7电化学分析法详解优秀PPT.ppt
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1、 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 电化学分析法是利用物质在溶液中的电化学性质及电化学分析法是利用物质在溶液中的电化学性质及其变更,通过测量被测物质的电化学参数(电动势、电其变更,通过测量被测物质的电化学参数(电动势、电位、电导、电量等),依据电化学参数与被测物质浓度位、电导、电量等),依据电化学参数与被测物质浓度之间的变更关系进行分析的方法。之间的变更关系进行分析的方法。一、分类一、分类一、分类一、分类(依据所测定电化学参数的不同分依据所测定电化学参数的不同分依据所测定电化学参数的不同分依据所测定电化学参数的不
2、同分)(1 1)电导分析法电导分析法 (2)电解分析法)电解分析法(3)电位分析法)电位分析法 (4)库仑分析法)库仑分析法(5)极谱分析法)极谱分析法 (6)伏安分析法)伏安分析法 第七章第七章 电化学分析法电化学分析法 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 1、干脆电位法、干脆电位法 利用原电池的电动势和有关离子浓度之间的利用原电池的电动势和有关离子浓度之间的关系,干脆测定出有关离子浓度的方法。关系,干脆测定出有关离子浓度的方法。2、电位滴定法、电位滴定法 通过视察滴定过程中电势的突然变更以确定滴通过视察滴定过程
3、中电势的突然变更以确定滴定终点的方法。定终点的方法。电位分析法是通过测定原电池的电动势,以确定待测物含量的电位分析法是通过测定原电池的电动势,以确定待测物含量的分析方法,是应用最多的一种仪器分析法分析方法,是应用最多的一种仪器分析法,包括包括:干脆电位法和电干脆电位法和电势滴定法。势滴定法。二、电位分析法二、电位分析法 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 (1)精确度高,重现性和稳定性好。)精确度高,重现性和稳定性好。(2)灵敏度高,)灵敏度高,10-410-8mol/L。(3)选择性好(解除干扰)。)选择性好(解
4、除干扰)。(4)应用广泛(常量、微量和痕量分析)。)应用广泛(常量、微量和痕量分析)。(5)仪器设备简洁,可实现自动化和在线检测。)仪器设备简洁,可实现自动化和在线检测。三、电化学分析法的特点三、电化学分析法的特点 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 定义:电极电位随被测离子的浓度变更而变更的电极(定义:电极电位随被测离子的浓度变更而变更的电极(与与C有关)。有关)。电极按结构和组成分为:金属基电极和膜电极电极按结构和组成分为:金属基电极和膜电极一、指示电极一、指示电极 以金属为基体的电极以金属为基体的电极,电极电
5、位是基于电子的转移电极电位是基于电子的转移,金属基体金属基体是电子转移的通道。是电子转移的通道。常见的金属基电极有如下几种:常见的金属基电极有如下几种:第一节第一节 参比电极和指示电极参比电极和指示电极1.金属基电极金属基电极 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 (1)金属金属-金属离子电极金属离子电极 由能发生氧化还原反应的金属插入该金属离子的溶液中组成由能发生氧化还原反应的金属插入该金属离子的溶液中组成的电极叫金属的电极叫金属-金属离子电极,简称金属电极。如:金属离子电极,简称金属电极。如:Ag-Ag+电极。电
6、极。电极反应:电极反应:Ag+e-=Ag电极电势为:电极电势为:可见,电极电势的大小取决于溶液中金属离子的浓度。可见,电极电势的大小取决于溶液中金属离子的浓度。全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 (2)金属金属-金属难溶盐电极金属难溶盐电极 由由表表面面涂涂有有同同一一种种难难溶溶盐盐的的金金属属插插入入该该难难溶溶盐盐的的阴阴离离子子溶溶液液中中组组成成的的电电极极。例例如如,将将表表面面涂涂有有AgCl的的银银丝丝插插入入到到含含氯氯离离子子的的溶液中,组成银溶液中,组成银-氯化银电极。氯化银电极。电极反应为:
7、电极反应为:AgCl+e-=Ag+Cl-可见,电极电势的大小取决于溶液中可见,电极电势的大小取决于溶液中阴离子的浓度阴离子的浓度。电极电势为:电极电势为:全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 (3)惰性电极惰性电极可见,电极电位大小取决于溶液中氧化态和还原态的浓度之比。可见,电极电位大小取决于溶液中氧化态和还原态的浓度之比。电极反应为:电极反应为:Fe 3+e-=Fe 2+由惰性金属(铂或金)插入含有氧化态和还原态电对的溶液由惰性金属(铂或金)插入含有氧化态和还原态电对的溶液中所组成的电极。中所组成的电极。惰性金属不
8、参与电极反应惰性金属不参与电极反应,仅起传递电子的作用仅起传递电子的作用,是电子交换是电子交换的场所,因此又称为零类电极或氧化还原电极。如将铂丝插入的场所,因此又称为零类电极或氧化还原电极。如将铂丝插入Fe3,Fe2混合液中组成铂电极,电极表示为:混合液中组成铂电极,电极表示为:PtFe3+,Fe2+电极电势为:电极电势为:全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 离子选择性电极(离子选择性电极(ISE)也称膜电极,是一种利用选择性的)也称膜电极,是一种利用选择性的电极膜对溶液中的待测离子产生选择性的响应,而指示待测离电
9、极膜对溶液中的待测离子产生选择性的响应,而指示待测离子浓度的变更的电极。如:玻璃电极。子浓度的变更的电极。如:玻璃电极。2离子选择性电极离子选择性电极 电电极极电电位位只只与与溶溶液液中中某某种种特特定定的的离离子子(待待测测离离子子)浓度有关系,关系符合浓度有关系,关系符合Nernst方程。方程。特点:特点:1)无无电电子子转转移移,靠靠离离子子扩扩散散和和离离子子交交换换产产生生膜电位。膜电位。2)对特定离子具有响应,选择性好)对特定离子具有响应,选择性好。全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 电电极极电电位位不
10、不随随待待测测离离子子浓浓度度的的变变更更而而变变更更的的电电极极叫叫做做参参比比电电极极,即即与与C无关。无关。1标准氢电极(标准氢电极(SHE):一级参比电极):一级参比电极 电极反应:电极反应:2H+2e-=H2二、参比电极二、参比电极 参比电极分为:一级参比电极和二级参比电极。标准氢电极参比电极分为:一级参比电极和二级参比电极。标准氢电极(SHE)是一级参比电极,因其运用不便利,常用二级参比电极,)是一级参比电极,因其运用不便利,常用二级参比电极,如:饱和甘汞电极、银如:饱和甘汞电极、银氯化银电极。氯化银电极。国际纯粹与应用化学联合会(国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定:标准氢
11、电极的电)规定:标准氢电极的电极电位在标准状态下为零,即:极电位在标准状态下为零,即:全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 1.电极引线电极引线 2.玻璃内管玻璃内管 3.汞汞 4.汞汞-甘汞糊甘汞糊 5.石棉或纸浆石棉或纸浆 6.玻璃外管套玻璃外管套 7.饱和饱和KCl溶液溶液 8.KCl晶体晶体 9.素烧瓷片素烧瓷片 10.小橡皮套小橡皮套 饱和甘汞电极结构示意图饱和甘汞电极结构示意图 2饱和甘汞电极饱和甘汞电极 由由Hg和甘汞糊,及饱和和甘汞糊,及饱和KCl溶液组成。溶液组成。甘汞电极是由金属甘汞电极是由金属汞
12、、甘汞汞、甘汞(Hg2Cl2)和和KCl溶液组成,如下图溶液组成,如下图。电极反应:电极反应:Hg2Cl2+2e-=2Hg+2Cl-全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 25(298.15K)时,)时,甘汞电极的甘汞电极的电极电势表示为:电极电势表示为:可以看出,甘汞电极的电位随氯离子浓度的变更而变更,当氯可以看出,甘汞电极的电位随氯离子浓度的变更而变更,当氯离子浓度确定时,则甘汞电极的电位就为确定值。离子浓度确定时,则甘汞电极的电位就为确定值。在在25时,三种浓度的时,三种浓度的KCl溶液的甘汞电极的电位分别为:溶
13、液的甘汞电极的电位分别为:KCl溶液浓度溶液浓度 0.1mol/L 1mol/L 饱和饱和KCl溶液溶液 电极电位电极电位(V)0.3337 0.2801 0.2412饱和甘汞电极(饱和甘汞电极(SCE)的)的电极电势为电极电势为:全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 电极反应式:电极反应式:AgCl+e-=Ag+Cl-3银银-氯化银电极氯化银电极 银银-氯化银电极是由涂镀一层氯化银的银丝浸入到确定浓度氯化银电极是由涂镀一层氯化银的银丝浸入到确定浓度的氯化钾溶液中所构成,如下图。的氯化钾溶液中所构成,如下图。电极电势
14、为:电极电势为:可见,电极电位的变更随着氯离子浓度(浓可见,电极电位的变更随着氯离子浓度(浓度)的变更而变更。度)的变更而变更。当当KCl为饱和溶液时,其电极电位是确定值,为饱和溶液时,其电极电位是确定值,即:即:全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 其次节其次节 干脆电位法干脆电位法 干脆电位法是利用电池电动势与待测组分浓度之间的函数关系,干脆电位法是利用电池电动势与待测组分浓度之间的函数关系,通过测定电池电动势而干脆求得样品溶液中待测组分的浓度的电通过测定电池电动势而干脆求得样品溶液中待测组分的浓度的电位法。该法
15、通常用于溶液的位法。该法通常用于溶液的pH测定和其他离子浓度的测定。测定和其他离子浓度的测定。电位法测定溶液电位法测定溶液pH,目前最常用的,目前最常用的指示电极是指示电极是pH玻璃电极、玻璃电极、最常用的最常用的参比电极是饱和甘汞电极参比电极是饱和甘汞电极。下面着重介绍。下面着重介绍pH玻璃电玻璃电极。极。一、电位法测定溶液的一、电位法测定溶液的pH 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 (一)玻璃电极一)玻璃电极1pH玻璃电极的构造玻璃电极的构造 pH玻璃电极的构造如图所示。它的主要部分是电极下端接的玻玻璃电极的
16、构造如图所示。它的主要部分是电极下端接的玻璃球形薄膜,球膜是由特殊成分的玻璃制成,膜厚度约为璃球形薄膜,球膜是由特殊成分的玻璃制成,膜厚度约为0.050.1mm,膜内盛有确定浓度的,膜内盛有确定浓度的KCl的的pH缓冲溶液,作为内参比液,缓冲溶液,作为内参比液,溶液中插入一支银溶液中插入一支银-氯化银电极作为内参比电极。氯化银电极作为内参比电极。全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 玻璃电极浸泡水中后,在玻璃膜表面形玻璃电极浸泡水中后,在玻璃膜表面形成一层很薄的水化凝胶层,浸泡好的玻成一层很薄的水化凝胶层,浸泡好的玻
17、璃电极插入到待测溶液中时,水化凝胶璃电极插入到待测溶液中时,水化凝胶层与溶液接触,层与溶液接触,H+便从浓度高的一侧向便从浓度高的一侧向浓度低的一侧迁移,当达到平衡时就产浓度低的一侧迁移,当达到平衡时就产生了确定的内、外膜相界电位,如左图。生了确定的内、外膜相界电位,如左图。2pH玻璃电极的电极电势玻璃电极的电极电势=K+0.059lg =K0.059pH外 存在于外膜相界电位与内膜相界电位之间的电位存在于外膜相界电位与内膜相界电位之间的电位差,则称为玻璃电极的膜电位(差,则称为玻璃电极的膜电位()。)。=K+0.059lg =K 0.059pH外 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划
18、教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 25时,该电池的电动势时,该电池的电动势E为:为:(二)测定原理和方法(二)测定原理和方法 电位法测定溶液电位法测定溶液pH,常以玻璃电极为指示电极,饱和甘汞电极,常以玻璃电极为指示电极,饱和甘汞电极为参比电极,浸入待测溶液中组成原电池。为参比电极,浸入待测溶液中组成原电池。1.测定原理测定原理 全国高职高专全国高职高专“十二五十二五”规划教材规划教材Analytical Chemistry 分析化学分析化学 实际测定时每支玻璃电极的实际测定时每支玻璃电极的K均不同,并且每一支玻璃电极均不同,并且每一支玻璃电极的不对称电位
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