第二章 电位分析法

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金属M (假设为二价,如Cu2+ )
2、电极电位与待测离子浓度的关系
(电位分析的理论依据)
E池
RT 常数 lna nF 2.303RT 常数 lga nF
E池:电极电位 R:气体常数(8.314焦耳/K· 摩尔) T:绝对温度(K=。C+273) n:电极反应中电子转移数 F:法拉第常数(96487库仑) a:待测离子活度
相对误差(%) a 100 % a
3900 n E
相对误差 (%) 一价离子 二价离子
仪器测量误差△E 1mv 3.9 7.8 0.1mv 0.39 0.78
结论:
①电位法对电位计的精度要求很高,目前较好的可达到0.1mv
②离子价态越高,相对误差越大。
㈤影响测定的因素
1、溶液离子强度的影响
二、电位滴定法特点 (与直接电位法相比)
1.以电位变化为定量依据,不是以电位值计算离子浓 度,因此,电极性质、不对称电位等影响并不重要。 2.准确度高。 与一般容量分析相当,相对误差可降低至0.x%。并且可 测定高浓度样品。(即兼有仪器分析和化学分析优点)。 3.可用于不能使用指示剂的场合。 例如:浑浊样品,有色溶液,缺乏合适指示剂的场合。 4.可实现连续滴定和自动滴定
第二章 电位分析法
基本要求

理解电位分析法的基本原理和理论依据(重 点),以及电极电位的测定方法。了解常用参 比电极的结构与工作原理。了解主要指示电极 的结构,理解其工作原理;掌握pH值的电位 测定法,离子活(浓)度的测定法(重点)。 了解电位滴定的仪器装置,理解并掌握电位滴 定终点的确定的方法(重点)。了解电位滴定 的应用情况。
2.pH的影响
pH可以影响待测离子的存在状态。 [例] pH对F-的影响: F-+H+≒HF
当pH↓时,H+浓度升高,F-浓度减少。
3.干扰离子的影响
[例] Fe3+对F-的影响 因为Fe3+与F-能形成配合物,降低F-浓度。
4.温度的影响
表现在3个方面 ①离子电极的内参比电极电位受温度影响; ②能斯特公式(E=常数±2.303RT/nF*lga)的 斜 率项与温度有关。 ③待测离子的活度与温度有关。 所以,在测量时,标准液和待测液温度应相 同。
2、碱性偏差 pH>10时,测得值小于实际值
3、酸性偏差 pH<1时,测得值大于实际值。
㈤测量步骤
1、用标准pH缓冲液定位 校正消除不对称电位。 2、用另一pH缓冲液校正斜率 因为理论斜率2.303RT/F与实际斜率有偏差。 3、测量待测溶液 pH值直接读出 注意 实际上,就是两点定一工作直线的方法。所以,⑴待 测溶液pH值要位于两个缓冲液pH值之间(可先粗测, 仪器有此功能);⑵两点间隔2个pH单位左右;⑶待测 样品靠近其中一个点,可以测得更准确。
三.确定终点的方法
1.E-V曲线法
特点:简便,但准确性稍差。
E
平行平分线
45°
V
ΔE/ΔV
2.一级微商法
Δ E:E的变化值 Δ V:相应的滴定剂体积的增加量 V :平均体积 特点:准确性比E-V曲线法高,稍 麻烦些。
V终
V
3.二级微商法
①二级微商曲线法 Δ2E/ΔV2:ΔE/ΔV之差与ΔV 之比。 ②二级微商内插法(计算 方法,准确而且方便) 理论论据:二级微商 Δ2E/ΔV2=0时,为终点。 特点:准确可靠。

25℃时,甘汞电极(SCE)相对于NHE 的电极电位是0.241v,计作为:
φSCE=+0.241v(25℃)
[例题]以SCE作参比电极分别测得电对Fe3+/Fe2+和Zn2+/Zn的 电极电位值为+0.526v和-1.008v(25℃)换算成以氢标表 示的电极电位值。
Fe3+/Fe2+
解: 已知φFe3+/Fe2+(SCE)=+0.526v φZn2+/Zn(SCE)=-1.008v
二、问答题
1. 2. 3. 4. 5.
6. 7. 8.
试述pH值测定的基本原理及测定步骤,并说明注意事项。 什么是指示电极和参比电极?实际工作中应用的参比电 极与IUPAC的规定有何不同?为什么? 回答pH玻璃电极的特性。 什么是不对称电位?产生的原因有哪些?如何消除它? 当仪器误差分别为1mv和0.5mv时,一价离子和二价离子 的电位测量误差分别是多少?通过对比,你能得到什么 结论? 什么是电位滴定法?电位滴定法有哪些特点(与直接电 位法相比较)? 试述影响电位法测定的因素。 试述电位滴定法确定终点的方法及应用特点。
㈥pH缓冲液
1. 可以购买试剂包
pH4.00,pH6.86,pH9.18(25℃)
2. 也可以自己调配。
二、离子选择性电极法测定离子活度(浓度) ㈠装置
指示电极:离子选择性电极
电极
参比电极:甘汞电极(SCE)
电位计:精度要求高于1mv,目前较好的可达到0.1mv
㈡基本原理
E
2.303 RT 池 常数 log1 0 a nF
2.303RT E 池 常数 lga nF
在一定实验条件下:
E池与lga呈线性关系。可得出a值。 ——电位分析法的理论依据。
二、电极
1、参比电极: 测量电极电位时,与所研究电极配对
作为电位参比标准的电极。
IUPAC规定,①以标准氢电极(NHE)作为参比电极。并规 定,②氢离子活度为1和氢气压力为1个大气压的标准氢 电极在任何温度下的电极电位为零。表示为:φ NHE=0 实际应用中多以甘汞电极(SCE)代替NHE作为参比电极。 因为,NHE尽管有优点(电位稳定、重现性好),但是 使用不方便;SCE使用方便,且电极电位也较易稳定, 可以方便地换算成以NHE作为参比的电极电位值(氢标 电位)。
(+,阳离子;—,阴离子)
当实验条件确定时 :E池与log10a为线性关系。
a f c
加入离子强度调节剂,可以使f保持不变。 则:
E池与log10C也呈线性关系
㈢定量方法
1、标准曲线法(适用于组成简单的和批量的样品)
⑴配制一系列待测离子的标准溶液 C1 C2 C3 C4 C5 ⑵测出相应的电池电动势 E1 E2 E3 E4 E5 ⑶ 建立工作直线( E池→㏒10C ) ①作图法 E池 截距 斜率 log10C ②回归法
E池 2.303RT 常数 log 10 a H F
2.303RT 常数 pH F
E池与pH呈线性关系
E池与pH呈线性关系
( 斜 率 为 2.303RT/F , 且 与 温 度 有 关 , 25℃ 时 为 0.05916v。)
即25℃时:E池=常数+0.05916pH
即pH值每变化1个单位,电池电动势变化59.16mv (25℃)。
5.电位平衡时间的影响
电位平衡时间是指电极放入待测溶液后获得 稳定电位所需要的时间,一般在1~3min。 电位变化有二种方式:①在某一数值附近的 波动;②单方向的漂移。
6.搅拌的影响
为加速离子的扩散,缩短电位平衡时间,常 需搅拌溶液。一般用电磁搅拌器,也可用手摇动。 注意匀速且速度不要过快。
第四节 电位滴定法及应用
⑵常用的指示电极—离子选择性电极 ①什么是离子选择性电极 是一类电化学传感体,它的电位对溶液中给定的离子浓 度的对数呈线性关系。对待测离子有选择性响应。 ②基本结构
内参比电极 电极杆 内参比液
带屏蔽的导线
传感膜(敏感膜)
传感膜:将溶液中给定离子的活度转变成电信号。 内导体系:包括内参比液,内参比电极。将膜电位 引出。 电极杆:起固定作用。由高绝缘性的,化学稳定性 好的玻璃或塑料制成。 带屏蔽的导线:将膜电位传至电位仪。用高绝缘 (1012Ω 以上)的聚乙烯屏蔽导线, 以减少旁路漏电和外界交变电磁场 与静电感应的干扰。
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库仑分析法
伏安法和极谱法
第一节 概述
一、什么是电位分析法
利用被测量离子浓度与电极电位之间的关系而建 立起来的一种电化学分析方法,通过在零电流下测量 电极电位进行定量分析。
二、电位分析法分类
1、直接电位法 2、电位滴定法
⑷测量待测样品,得E样 ①从工作直线上找到待测离子的㏒10C样 ②由回归方程计算出C样
二元线性回归方程:
y a bx
相关系数:
绝对直线,r=1;一般要求,r>0.9995
线性相关关系示意图(总体相关系数ρ)
0<ρ<1
-1 < ρ < 0
ρ=1
线性相关关系示意图(总体相关系数ρ)
ρ=0Βιβλιοθήκη Baidu
Vs Cs C Vx Vs
E E Ex
S=0.059/n(25℃)
㈣电位法的误差
RT E 池 常数 lna nF RT da dE nF a
以有限值ΔE和Δa代替dE和da,25℃时:
0.0257 a E n a
a 39 n E a
例: pH 4 ? (5)
E (v) 0.50000 0.55916
㈢装置
指示电极:pH玻璃电极
电极
参比电极:饱和甘汞电极(SCE) 电位计
㈣pH玻璃电极的特性
1、不对称电位 当玻璃膜内外两侧氢离子浓度相等时,仍有电位产生 的现象。 产生原因:①玻璃电极内外表面特性不同; ②表面污染; ③化学侵蚀。 消除方法:①在蒸馏水中浸泡24小时可减少之; ②用标准pH缓冲液可校正之。
ρ=0
ρ=0
Excel演示:绘制直线、回归方程
2、单次标准加入法(适用于组成较为复杂的样品)
⑴有一待测溶液,浓度为CX ,体积为VX (ml) 测得电动势为EX ⑵然后加入浓度为Cs 的标准溶液Vs (ml) ( Vs约为2%VX ),测得电 动势为E。 则有:
Cx
式中
C 10 E / S 1
Δ2E/ΔV2
0
V
V终
二级微商内插法例题 方便的数值计算
电化学分析参考书
(1) 《电化学分析导论》,科学出版社,高小霞等 (2) 《电化学分析》,中国科大出版社,蒲国刚等
(3) 《电分析化学》,北师大出版社,李启隆等
(4) 《近代分析化学》,高等教育出版社,朱明华等
思考题
一、名词解释 电位分析法 电极电位 指示电极 参比电极 离子选择性电极 电位滴定法 不对称电位 离子强度调节剂
直接电位法的测量原理:基于E-lga呈线性关系,或Elgf· C线性。 为了实现E-lgC的线性,目前有一种方法:向试液中加 入离子强度调节剂。
离子强度调节剂:是一些浓度很大的电解质溶液,它 对待测离子无干扰,能使标准溶液和待测溶液的离子强度 都达到很高而接近一致,从而使活度系数基本相同。
方法:向标准溶液和待测溶液中都加 入相同体积的离子强度调节剂。 介绍一种离子强度调节剂TISAB: 氯化钠0.1M,醋酸0.25M, 醋酸钠0.75M,柠檬酸0.001M, pH5.0
电位滴定法:利用电极电位的变化来指示滴定终点的分析 方法。 基本原理:与普通的容量滴定分析相同,区别在于确定滴 定终点的方法不同。
一、电位滴定的基本装置及分析过程
分析过程:记录等当点前后1~2ml的电 位变化,每加0.1~0.2ml滴定液测一次电位 值。然后,根据电位变化确定终点。
等当点:当量数相等时的滴定点。即反应进行完全。 当量浓度,非国际单位。
第二节 基本原理
一、电极电位
1、什么是电极电位 国际纯化学与应用化学联合会(IUPAC) 规定:电极电位是所研究电极与标准氢电极 (NHE)构成电池的电动势。
电极电位是相对值,测量装置如下:
电位计 V 氢电极 H2
P=1个大气压
盐桥
M2+
Pt aH+ =1mol/L 所测电位值即是M元素的电极电位。
0.526
SCE 0.241 NHE
则 φFe3+/Fe2+(NHE)=φFe3+/Fe2+(SCE)+φSCE =0.526+0.241=0.767(v)
φZn2+/Zn(NHE)=φZn2+/Zn(SCE)+φSCE
=-1.008+0.241=-0.767(v)
2.指示电极
指示电极是一些电极电位随待测离子浓度定量变化的电极。 ⑴分类 ①金属基电极:在电极反应中有电子交换反应,即氧化 还原反应。 例如:Cu-Zn原电池中的Cu电极(还原)和Zn电极 (氧化)。 ②膜电极:该种电极的膜对某种离子具有选择性响应。 例如:pH玻璃电极(实际应用中最早的膜电极)
第三节 直接电位法及应用
直接电位法:由电极电位的变化直接求出 被测离子活度或浓度的分析方法。 应用:pH值 离子浓度的测量
一、测定pH值
是一种应用最早、应用最广泛的电位测定法。
㈠pH值定义
pH log10 aH log10 f [H ]


PH pH ph
pNa pCl
pX
㈡基本原理
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