第四章电位分析法.docx
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1、第四章电位分析法教学目的和要求:1、熟悉有关电极的一些基本概念。熟悉PH计。2、理解膜电位的产生原理,掌握膜电位的计算公式。3、熟悉Kij的定义,能用其判断干扰程度及计算相对误差。4、掌握PH玻璃电极及F-离子选择性电极的工作原理,了解其它离子选择性电极的种类和性能。5、掌握测定离子活度的方法并能熟练应用。了解影响电位测定的因素。熟悉常用的测试仪器。6、了解电位滴定法判断终点的方法。了解电位滴定法的应用和指示电极的选择。讲授内容提要:4-1电位分析法概要4-2电位分析法原理4-3电位法测定溶液的PH4-4离子选择性电极与膜电位4-5离子选择性电极的选择性4-6离子选择性电极的种类和性能4-7测
2、定离子活(浓)度的方法4-8影响测定的因素4-9离子选择性电极的分析应用4-10电位滴定法4-11电位滴定法的应用和指示电极的选择教学重点难点:4-2电位分析法原理4-3电位法测定溶液的PH4-4离子选择性电极与膜电位4-6离子选择性电极的种类和性能4-7测定禽子活(浓)度的方法4-11电位滴定法的应用和指示电极的选择解决方法:1、结合电位法测定溶液的PH的仪器进行学习2、从制备PH电极的材料、结构,探讨、解决离子选择性电极膜电位产生的原理。3、通过对比PH电极结构、膜电位产生的原理和性能,学习、讨论离子选择性电极的种类和性能。4、结合电位定量原理,讨论学习测定离子活(浓)度的方法。5、课后布
3、置学生对高效液相色谱法的主要类型及其分离原理进行归纳总结,以加深学生的理解和掌握教学时数:6学时教学方法:以问题为导向,实际案例、课堂讨论相结合的讲授方式第一节电化学分析法概述一、电化学分析的特点与学习方法1 .什么是电化学分析应用电化学的基本原理和实验技术,依据物质电化学性质来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析或电分析化学。2 .电化学分析法的重要特征(1)直接通过测定电流、电位、电导、电量等物理量,在溶液中有电流或无电流流动的情况下,来研究;、确定参与反应的化学物质的量。(2)依据测定电参数分别命名各种电化学分析方法:如电位、电导分析法:(3)依据应用方式不同可分为:直接法和间接法
4、。3 .电化学分析法的特点(1)灵敏度、准确度高,选择性好被测物质的最低量可以达到0,2molL数量级。(2)电化学仪器装置较为简单,操作方便直接得到电信号,易传递,尤其适合于化工生产中的自动控制和在线分析。(3)应用广泛传统电化学分析:无机离子的分析:测定有机化合物也日益广泛;有机电化学分析:药物分析:电化学分析在药物分析中也有较多应用。活体分析。二、电化学分析法的类别classificationofelectrochemicalanalyticalmethods电化学分析的分类方法按IUPAC的推荐,可分为三类:(1)不涉及双电层,也不涉及电极反应。电导分析。(2)涉及双电层,但不涉及电极
5、反应。(3)涉及电极反应。电解、库仑、极谱、伏安分析等。习惯分类方法(按测量的电化学参数分类):(1)电导分析法:测量电导值:(2)电位分析法:测量电动势:(3)电解(电重量)分析法:测量电解过程电极上析出物重量:(4)库仑分析法:测量电解过程中的电量;伏安分析:测量电流与电位变化曲线;(6)极谱分析:使用滴汞电极时的伏安分析。1 .电位分析法电位分析法按应用方式可为两类:直接电位法:电极电位与溶液中电活性物质的活度有关,通过测量溶液的电动势,根据能斯特方程计算被测物质的含量;电位清定:分析法用电位测量装置指示滴定分析过程中被测组分的浓度变化,通过记录或绘制滴定曲线来确定滴定终点的分析方法。研
6、制各种高灵敏度、高选择性的电极是电位分析法最活跃的研究领域之一。2 .电解与库仑分析法电解分析:在恒电流或控制电位条件下,使被测物质在电极上析出,实现定量分离测定目的的方法。电重量分析法:电解过程中在阴极上析出的物质量通常可以用称重的方法来确定。库仑分析法:依据法拉第电解定律,由电解过程中电极上通过的电量确定电极上析出的物质量的分析方法电流滴定或库仑清定:恒电流下电解产生的滴定剂与被测物作用。3 .极谱法与伏安分析伏安分析:通过测定特殊条件下的电流一电压曲线来分析电解质的组成和含量的类分析方法的总称:极谱分析:使用滴汞电极的种特殊的伏安分析法。4 .电导分析普通电导分析原理:依据溶液电导与电解
7、质关系;应用:高纯水质分析,酸雨监测;高频电导分析特点:溶液与电极不直接接触;三、电化学分析的应用领域applicationfieldsofelectrochemicalanalysis1 .化学平衡常数测定2.化学反应机理研究3.化学工业生产流程中的监测与自动控制4.环境监测与环境信息实时发布5.生物、药物分析6.活体分析和监测(超微电极直接刺入生物体内)第二节化学电池与电极电位一、化学电池chemicalcell电池工作时,电流必须在电池内部和外部流过,构成回路。溶液中的电流:正、负离子的移动。原电池阳极:发生氧化反应的电极(负极):阴极:发生还原反应的电极(正极);阳极W正极阴极负极电极
8、电位较正的为正极电解电池阳极:发生氧化反应的电极(正极);阴极:发生还原反应的电极(负极);阳极=正极阴极=负极二、电极电位electrodepotentialanddetect以锌-硫酸锌为例:当锌片与硫酸锌溶液接触时,金属锌中2 .平衡电极电位可以将金属看成离子和自由电子构成。Zn2+的化学势大于溶液中Zn2+的化学势,则锌不断溶解到溶液中,而电子留在锌片上。结果:金属带负电,溶液带正电:形成双电层。双电层的形成建立了相间的电位差;电位差排斥Zi?+继续进入溶液;金属表面的负电荷又吸引Zn2;达到动态平衡,相间平衡电位平衡电极电位。3 .电极电位的测量无法测定单个电极的绝对电极电位;相对电
9、极电位。规定:将标准氢电极作为负极与待测电极组成电池,电位差即该电极的相对电极电位,比标准氢电极的电极电位高的为正,反之为负;PtH2(101325Pa),H+(lmoldm)Ag2+(lmoldm)Ag电位差:+0.799V;银电极的标准电极电位:+0.799Vo在298.15K时,以水为溶剂,当氟化态和还原态的活度等于1时的电极电位称为:标准电极电位。三、液体接界电位与盆桥liquid junction potential and salt bridge在两种不同离F的溶液或两种不同浓度的溶液接触界面上,存在着微小的电位差,称之为液体接界电位。种离子具有不同的迁移速率而引起。液体接界电位产
10、生的原因:各盐桥:饱和KCl溶液中加入!3%琼脂;;01-Ha+-4-1- VaH+ H+Ci的扩散速度接近,液接电位保持 恒定l-2mVoClOi1*0.10. Oi 0. 1 0.ol/LaolLIIco4clcoi0.1 0. 1bo1LCl)+ 2e- = 2C-+ 1.3590,(g) + 4H* +4e- = 2H9+1.229BHaq) + 2e- = 2Br+ 1.087Br,() + 2e* = 2Br+ 1.065Ag,+ e- = Ag(S)+ 0.799Fe3* + e- = Fe2+ 0.771g + 2e- = 3l+ 0.536Cu24 + 2e-= Cu(J)+
11、 0.337l(X - 4H + 2e + 二 U- + ZH2O+ 0.334iCI2(5) + 2c- = 2Hg() + 2CI-+ 0.268AgCId) + e- = Ag(S) + C+ 0.222Af(S1Oj)?- + b = Ag(.v) + 2S2O3+ 0.0172H* + 2e Huj?)0.000Aglh) + e- = Ag(S) + -0.151PbSO4U) + 2e =Pb(S) + SOj-0.350GP + 2e- = Cd(S)-0.4032 + 2e-=Zn(s)-0.763Reactionstandardelectrode potentials E0
12、 at 25C, VF 7 nHg2CVHg r,Hg*CIHg四、电极与电极分类electrode and classification of electrodes1.参比电极(1)标准氢电极 基准,电位值为零(任何温度)。(2)甘汞电极电极反应:Hg2Cl2 + 2e = 2Hg + 2 Cl半电池符号:Hg, Hg2Cl2 (固)KCl电极电位(25C):E=Eec,Hg,CVHg HgtClHg0.059c(Hg22)+-g7(7(cr)+ 0.059 Iga(Cr)电极内溶液的Cl活度定,甘汞电极电位固定表甘汞电极的电极电位(25C)(MmM甘汞电极标汞电极(NCE)饱和甘汞电极(S
13、C玲KeI浓度0.1md/L1.0 moi/L饱和溶液电极电位(V)KJ.3365-H) .2828刊.2438温度校正,对于SCE,t C时的电极电位为:Et= 0.2438- 7.6X10T(L25)(V)(3)银-氯化银电极:RTE=E,Inq nF ,银丝镀上一层AgCl沉淀,浸在一定浓度的Kel溶液中即构成了银-氯化银电极。电极反应:AgCl+e=Ag+Cl半电池符号:Ag,AgCl(0)KCl电极电位(25):M=炉AQLO.059Igm表银-氯化银电极的电极电位(25C)温度校正,(标准Ag-AgCI电极),tC时的电极电位为:Et=0.2223-6XlOYL25)(V)2.指示
14、电极(1)第一类电极一金属-金属离子电极例如:Ag-AgNOJ电极(银电极),Zn-ZnSOl电极(锌电极)等电极电位为(25。C):/M=炉/M-0.0591gan,第一类电极的电位仅与金属离子的活度有关。(2)第二类电极一金属-金属难溶盐电极常用作参比电极。其电极电位随溶液中难溶盐的阴离子活度变化而变化。(3)第三类电极一汞电极金属汞(或汞齐丝)浸入含有少量HgIEDTA配合物及被测金属离子的溶液中所组成。根据溶液中同时存在的H/和Mrf与EDTA间的两个配位平衡,可以导出以下关系式(250:MHg22VHg)=a(Hg227Hg)-0.0591gah.12产生误差,主要是Na+参与相界面
15、上的交换所致:(7)改变玻璃膜的组成,可制成对其它阳离子响应的玻璃膜电极;(8)优点:是不受溶液中氧化剂、还原剂、颜色及沉淀的影响,不易中毒:(9)缺点:是电极内阻很高,电阻随温度变化。3.流动载体膜电极(液膜电极)钙电极:内参比溶液为含Ca2+水溶液。内外管之间装的是0. lmolL二癸基磷酸钙(液体离子交换剂)的苯基磷酸二辛酯溶 液。其极易扩散进入微孔膜,但不溶于水,故不能进入试液溶液。 二癸基磷酸根可以在液膜-试液两相界面间传递钙离子,直至达 到平衡。由于Ca2+在水相(试液和内参比溶液)中的活度与有 机相中的活度差异,在两相之间产生相界电位。液膜两面发生离 子交换反应:(RO)2PO2
16、 - Ca*(有机相)=2(RO) 2P02-(有机相)+ Ca”(水 相)钙电极适宜的PH范围是5IL可测出10-5 mol/L的 Ca2+。流动裁体膜电极(液膜电极)的讨论 AMBAM pM*pAPHlftHt ttttfi(iftt4.,ac,(R)1y。一S5.5-iZn1* (3D)1V2O)lF. CJ,(I),MEe, H Zf, h,3R-S-OOIT4-7bNR;IT2-11CXV(20) I (1O)NCX . Hr (3).CH(1)|Hn)I . Ac (O 3)F (O. DiSUi (0.02)RF;Ni( - phm)(RF)21-52-12NOf (O. 005
17、): Br Ar . FMTX OH b (0.000 5)i*(o 0002)CXKF(-fan1(CK1I-J4-I (O OS)INQ1 .OH .f (0.002)NtNi( - DKNOOZIT212cmx (l)Br*(O. DlNOi (0.05)jHS .CN (0.02) a . x(0. 0a2) Ac (O 1)液膜电极应用一览表璃介气膜液膜(1)流动载体膜电极(液膜电极)的机理与玻璃膜电极相似;(2)离子载体(有机离子交换剂)被限制在有机相内,但可在相内自由移动,与试样中待测离子发生交换产生膜电位:(3)具有R-SYHEOO结构的液体离子交换剂,由于含有硫和竣基,可与重
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