液的化学电池通过测定含有待测溶液的化学电池的电动势，从而求得溶液中待测组分含的电动势，从而求得溶液中待测组分含量的方法。量的方法。2.分类分类直接电势法直接电势法电势滴定法电势滴定法第19页，本讲稿共42页3.测量原理及方法测量原理及方法（1）原理）原理Mn+ne M（2）方法）方法 单一电极的电势无法测量，因此实际上单一电极的电势无法测量，因此实

12、际上测量的是由两支电极和待测溶液组成的工作测量的是由两支电极和待测溶液组成的工作电池的电动势。电池的电动势。第20页，本讲稿共42页M|Mz+|参比电极参比电极两支电极两支电极指示电极指示电极：电势随待测离子活度而：电势随待测离子活度而变的电极。变的电极。参比电极参比电极：电势恒定的电极。：电势恒定的电极。注：参比电极视具体情况既可作正极，注：参比电极视具体情况既可作正极，亦可作负极。亦可作负极。二二.参比电极参比电极1.对参比电极的要求对参比电极的要求 电极电势已知且稳定，不受试液组成变化电极电势已知且稳定，不受试液组成变化的影响，重现性好，易于制备。的影响，重现性好，易于制备。第21页，本

13、讲稿共42页2.常用参比电极常用参比电极（1）甘汞电极）甘汞电极Hg，Hg2Cl2(s)|KCl(aq)Hg2Cl2(s)+2e 2Hg+2Cl-c(KCl)/molL-1电极电势电极电势E/V0.1+0.33681.0+0.2828饱和饱和+0.2438Tab1在在298K时甘汞电极的电极电势时甘汞电极的电极电势(Vs.SHE)第22页，本讲稿共42页Tab2在在298K时银时银-氯化银电极的电极电势氯化银电极的电极电势(Vs.SHE)c(KCl)/molL-1电极电势电极电势E/V0.1+0.28801.0+0.2223饱和饱和+0.2000（2）银）银氯化银电极氯化银电极Ag，AgCl(

14、s)|KCl(aq)AgCl+e Ag+Cl-第23页，本讲稿共42页三三.指示电极指示电极1.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）Mn+ne MM：Ag、Cu、Zn、Cd、Hg等等2.金属金属金属难溶盐电极（第二类电极）金属难溶盐电极（第二类电极）如参比电极等。如参比电极等。第24页，本讲稿共42页3.汞电极（第三类电极）汞电极（第三类电极）Hg(S)|HgY2-(110-6molL-1)，MYn-4，Mn+4.惰性金属电极（零类电极）惰性金属电极（零类电极）将惰性金属浸入含有可溶性的氧化将惰性金属浸入含有可溶性的氧化态和还原态物质的溶液中组成。态和还原态物质的溶液中

15、组成。如，如，Pt|Fe3+(c1)，Fe2+(c2)|第25页，本讲稿共42页5.离子选择性电极（膜电极）离子选择性电极（膜电极）（1）pH玻璃膜电极玻璃膜电极氢离子指示电极氢离子指示电极组成组成SiO272%+CaO6%+Na2O22%，膜厚，膜厚50100m。膜电势及玻璃电极的电势膜电势及玻璃电极的电势第26页，本讲稿共42页玻璃膜中离子分布图玻璃膜中离子分布图外部溶液水化胶层干玻璃层水化胶层内部溶液表面点位被H+交换10-410-5mm点位为H+和Na+所占有0.1mm点位为Na+所占有10-410-5mm点位为H+和Na+所占有表面点位被H+交换SiO-Na+(表面表面)+H+(液液

16、)=SiO-H+(表面表面)+Na+(液液)H+(水化层水化层)H+(溶液溶液)第27页，本讲稿共42页相界电势的产生相界电势的产生：当溶液中氢离子活：当溶液中氢离子活(浓浓)度大度大于水化胶层的氢离子活于水化胶层的氢离子活(浓浓)度时，则氢离子从度时，则氢离子从溶液进入水化胶层，反之，则氢离子由水化胶溶液进入水化胶层，反之，则氢离子由水化胶层进入溶液，氢离子的扩散破坏了膜外表面与层进入溶液，氢离子的扩散破坏了膜外表面与试液间两相界面的电荷分布，从而产生电势差，试液间两相界面的电荷分布，从而产生电势差，形成相界电势形成相界电势(外外)。同理膜内表面与内参比溶。同理膜内表面与内参比溶液两相界面间

17、也产生相界电势液两相界面间也产生相界电势(内内)。第28页，本讲稿共42页 分别为膜外、分别为膜外、内的氢离子活度及水化胶层中氢离子活度，内的氢离子活度及水化胶层中氢离子活度，K外外、K内内为玻璃外、内膜性质决定的常数。为玻璃外、内膜性质决定的常数。第29页，本讲稿共42页 对于同一支玻璃电极，膜内外表面的性质可以看对于同一支玻璃电极，膜内外表面的性质可以看成是相同的，故成是相同的，故K外外=K内内;且膜内外水化胶层中可被且膜内外水化胶层中可被氢离子交换的点位数相同氢离子交换的点位数相同,则则 。因此。玻璃膜内外侧之间的电势差为：因此。玻璃膜内外侧之间的电势差为：第30页，本讲稿共42页 作为

18、玻璃电极的整体，玻璃电极的电作为玻璃电极的整体，玻璃电极的电势应包括内参比电极的电势，即：势应包括内参比电极的电势，即：因内参比电极为因内参比电极为AgAgCl，其电势为：，其电势为：因因(Cl-)、(H+内内)为常数，则为常数，则 上式表明，试液的上式表明，试液的pHpH值每改变一个单位，电势变化值每改变一个单位，电势变化59mV59mV，这是玻璃电极成为氢离子指示电极的依据。，这是玻璃电极成为氢离子指示电极的依据。第31页，本讲稿共42页玻璃电极的特性玻璃电极的特性A：不对称电势：不对称电势 如果玻璃膜两侧溶液的如果玻璃膜两侧溶液的pH相同，则膜电势应相同，则膜电势应等于零。但实际上仍有一

19、微小的电势差等于零。但实际上仍有一微小的电势差（130mV）存在，此电势差即为）存在，此电势差即为不对称电势不对称电势，它，它是是由于玻璃膜内外结构和性质上的差异造成的。由于玻璃膜内外结构和性质上的差异造成的。消除方法消除方法：在水溶液中经过较长时间的浸泡可使不：在水溶液中经过较长时间的浸泡可使不对称电势降至最小值并保持稳定，并可通过使用标对称电势降至最小值并保持稳定，并可通过使用标准缓冲溶液校正电极的方法予以抵消。准缓冲溶液校正电极的方法予以抵消。第32页，本讲稿共42页B：碱差（或钠差）：碱差（或钠差）用玻璃电极测定用玻璃电极测定pH10的溶液或钠离的溶液或钠离子浓度较高的溶液时，测得的子

20、浓度较高的溶液时，测得的pH值比实际值比实际数值偏低的现象。数值偏低的现象。产生原因产生原因：由于在水化胶层和溶液界面之间的：由于在水化胶层和溶液界面之间的离子交换过程中，不但有氢离子参加，而且有离子交换过程中，不但有氢离子参加，而且有钠离子的贡献，结果由电极电势反映出来的是钠离子的贡献，结果由电极电势反映出来的是氢离子活度增加，氢离子活度增加，pH降低。降低。第33页，本讲稿共42页C：酸差：酸差 指用指用pH玻璃电极测定玻璃电极测定pH1的强酸性溶液的强酸性溶液时，时，pH的测定值比实际值高。的测定值比实际值高。产生原因产生原因：由于在强酸性溶液中，水分子：由于在强酸性溶液中，水分子活度减

21、小，而活度减小，而H+是靠是靠H3O+传递的，这样达传递的，这样达到电极表面的氢离子减少，到电极表面的氢离子减少，pH增高。增高。第34页，本讲稿共42页溶液溶液pH值的测定值的测定1.基本原理基本原理()Ag|AgCl(s),HCl(0.1 molL-1)|玻璃膜玻璃膜|试试液或标准缓冲溶液液或标准缓冲溶液|KCl(饱和饱和),Hg2Cl2(s)|Hg(+)甘汞电极甘汞电极玻璃电极玻璃电极pH测定示意图测定示意图此电池可表示为：此电池可表示为：第35页，本讲稿共42页E电池电池=(甘汞甘汞)(玻璃玻璃)+(不对称不对称)+(液接液接)=(甘汞甘汞)(玻膜玻膜)(AgCl/Ag)+(不对称不对

22、称)+(液接液接)=(甘汞甘汞)(K 0.0592pH)(AgCl/Ag)+(不对称不对称)+(液接液接)=K+0.0592pHE电池电池=K+0.0592pH K无法测量，在实际测定中，溶液无法测量，在实际测定中，溶液(X)的的pHx是通过与标准溶液的是通过与标准溶液的pHs相比较而确定的。相比较而确定的。第36页，本讲稿共42页Es=Ks+0.0592pHsEx=Kx+0.0592pHxpH的操作定义（的操作定义（pH标度）标度）（测定条件相同，（测定条件相同，Kx=Ks）第37页，本讲稿共42页例例1：在下列电池中：溶液是：在下列电池中：溶液是pH=4.00的的缓冲溶液时，在缓冲溶液时，

23、在298K测得电池的电动势测得电池的电动势为为0.209V，玻璃电极，玻璃电极|H+（a=xmolL-1）|SCE（饱和甘汞电极），现测得三（饱和甘汞电极），现测得三种被测试液的电池的电动势分别为种被测试液的电池的电动势分别为0.312V、0.088V、-0.017V。计算该三种。计算该三种试液的试液的pH值各为多少？值各为多少？第38页，本讲稿共42页例例2：在：在298K时，下列电池：时，下列电池：Pt|H2（100KPa）|HCl|标准甘汞电极，测得其标准甘汞电极，测得其电动势为电动势为0.342V。而当待测试液为。而当待测试液为NaOH溶液时，测得其电动势为溶液时，测得其电动势为1.0

24、50V。取该。取该NaOH溶液溶液20.00ml，用上述，用上述HCl溶液完全溶液完全中和，此时需用多少中和，此时需用多少ml该该HCl溶液？溶液？第39页，本讲稿共42页2.液体接界电势（简称液体接界电势（简称“液接电势液接电势”）液体接界电势液体接界电势：产生于具有不同电解质或浓：产生于具有不同电解质或浓度不同的同种电解质溶液界面之间，由于离度不同的同种电解质溶液界面之间，由于离子扩散通过界面的速率不同，有微小的电势子扩散通过界面的速率不同，有微小的电势差产生，这种电势差即为液体接界电势。差产生，这种电势差即为液体接界电势。减小或消除液接电势的方法减小或消除液接电势的方法:使用盐桥。使用盐

25、桥。第40页，本讲稿共42页1.在电势分析法中作为指示电极，其电势在电势分析法中作为指示电极，其电势应与被测离子的浓度（应与被测离子的浓度（）A.无关无关 B.成正比成正比 C.与对数成正比与对数成正比 D.符合符合Nernst公式的关系公式的关系2.pH玻璃电极的响应机理与膜电势的产生是由于玻璃电极的响应机理与膜电势的产生是由于A.H+在玻璃膜表面还原而传递电子在玻璃膜表面还原而传递电子B.H+进入玻璃膜的晶格缺陷而形成双电层结构进入玻璃膜的晶格缺陷而形成双电层结构C.H+穿透玻璃膜而使膜内外产生浓度差而形成穿透玻璃膜而使膜内外产生浓度差而形成双电层结构双电层结构D.H+在玻璃膜表面进行离子

26、交换和扩散形成双在玻璃膜表面进行离子交换和扩散形成双电层结构电层结构 第41页，本讲稿共42页4.普通玻璃电极不宜测定普通玻璃电极不宜测定pH9的溶液的溶液的的pH值，主要原因是（值，主要原因是（）A.Na+在电极上有响应在电极上有响应 B.OH-在电极上有响应在电极上有响应 C.玻璃被碱腐蚀玻璃被碱腐蚀 D.玻璃电极内阻太大玻璃电极内阻太大 5.电驶分析法中电驶分析法中,pH玻璃电极的内参比电极一般为玻璃电极的内参比电极一般为A.标准氢电极标准氢电极 B.铂丝铂丝 C.Ag-AgCl电极电极 D.甘汞电极甘汞电极6.玻璃电极在使用前，需在去离子水中浸泡玻璃电极在使用前，需在去离子水中浸泡24h以以上，目的是上，目的是 ；饱和甘汞；饱和甘汞电极使用温度不得超过电极使用温度不得超过 ，这是因为当温度较，这是因为当温度较高时高时 。使不对称电势处于稳定值使不对称电势处于稳定值80Hg2Cl2 =Hg +HgCl2 第42页，本讲稿共42页