利用物质的电学或电化学性质进行分析的方法市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

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1、利用物质利用物质利用物质利用物质电学或电化学性电学或电化学性电学或电化学性电学或电化学性质质质质进行分析方法进行分析方法进行分析方法进行分析方法与与浓度浓度之间之间关系关系 电位电位电流电流电量电量电阻电阻使待测液组使待测液组使待测液组使待测液组成成成成化学电池化学电池化学电池化学电池确定待测确定待测物物含量含量电位分析法电位分析法电导分析法电导分析法库仑分析法库仑分析法极谱分析法极谱分析法1第1页原电池原电池外电路外电路接通时可产生电流接通时可产生电流化学能化学能 电电能能电解电池电解电池直流电源直流电源提供电能使物质分解提供电能使物质分解 电能电能 化学能化学能基础知识基础知识1.电化电池

2、电化电池化学能化学能 电电能能阳极阳极阴极阴极Zn Cu2第2页Zn Zn2+2e Cu2+2e Cu阳极阳极阳极阳极_ _为为为为负极负极负极负极发生发生发生发生氧化反应氧化反应氧化反应氧化反应阴极阴极阴极阴极_ _为为为为正极正极正极正极发生发生发生发生还原反应还原反应还原反应还原反应电位较高电位较高电位较高电位较高电极为正电极为正电极为正电极为正极，易极，易极，易极，易接收电子接收电子接收电子接收电子电位较低电位较低电位较低电位较低电极为负极，电极为负极，电极为负极，电极为负极，易易易易失去电子失去电子失去电子失去电子负负负负 正正正正原电池电动势原电池电动势E0为原电池，电池反应自发进

3、行为原电池，电池反应自发进行E=正正-负负+液液EE V外外（-）Zn|Zn2+|Cu 2+|Cu (+)原电池图解表示原电池图解表示金属与溶液界面金属与溶液界面盐桥盐桥3第3页2.相间电位相间电位E E为电池中各相间电位为电池中各相间电位为电池中各相间电位为电池中各相间电位代数和代数和代数和代数和两种不一样金属接触产生两种不一样金属接触产生金属和溶液之间电位金属和溶液之间电位不一样溶液接触产生液接电位不一样溶液接触产生液接电位接触电位接触电位电极电位电极电位液接电位液接电位忽略忽略电极电位电极电位Zn-2e =Zn2+阳极金属阳极金属阳极金属阳极金属 界面上金属带负电，溶液带正电界面上金属带

4、负电，溶液带正电化学势化学势:金属中金属中Zn2+溶液中溶液中Zn2+Zn2+不停溶解进入溶液，电子留在金属上不停溶解进入溶液，电子留在金属上+双电层双电层相间平衡电极电位电位相间平衡电极电位电位Mn+ne=M=+lgaMn+0.059 n离子活度离子活度4第4页扩散作用以扩散作用以KCl为主为主Cl-和和K+扩散速度相近扩散速度相近产生液接电产生液接电位可忽略位可忽略盐桥盐桥高浓度高浓度KCl溶液溶液盐桥制备：盐桥制备：AgNO3AgNO3+浓度不一样浓度不一样浓度不一样浓度不一样同一电解质溶液同一电解质溶液同一电解质溶液同一电解质溶液浓度相同浓度相同浓度相同浓度相同不一样电解质溶液不一样电

5、解质溶液不一样电解质溶液不一样电解质溶液HNO3AgNO3+液接电位液接电位溶液之间存在溶液之间存在双电层结构双电层结构5第5页3、电极电位测定、电极电位测定单个电极电位无法测量，与另一作为单个电极电位无法测量，与另一作为单个电极电位无法测量，与另一作为单个电极电位无法测量，与另一作为电位电位电位电位参比标准参比标准参比标准参比标准电极电极电极电极组成原电池组成原电池组成原电池组成原电池vv普通情况下，普通情况下，电极电位由三种方法电极电位由三种方法得到：得到：（1）由欲测电极与）由欲测电极与标准氢电极标准氢电极组成电池，组成电池，测出该电极电极电位。测出该电极电极电位。（2）可利用）可利用稳

6、定参比电极稳定参比电极与欲测电极组成与欲测电极组成电池，测出该电极电极电位。电池，测出该电极电极电位。（3）电热力学数据计算出。）电热力学数据计算出。6第6页指示电极：指示电极：指示电极：指示电极：电位随溶液中电位随溶液中电位随溶液中电位随溶液中被测离子活度或浓度改变被测离子活度或浓度改变被测离子活度或浓度改变被测离子活度或浓度改变而改变电极。而改变电极。而改变电极。而改变电极。参比电极：参比电极：参比电极：参比电极：电极电位为电极电位为电极电位为电极电位为已已已已知恒定不变知恒定不变知恒定不变知恒定不变电极电极电极电极 一个指示电极一个指示电极一个指示电极一个指示电极 一个参比电极一个参比电

7、极一个参比电极一个参比电极当这当这当这当这两个电极两个电极两个电极两个电极一起一起一起一起浸入被浸入被浸入被浸入被测溶液测溶液测溶液测溶液中组成原电池时，中组成原电池时，中组成原电池时，中组成原电池时，经过经过经过经过测定原电池电动势测定原电池电动势测定原电池电动势测定原电池电动势，即可求得被测溶液离子活即可求得被测溶液离子活即可求得被测溶液离子活即可求得被测溶液离子活度或浓度度或浓度度或浓度度或浓度E=阴阴-阳阳原电原电原电原电池装池装池装池装置组置组置组置组成成成成7第7页采取采取滴定剂滴定剂电位分析法。在电位分析法。在滴定过程中，依据滴定过程中，依据电极电位电极电位“突跃突跃”来确定滴定

8、终点，来确定滴定终点，并由滴定剂用量并由滴定剂用量,求出被测物求出被测物质含量。质含量。经过测定经过测定原电池电原电池电极电位极电位直接测定水直接测定水中被测离子活度和中被测离子活度和浓度浓度直接直接电位法位法间接接电位法（位法（电位滴定法）位滴定法）电位分析法电位分析法分类分类7.1 电位分析法原理电位分析法原理利用利用利用利用电极电位电极电位电极电位电极电位与溶液中待测物与溶液中待测物与溶液中待测物与溶液中待测物活度或浓度活度或浓度活度或浓度活度或浓度关系关系关系关系来求得物质活度或浓度方法来求得物质活度或浓度方法来求得物质活度或浓度方法来求得物质活度或浓度方法8第8页直接电位法直接电位法

9、一、参比电极一、参比电极在在在在t t、p p一定时，一定时，一定时，一定时，准确已知准确已知准确已知准确已知，且，且，且，且不随不随不随不随待测液组成待测液组成待测液组成待测液组成而改变而改变而改变而改变SHE1 1、标准氢电极、标准氢电极、标准氢电极、标准氢电极基准电极：基准电极：0.0000电位稳定，可逆性好电位稳定，可逆性好重现性好重现性好 装置简单，使用寿命长装置简单，使用寿命长要求要求要求要求：252 2、饱和甘汞电极、饱和甘汞电极、饱和甘汞电极、饱和甘汞电极 SCE SCE 导线导线绝缘体绝缘体汞汞-甘汞甘汞 多孔物质多孔物质KCl溶液溶液Hg Hg2Cl2(固）固）,KClHg

10、2Cl2+2e 2Hg+2Cl-Hg/Hg2Cl2=Hg/Hg2Cl2 -0.059lgCl-0.2415饱和饱和饱和饱和3 3、Ag-AgClAg-AgCl电极：电极：电极：电极：常作为玻璃电极内参比电极常作为玻璃电极内参比电极0.1971测定测定原电池电极电位原电池电极电位9第9页 二、指示电极二、指示电极将溶液中将溶液中将溶液中将溶液中被测离子浓度转变成电信被测离子浓度转变成电信被测离子浓度转变成电信被测离子浓度转变成电信号号号号一个一个一个一个传感器传感器传感器传感器，一个指示电极只能一个指示电极只能一个指示电极只能一个指示电极只能指示一个物质浓度指示一个物质浓度指示一个物质浓度指示一

11、个物质浓度要求：要求：与相关离子与相关离子与相关离子与相关离子C C或活度或活度或活度或活度符合能斯特方程符合能斯特方程符合能斯特方程符合能斯特方程对对相关离子响应快，有重现性相关离子响应快，有重现性结构简单，便于使用结构简单，便于使用vv有两类可基本满足以上要求：有两类可基本满足以上要求：有两类可基本满足以上要求：有两类可基本满足以上要求：金属电极金属电极金属电极金属电极膜电极膜电极膜电极膜电极 10第10页1、金属基电极、金属基电极（1）金属）金属-金属离子电极金属离子电极：将金属浸入：将金属浸入该金属离子溶液中到达溶解平衡该金属离子溶液中到达溶解平衡11第11页（2）金属）金属-金属微溶

12、盐电极：金属微溶盐电极：将将金属及其微溶金属及其微溶盐浸入含该微溶盐阴离子溶液盐浸入含该微溶盐阴离子溶液中到达沉淀中到达沉淀-溶溶解平衡解平衡用来测定与金属离子形成难溶盐用来测定与金属离子形成难溶盐用来测定与金属离子形成难溶盐用来测定与金属离子形成难溶盐阴离子阴离子阴离子阴离子12第12页2、膜电极、膜电极-离子选择电极离子选择电极 ion selective electrode,ISE 电极上无电子转移电极上无电子转移电极上无电子转移电极上无电子转移因因因因离子交换和扩散离子交换和扩散离子交换和扩散离子交换和扩散产生产生产生产生膜电极膜电极提供对离子敏感表面提供对离子敏感表面提供对离子敏感表

13、面提供对离子敏感表面膜电位膜电位膜对某种物质有膜对某种物质有膜对某种物质有膜对某种物质有选择性响应选择性响应选择性响应选择性响应 M=k-0.059 lg 敏感膜敏感膜电极杆电极杆内参比电极内参比电极内参比溶液内参比溶液电极帽电极帽组成：组成：敏感膜敏感膜、内参比电极、内、内参比电极、内参比液参比液Ag-AgCl依据电极种类决定依据电极种类决定电位型电化学传感器电位型电化学传感器电位型电化学传感器电位型电化学传感器当前已经有测定各种阴阳当前已经有测定各种阴阳当前已经有测定各种阴阳当前已经有测定各种阴阳离子选择电极，如离子选择电极，如离子选择电极，如离子选择电极，如氟、氯、氟、氯、氟、氯、氟、氯

14、、铜离子、铜离子、铜离子、铜离子、pHpH、pNapNa、pKpK、硝酸根、硝酸根、硝酸根、硝酸根、CaCa2+2+、氨、氨、氨、氨等离子等离子等离子等离子选择电极选择电极选择电极选择电极13第13页玻璃电极玻璃电极在在在在pH19pH19范围内，范围内，范围内，范围内，对对对对H H+有很好响应有很好响应有很好响应有很好响应H H+可进入晶格并可进入晶格并可进入晶格并可进入晶格并代替代替代替代替NaNa+点位点位点位点位阴离子被带负电硅酸晶格排斥阴离子被带负电硅酸晶格排斥阴离子被带负电硅酸晶格排斥阴离子被带负电硅酸晶格排斥高价阳离子不能进入晶格高价阳离子不能进入晶格高价阳离子不能进入晶格高价

15、阳离子不能进入晶格晶格中主要是晶格中主要是晶格中主要是晶格中主要是体积小、活动能力强体积小、活动能力强体积小、活动能力强体积小、活动能力强NaNa+玻璃玻璃玻璃玻璃由固定、带由固定、带由固定、带由固定、带负电荷负电荷负电荷负电荷硅酸离子晶格硅酸离子晶格硅酸离子晶格硅酸离子晶格组成组成组成组成响应机理响应机理 21.4%NaO 6.4%CaO72.2%SiO20.050.1mm11电极接头；电极接头；电极接头；电极接头；22导线；导线；导线；导线；33电极帽；电极帽；电极帽；电极帽；44内参比电极（内参比电极（内参比电极（内参比电极（AgAgClAgAgCl）；）；）；）；55内参比溶液内参比溶

16、液内参比溶液内参比溶液0.1mol/LHCl0.1mol/LHCl ；66玻璃膜球状或平板、锥状玻璃膜球状或平板、锥状玻璃膜球状或平板、锥状玻璃膜球状或平板、锥状硅氧结构硅氧结构 14第14页15第15页玻璃膜浸泡于水中玻璃膜浸泡于水中硅氧结构与硅氧结构与硅氧结构与硅氧结构与H H+键合强度大于与键合强度大于与键合强度大于与键合强度大于与NaNa+H+NaGi=Na+HGi内外表面内外表面内外表面内外表面形成形成形成形成1010-4-4 1010-5-5mmmm水化层水化层水化层水化层内外表面内外表面内外表面内外表面被被被被H H+占据占据占据占据,中间中间中间中间NaNa+占据占据占据占据因

17、为因为C H+（膜外溶液）（膜外溶液）C H+(膜内溶液）膜内溶液）膜外固液相界面、膜内固液界面及膜内外界膜外固液相界面、膜内固液界面及膜内外界膜外固液相界面、膜内固液界面及膜内外界膜外固液相界面、膜内固液界面及膜内外界面之间面之间面之间面之间产生三个产生三个产生三个产生三个双电层双电层双电层双电层膜内外产生膜内外产生膜内外产生膜内外产生两个相间电位和两个相间电位和两个相间电位和两个相间电位和 内内内内（内参比溶液（内参比溶液（内参比溶液（内参比溶液pHpH为定值，为定值，为定值，为定值，内内内内常数）、常数）、常数）、常数）、外外外外 、扩扩扩扩扩散电位（常数）扩散电位（常数）扩散电位（常数

18、）扩散电位（常数）16第16页 M M=外外+扩扩+内内 =0H+/H2+0.059lg（H+)+常数常数 =k 0.059pH MM 外外外外 内内内内17第17页7.2 直接电位分析法直接电位分析法 水中水中pH值测定值测定(玻璃电极法玻璃电极法)一、测定原理：一、测定原理：一、测定原理：一、测定原理：直接电极法测定水样直接电极法测定水样直接电极法测定水样直接电极法测定水样pHpH值，是以值，是以值，是以值，是以玻玻玻玻璃电极为指示电极（负极）与饱和甘汞电极为参比璃电极为指示电极（负极）与饱和甘汞电极为参比璃电极为指示电极（负极）与饱和甘汞电极为参比璃电极为指示电极（负极）与饱和甘汞电极为

19、参比电极（正极）和被测溶液组成原电池电极（正极）和被测溶液组成原电池电极（正极）和被测溶液组成原电池电极（正极）和被测溶液组成原电池 电池电池=甘甘-M =甘甘-（k-0.059pH）=K+0.059pHpH=pH=（电池电池电池电池 -K-K ）/0.059/0.059已知常数已知常数 18第18页K值确实定：值确实定：经过经过测定测定已知已知pH 值标准溶液值标准溶液校正仪器校正仪器 电池电池 标准标准 =K标准标准 +0.059 pH标准标准 电池电池 水样水样 =K水样水样 +0.059 pH 水样水样假设：假设：假设：假设：K K标准标准标准标准 =K=K水样水样水样水样 ,则：则：

20、则：则：19第19页二、二、pH计使用计使用vv1.1.仪器定位与校正仪器定位与校正仪器定位与校正仪器定位与校正vv（1 1）测量前）测量前）测量前）测量前检验仪器检验仪器检验仪器检验仪器、电极、标准缓冲液是否正常。、电极、标准缓冲液是否正常。、电极、标准缓冲液是否正常。、电极、标准缓冲液是否正常。vv（2 2）选取标准缓冲溶液）选取标准缓冲溶液）选取标准缓冲溶液）选取标准缓冲溶液：依据：依据：依据：依据待测样品待测样品待测样品待测样品pHpH值范围值范围值范围值范围，在其两端选取在其两端选取在其两端选取在其两端选取两种两种两种两种pHpH标准缓冲溶液（标准缓冲溶液（标准缓冲溶液（标准缓冲溶液

21、（标准缓冲溶液可标准缓冲溶液可标准缓冲溶液可标准缓冲溶液可自配或购置自配或购置自配或购置自配或购置pHpH基准试剂）基准试剂）基准试剂）基准试剂）vv（3 3）仪器定位与校正：）仪器定位与校正：）仪器定位与校正：）仪器定位与校正：vv将电极浸入第一个标准缓冲溶液中，调整将电极浸入第一个标准缓冲溶液中，调整将电极浸入第一个标准缓冲溶液中，调整将电极浸入第一个标准缓冲溶液中，调整“温度温度温度温度”旋钮，使之与被测溶液温度一致。旋钮，使之与被测溶液温度一致。旋钮，使之与被测溶液温度一致。旋钮，使之与被测溶液温度一致。然后调然后调然后调然后调“定位定位定位定位”钮钮钮钮，使使使使pHpH读数与已知读

22、数与已知读数与已知读数与已知pHpH值一致值一致值一致值一致。校正后切勿再动。校正后切勿再动。校正后切勿再动。校正后切勿再动“定位定位定位定位”钮钮钮钮vv将电极取出，洗净、吸干，将电极取出，洗净、吸干，将电极取出，洗净、吸干，将电极取出，洗净、吸干，再浸入第二种标准缓冲再浸入第二种标准缓冲再浸入第二种标准缓冲再浸入第二种标准缓冲溶液中，测定溶液中，测定溶液中，测定溶液中，测定pHpH值，值，值，值，如测定值与第二种标准缓冲溶液如测定值与第二种标准缓冲溶液如测定值与第二种标准缓冲溶液如测定值与第二种标准缓冲溶液已知已知已知已知pHpH值值值值之差小于之差小于之差小于之差小于0.1pH0.1pH

23、值，则说明仪器正常，不然值，则说明仪器正常，不然值，则说明仪器正常，不然值，则说明仪器正常，不然需检验仪器、电极或标准溶液是否有问题。需检验仪器、电极或标准溶液是否有问题。需检验仪器、电极或标准溶液是否有问题。需检验仪器、电极或标准溶液是否有问题。20第20页vv2测量时，更换测量时，更换标准缓冲液或样品时，应用标准缓冲液或样品时，应用蒸馏水充分蒸馏水充分淋洗电极淋洗电极，用滤纸吸去电极上水滴，用滤纸吸去电极上水滴，再用待测溶液淋洗，以再用待测溶液淋洗，以消除相互影响消除相互影响。这一点。这一点对缓冲能力较弱溶液尤为主要对缓冲能力较弱溶液尤为主要vv3测量测量pH时，时，溶液应适度搅拌溶液应适

24、度搅拌，以使溶液均，以使溶液均匀和到达电化学平衡，静置片刻后再读取数据。匀和到达电化学平衡，静置片刻后再读取数据。vv4.测量时，甘汞电极内测量时，甘汞电极内KCl溶液液面应高于被溶液液面应高于被测溶液液面测溶液液面，以预防被测溶液向甘汞电极内扩，以预防被测溶液向甘汞电极内扩散。散。21第21页三、玻璃电极使用和维护（1）首次使用或久置不用电极重新使用时，玻璃球泡要在蒸馏水中浸泡最少二十四小时，使球泡形成水化层才能显示其良好pH电极功能。每次使用后需浸于去离子水中。电极不得在非水溶液中使用。（2）用标准缓冲溶液“定位”和测试样品时，要注意使溶液温度保持一致，降低测量误差。（3）球泡厚度约为0.

25、030.1mm，易于损坏，使用过程中要严防与硬物触碰。冲洗时也要小心，擦干时要用小滤纸片轻轻吸去残留水分，勿将滤纸边缘直接擦拭球泡，以免损伤电极。22第22页四、玻璃电极清洗：四、玻璃电极清洗：电极表面电极表面受到污染受到污染后，可后，可用下述方法清洗：用下述方法清洗：测量测量含油类悬浊含油类悬浊试样后，及时用试样后，及时用洗涤剂和水洗涤剂和水清洗电极。清洗电极。当电极当电极附着无机盐垢或有霉斑附着无机盐垢或有霉斑时，可用时，可用0.1mol/LHCl0.1mol/LHCl浸泡浸泡，再用水清洗。，再用水清洗。当用上述方法清洗无效时，则用当用上述方法清洗无效时，则用丙酮或乙醚丙酮或乙醚冲洗，然后

26、冲洗，然后浸泡于浸泡于0.1mol/LHCl0.1mol/LHCl中，以除去可中，以除去可能残留溶剂膜，再用水冲洗清洁后能残留溶剂膜，再用水冲洗清洁后浸泡在蒸馏浸泡在蒸馏水中备用水中备用。23第23页vv工作原理工作原理工作原理工作原理 仪器由主机和氧电极两部分组成。仪器由主机和氧电极两部分组成。仪器由主机和氧电极两部分组成。仪器由主机和氧电极两部分组成。氧电极氧电极氧电极氧电极(亦称氧敏亦称氧敏亦称氧敏亦称氧敏感膜电极感膜电极感膜电极感膜电极)由两个金属由两个金属由两个金属由两个金属(AgAgCl(AgAgCl，PtPt或金或金或金或金)电极、电极、电极、电极、支持电解质支持电解质支持电解质

27、支持电解质(内充液内充液内充液内充液005mol5molL KCL)L KCL)和选择性和选择性和选择性和选择性薄膜薄膜薄膜薄膜(亦即氧膜亦即氧膜亦即氧膜亦即氧膜)组成。组成。组成。组成。vv氧膜只能透过氧和其它气体，水和可溶解物质不能氧膜只能透过氧和其它气体，水和可溶解物质不能氧膜只能透过氧和其它气体，水和可溶解物质不能氧膜只能透过氧和其它气体，水和可溶解物质不能透过。透过氧膜氧气产生微弱透过。透过氧膜氧气产生微弱透过。透过氧膜氧气产生微弱透过。透过氧膜氧气产生微弱扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流，在一定温，在一定温，在一定温，在一定温度下其大小和水样度下其大小和水样度下其大小和水样度下其大

28、小和水样溶解氧含量成正比溶解氧含量成正比溶解氧含量成正比溶解氧含量成正比。定量测定出。定量测定出。定量测定出。定量测定出此扩散电流即可测定出水样溶解氧此扩散电流即可测定出水样溶解氧此扩散电流即可测定出水样溶解氧此扩散电流即可测定出水样溶解氧mgmgL L值。值。值。值。溶解氧测定仪溶解氧测定仪24第24页其它离子选择性电极其它离子选择性电极氟离子电极等氟离子电极等阴离子阴离子选择电极选择电极银等银等金属离子金属离子电极电极氨等氨等气敏电极气敏电极等等25第25页7.3 7.3 电导分析法电导分析法1、测定原理、测定原理 电导率表示溶液传导电流能力。溶液传导电电导率表示溶液传导电流能力。溶液传导

29、电流能力与水中离子浓度成正比。经过测定两个流能力与水中离子浓度成正比。经过测定两个电极（铂电极）间电极（铂电极）间电阻电阻，利用电阻与电导之间，利用电阻与电导之间倒数关系求出电导率倒数关系求出电导率2、电导法在水中分析中应用、电导法在水中分析中应用（1）检验水质纯度）检验水质纯度（2）判断水质情况）判断水质情况（3）预计水中含盐量等）预计水中含盐量等26第26页作业：教材作业：教材P256，1 思索题：思索题：（1 1）怎样测定原电池电位？）怎样测定原电池电位？（2 2）为何玻璃电极使用前要用蒸馏）为何玻璃电极使用前要用蒸馏水充分浸泡？水充分浸泡？（3 3）怎样测定水样）怎样测定水样pHpH？（4 4）怎样测定水样电导率？）怎样测定水样电导率？（5 5）何谓电位滴定法？）何谓电位滴定法？27第27页