库伦分析法
仪器分析 第6章 库伦分析法
银开始析出时,阴极电位为:
EAg/Ag+ = 0.800 + 0.059lg0.01 = 0.682 (V)
UAg分=(1.23+0.47)- 0.682=1.02V
铜开始析出时,阴极电位为:
ECu2+ / Cu = Eθ Cu2+ / Cu = 0.345
UCu分=(1.23+0.47)- 0.345=1.35V
6.3 控制电位库伦分析
建立在控制电位电解过程的库仑分析法称为控制电位 库仑分析法。 控制一定电位,使被测物 质以100%的电流效率 进行电解,当电解电流趋 于零时,表明该物质已被 电解完全,通过测量所消 耗的电量而获得被测物质 的质量。
① 重量库仑计 ② 氢氧库仑计
标准状态下,每库伦电荷量析 出0.17412mL氢、氧混合气体 ,根据式计算 VM m= 16800n
③ 氢氮库仑计 ④ 电流积分库仑计
t
Q = ∫ idt
0
装置与过程
(1) 预电解,消除电活性杂质。通N2除氧。预电 解达到背景电流,不接通库仑计。 (2) 调节工作电极电位至 合适值,将一定体积的试 样溶液加入到电解池中, 接通库仑计电解。当电解 电流降低到背景电流时, 停止。由库仑计记录的电 荷量计算待测物质的含量。
二、库伦分析概论
电解分析包括: 电重量分析――通过电解后直接称量电极上被测物 质的质量进行分析的,常用于高含量物质的分析 电解分析法――控制一定的电解条件进行电解以达 到不同物质的分离
Hale Waihona Puke 库仑分析法的理论基础:法拉第电解定律;
Q M m= × F n
基本要求:电极反应单一,电流效率100%。 影响电流效率的因素: (1)溶剂的电极反应; (2)溶液中杂质的电解反应; (3)水中溶解氧; (4)电解产物的再反应;
库伦分析法获奖课件
式中 W为物质在电极上析出旳克数(g) Q为经过电解池旳电量(库仑C)
n为电极反应中旳电子数 F为法拉第常数(96487c),
M为其摩尔质量(gmol-1)
法拉第电解定律有两层含义: ● 于电极上发生反应旳物质旳质量与经过体系旳电量成正比 ● 经过相同量旳电量时,电极上沉积旳各物质旳质量与其M/n成正比。
如经过电解池旳电流是恒定旳,Q=It将上式代入则 得:
W M It nF
( i为电解时旳电流强度,t为电解时间)
如电流不恒定,而随时间不断变化,则
Q 0 Idt
Faraday定律旳正确性已被许多试验所证明。它不但可应用 于溶液和熔融电解质,也可应用于固体电解质导体。它不受温度、 压力、电解质浓度、电解材料、溶剂性质及其他原因旳影响。
库仑分析法旳被测物不一定在电极上沉积, 但要求电流效率为100%。
共同旳特点:与其他仪器分析措施不同,在 分析时不需要基准物质和原则溶液。
一 库仑分析旳基本原理
(一) Faraday定律
电解过程中,在电极上析出旳物质旳重量与经过电
解池旳电量之间旳关系,遵守Faraday定律,可用下式
表达:
W M Q nF
库伦分析法
电解分析(electrolytic analysis)是最早
出现旳电化学分析措施。涉及两个方面旳内容: (1)电重量法( electrolytic gravimetry):
应用外加电源电解试液,电解完全后直接称量 在电极上沉积旳被测物质旳质量来进行分析旳措施, 称为电重量法. (2)电解分离法(electrolytic separation)
将电解措施用于物质旳分离,则称为电解分离 法.
库仑分析(coulometry)旳基本原理与电
第5章 库仑分析法
第五章 库仑分析法
◆在实际工作中,用电位计准确测定电解 时阴极的电位值,以便控制电解进行的 程度。如上例: E电位计= 参比 - 阴极 = SCE - Ag+/Ag = 0.2438 – 0.386 = -0.143(V)
五章 库仑分析法
◆只要将电解电位控制在-143mV,就可以实现 对Ag+完全电解,而Cu2+不干扰的目的。 ◆如果将外加电压和电位控制连在一起,使 其自动控制和调节,就可构成一套自动库 仑分析仪。
第五章 库仑分析法
●每转移1mol电子,就生成1molOH-,电 解结束后,用标准酸滴定生成的OH-的
离子的量,获得n(OH-),则通过电解
池的电量为:
Q = n(OH-) ×96487
第五章 库仑分析法
3.气体式库仑计 ●采用双铂电极,串联在电解电路中。 铂阴极: 铂阳极: 2H2O+2e 2OH- + H2 2H2O-4e 4H+ + O2
第五章 库仑分析法 Coulomb Analysis
§5-1 方法简介
●库仑分析法是通过测量溶液中待测组 分完全电解时所消耗的电量,来求得被 测物质含量的分析方法,也称“电量 分析法”。它分为恒电位库仑分析和 恒电流库仑分析(库仑滴定)。
第五章 库仑分析法
●库仑分析法的优点:
1.不需要基准物质; 2.省时; 3.准确。相对误差一般在0.01%~0.1%。
第五章 库仑分析法
●例:在恒电流下电解Fe2+测定铁含量 时,使Fe2+在阳极上发生反应:
Fe2+ - e → Fe3+
第五章 库仑分析法
◆为保证Fe2+滴定结果的准确度,电流 恒定为i0后,滴定时间需要大于100s; 电解开始后,随着Fe2+浓度的降低,为 保证i0不变,就需要不断增大外加电压, 一旦达到H2O的分解电位,阳极将同 时发生析出O2的反应,无法保证被测 物质反应的电流效率。
仪器分析第六章库仑分析法
3.二者的关系
U分=(Ea+ωa)–(Ec+ωc)+iR 式中Ea及Ec分别为阳极电位和阴极电位,ωa及ωc为阳极 和阴极的超电位,U分为分解电压,R为电解池线路的内阻, i为通过电解池的电流。
例 1. 有 Cu2+ 和 Ag+ 的混合溶液 ,[Cu2+]=1mol/L , [Ag+] = 0.01 mol/L,以Pt电极在1 mol/L硝酸介质中进行电解,问①.何者先在 阴极上还原析出?②.其分解电压多大?③.二者能否分离?
2、电量的测量
进行库仑分析时,必须要能准确的测量电量的数值。
电量测量的精确度是决定分析结果准确度的主要因素。
测量电量通常用库仑计,它是库仑分析装置的主要部 件之一。常用的库仑计有:滴定库仑计、重量库仑计(银 库仑计)、气体库仑计、电子积分库仑计等。下面介绍几 种常用的库仑计。
气体库仑计(氢氧气体库仑计)
OH
NO2
N O2
+ 34e + 34H+
NO2
H2N HO
N H H N
N H2
OH
+12H2O
H2N
N H2
(四)、恒电流库仑滴定(库仑滴定)
1、基本原理
(1)直接法: 以恒定电流进行电解,被测定物质直接在电极 上起反应,测量电解完全时所消耗的时间,再由法拉第 定律计算分析结果的分析方法;
(2) 间接法: 库仑滴定法, 在试液中加入适当的辅助剂后,以 一定强度的恒定电流进行电解,由电极反应产生一种 “滴定剂”。该滴定剂与被测物质发生定量反应。当被 测物质作用完后,用适当的方法指示终点并立即停止电 解。由电解进行的时间t(s)及电流强度I(A),可按法拉第 定律计算被测物的量:
库仑分析法
本章能力目标
能掌握恒电流库仑滴定的基本技术 能掌握终点指示方法及电生滴定剂的产
生方式
能操作常用库仑分析仪
第一节
基本原理
一、电解现象和电解电量 二、法拉第电解定律(库仑定律)
一、电解现象和电解电量
1. 电解现象 在电解池的两个电极上,加上一直流 电压。由于外加电压的作用,导致电极上 发生氧化-还原反应(电极反应),同时伴 随着电流流过,这一过程称为电解现象。
1.内部电生滴定剂法
内部电生滴定剂法是指电生滴定剂的 反应和滴定反应在同一电解池中进行的。 电解池内除了含有待测组分,还应含有大 量的辅助电解质。目前多数库仑滴定以此 种方法产生滴定剂。
辅助电解质: (1)要以100%的电流效率产生滴定剂,无 副反应发生。 (2)要有合适的终点指示方法。 (3)产生滴定剂与待测物之间能快速发生 定量反应。
2.电位法
选用合适的指示电极来指示滴定终, 其电极电位也随之变化。到达化学计量 点时,指示电极的电位发生突跃,从而 指示滴定终点的到达。因此,可以根据 滴定反应的类型,在电解池中另外置入 合适的指示电极和参比电极,以直流毫 伏计量(高输入阻抗)或酸度计测量电 动势或pH的变化。
例如利用库仑滴定法测定溶液中酸的 浓度时,可用pH玻璃电极为指示电解, 甘汞电极为参比电极指示终点。以N a2SO4作为电解质为例,用铂阴极为工作 电极,银阳极为辅助电极,其电极反应为: 工作电极电极反应: 2H2O +2e- →H2+2OH辅助电极电极反应: H2O + 2e- →1/2O2 + 2H+ 可以根据酸度计上的pH的突跃动指示滴定 终点。
m(Cu ) 0.5 60 24.12 63.5 0.238( g ) 2 96487
库仑分析法
●用库仑计测量整个电解过程所消耗
的电量,由法拉第定律计算其含量。
四、电量的测定: 1.电流与时间的关系:
i0——开始电解时的电流; it——时间为t时的电流; K——与电极和溶液性质有关的常数。
★ 电解过程中消耗的电量不能简单地 根据电流与时间的乘积来计算,而 要采用库仑计或积分仪测定。
二、基本装置:
电子毫伏计
库仑计
在电解过程中,阴极电位用电子毫 伏计准确测量,并且通过变阻器R 来调节加于电解池的电压,使阴极 电位保持在特定数值或一定范围内。
三、方法原理:
如:Cu2+在0.4mol/L酒石酸 钠、●控制工作电极的电位保持恒定值, 0.1mol/L酒石酸氢钠、 0.1~0.3mol/LNaCl 组成的底 使被测物质以100% 的电流效率进行 液中,在 -0.24±0.02V电压 电解; 时电解40~60min,当电解电 流降到1mA以下时,即可认为 ●电流随浓度减小而减小。电流趋近 电解完成。
●同普通容量分析一样,用指示剂 来确定终点。
●一般选择指示剂以电生试剂为指
示物。
如用电解的方法产生Ag+的反应测定 X-离子,终点可用K2CrO4指示。
<二> 电流法——常采用死停法: 1.方法:
指示系统用两个相同的
电极,加上一个很小的
外加电压(一般为20~
50mV),据指示电极的 电流迅速变化或变化停 止来确定终点的方法。
2.电量的测定: ① 氢氧气体库仑计:
●原理:库仑计是一个电解 池。使用时与电解 装置串联,通过测 量水被电解后产生 的氢、氧混合气体 的体积,可求得电 解过程中所消耗的 电量。
●计算: ★在标准状态下,每96487C的电量,可以产生 11200mL氢气和5600mL氧气,共16800mL混合 气体。 ★设混合气体的体积为VmL,则有:
库仑分析法(课件)
库仑滴定。
• 这种方法并不测量体积而测量电量
• 与普通容量分析法突出的不同点在于,滴定
剂不是由滴定管向被测溶液中滴加,而是通
过恒电流电解在试液内部产生,电生滴定剂
用一定量的高锰酸钾标准溶液与水样加热反应后,剩余 的高锰酸钾的量,用电解产生的亚铁离子进行库仑滴定:
5Fe2+ +MnO4- +8H+ = Mn2+ +5Fe3+ +4H2O 根据产生亚铁离子所消耗的电量,可确定溶液中剩余高 锰酸钾量,计算出水样的COD。
小结
法拉第电解பைடு நூலகம்律
库仑分析法的基本原理
(2)气体库仑计
1库仑电量产生氢气+ 氧气 。
共产生 0.1742 mL气体。
VM VM m 0.1742 96487 n 16779 n
氢氮库仑计采用硫酸肼代替 硫酸钾,阳极产物为氮,有利于 微量分析。
库仑分析是根据电解过程中消耗的电量,由法 拉第定律来确定被测物质含量的方法。 库仑分析法的基本要求是100%的电流效率。 影响电流效率达到100%的主要因素有: (1)溶剂的电极反应。
(1)银库仑计: 它是以铂 坩埚为阴极,纯银棒为阳 极,阳极和阴极用多孔陶 瓷管隔开。铂坩埚及瓷管 中 盛 有 1~2mol· -1AgNO3 L 溶液,电解时发生如下反 应: 阳极 Ag Ag e
阴极 Ag e Ag
电解结束后,称出铂坩埚 增加的重量,由析出的银 的质量算出电解所消耗的 电量。
库仑分析法
被测物质电极反应所产生的电解电流;(2)溶剂及其离子电解所
产生的电流;(3)溶液中参加电极反应的杂质所产生的电流。电 流效率为:
电流效率
i样
i样
i样 i溶 i杂 i总
精品资料
一般来说,电极(diànjí)上可发生的副反应有下列几种:
精品资料
从图中可以看出,要使A离子还原,阴极(yīnjí)电位须负于a, 但要防止B离子析出阴极(yīnjí)电位又须正于b,因此,阴极 (yīnjí)电位控制在a与b之间就可使A离子定量析出而B离子仍留在 溶液中。
精品资料
注意:在实际工作中,阴极和阳极的电位都会发生变化。当 试样中存在两种以上离子时,随着电解反应的进行,离子浓 度将逐渐下降,电池电流也逐渐减小,此时通过外加电压方 式达不到好的分别(fēnbié)电解的效果。即,第二种离子亦 可能被还原,从而干扰测定。因此,常以控制阴极电位的方 式进行电解分析。
电极取代坩埚状电极,提高效率。 1899年,C.Winkler使用圆柱形网状铂电极,阳极为螺
旋形铂丝,一直沿用至今。
电解工业,其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸(liú suān) 的无机物基础工业;铝、钠等轻金属的冶炼,铜、锌等的精 炼也都用的是电解法;机械工业使用电镀、电抛光、电泳涂 漆等来完成部件的表面处理。
2.电解分析中,要求沉积在电极上的被测物质纯净,致密、坚 固地附着在电极上,可以采用以下措施,其中不正确的是 A.控制适当的pH或以金属络离子形式电解; B.适当升高温度; C.反应的电流密度不宜过小; D.搅拌溶液。
精品资料
3.电解时,由于超电位存在,要使阴离子在阳极上析出,其 阳极电位要比可逆电极电位( )
第六章库仑分析法
库仑分析法
库仑分析法: 库仑分析法: 电极反应-电量-物质量相互关系; 电极反应-电量-物质量相互关系; 库仑分析法的理论基础: 库仑分析法的理论基础: 法拉第电解定律; 法拉第电解定律; 基本要求: 基本要求: 电极反应单纯, 电极反应单纯, 电流效率100 100% 电量全部消耗在待测物上) 电流效率100%。(电量全部消耗在待测物上
标准电极电位: 标准电极电位: θ EAg + /Ag = +0.800V
E θ 2+ /Cu = +0.345V Cu
a.电解时, Ag+先在阴极上被还原而析出 ; 电解时, 先在阴极上被还原而析出Ag; 电解时
根据能使特方程,阴极电位为:
θ EAg+ /Ag = EAg+ /Ag + 0.0591lg[ Ag + ] = 0.682V
§6-1 法拉第电解定律及库仑分析法概述 电解过程中,发生电极反应物质的量 物质的量与通过电 电解过程中,发生电极反应物质的量与通过电 解池的电量成正比。 电量成正比 解池的电量成正比。
MQ M it m= = ⋅ 96487 n n 96487
其中, 其中,m 为电解时于电极上析出的物质的质量 M为析出的物质的摩尔质量,Q = i t,通过的电 为析出的物质的摩尔质量, 为析出的物质的摩尔质量 为电解反应时电子的转移数, 量(C),n为电解反应时电子的转移数,i为电 ) 为电解反应时电子的转移数 为电 解时的电流强度( ) 为电解时间 为电解时间, 解时的电流强度(A),t为电解时间,96487为 为 法拉第常数。 法拉第常数。
电解时, 电解时 , 用恒电位装置控制阴极电 位 , 以 10O% 的电流效率进行电解 , % 的电流效率进行电解, 当电流趋于零时, 电解即完成。 当电流趋于零时 , 电解即完成 。 由库 仑计测得电量, 根据 仑计测得电量 , 根据Faraday定律求 定律求 出被测物质的含量。 出被测物质的含量。
库伦分析法
2. 电解的发生
电解电池
电解过程
电解硫酸铜(0.1mol/L)溶液, 当逐渐增加电压,达到一 定值后电解池中发生了如下反应: 阴极反应:Cu2+ + 2e = Cu 阳极反应:2H2O - 4e = O2 + 4H+
0.059 E (Cu/Cu ) 0.337 lg[Cu 2 ] 0.307 2 0.059 [O 2 ][H ] E (O 2 /H 2 O) 1.229 lg 1.23 4 [H 2 O]
第三章 库仑分析法
Coulometry
一、库仑分析法原理
1. 电解分析法与库仑分析法
都是将被测溶液置于电解装置中进行电解,使被测 离子在电极上以金属或其它形式析出。控制电压可 使不同的物质先后析出得以分离。 电解分析法是根据电极所增加的重量求算出其含量 的方法。这种方法实质上重量分析法。
库仑分析法是通过测量被测物质电解所消耗的电量 来进行定量分析的方法。
6. 自动库仑滴定
钢铁试样中含碳量的自动库仑பைடு நூலகம்定
Ba(ClO4) 2 + H2O + CO2 → BaCO3↓ + 2HClO4
试样高温燃烧,产生的CO2导入高氯酸钡酸性溶液中,即
反应完成后,开始电解,产生一定量OH 2H2O +2e → 2OH- +H2 (阴极反应)
当检测到的pH值回到初始值,停止电解 消耗的电量→产生的OH - 量→中和的 HClO4量 可由仪器读数装置直接读出含碳量。
三、恒电流库仑分析(库仑滴定)
1. 库仑滴定的原理
在试液中加入大量物质,使该物质电解产生一种滴定 剂,滴定剂与被测物定量反应后,借助于电位法或指 示剂来指示滴定终点,电解随即结束。 如何实现100%的电流效率?
1.库仑分析法概述
2. 污水中化学耗氧量的测定
化学耗氧量(COD)是评价水质污染程度的重要指标. 化学耗氧量(COD)是评价水质污染程度的重要指标.它 是指1dm 水中可被氧化的物质(主要是有机化合物) 是指1dm3水中可被氧化的物质(主要是有机化合物)氧化 所需的氧量. 所需的氧量. 基于库仑滴定法设计的COD测定仪原理: 基于库仑滴定法设计的COD测定仪原理: 测定仪原理 用一定量的高锰酸钾标准溶液与水样加热反应后,剩余 用一定量的高锰酸钾标准溶液与水样加热反应后, 的高锰酸钾的量,用电解产生的亚铁离子进行库仑滴定: 的高锰酸钾的量,用电解产生的亚铁离子进行库仑滴定: 5Fe2+ +MnO4- +8H+ = Mn2+ +5Fe3+ +4H2O 根据产生亚铁离子所消耗的电量, 根据产生亚铁离子所消耗的电量,可确定溶液中剩余高 锰酸钾量,计算出水样的COD. 锰酸钾量,计算出水样的COD.
二,控制电位库仑分析法
1.原理简介 1.原理简介
控制电位库仑分析的仪器装置与 控制电位库仑分析的仪器装置与 控制电位电解法相同 控制电位电解法相同 库仑分析是根据电解反应时通过 电解池的电量来分析的, 电量来分析的 电解池的电量来分析的,须在电 解电路中串连一个能够精确测量 电量的库仑计 电量的库仑计 库仑计本身也是一种电解电池, 库仑计本身也是一种电解电池, 本身也是一种电解电池 可用不同的电极反应来构成, 可用不同的电极反应来构成,如: 银库仑计(重量库仑计); );气体 银库仑计(重量库仑计);气体 库仑计根据电解时产生的气体的 库仑计根据电解时产生的气体的 体积来直接读数
仪器分课程讲义
第六章 库仑分析法
2004.12.
一,库仑分析原理与过程
第六章 库仑分析法
(3) 产生差别的原因
超电位(η)、电解回路的电压降(iR)的存在。则外加电 压应为:
E外 = (E阳 + η阳)- (E阴 + η阴) + iR
5
第六章 库仑分析法
二、控制电位电解法 3.分解电压
实际分析中,工作电极 (通常为阴极)的电位是随 着电解过程的进行而不断变 化的,而且阳极电位及电解 电流也是可变的。因此,凭 借控制外加电压来控制阴极 电位,从而进行分离存在一 定的困难。通常通过下列装 置来控制阴极电位。
由此典型例子可以看出应用第二种类型的优越性.它不仅
可以稳定工作电极电位而避免副反应发生,而且由于用于电解 产生试剂的物质可以大量存在,使本法可以在较高的电流密度 下进行电解(可以高达20mA/cm2),进而提高测定速度.
15
第六章 库仑分析法
四、恒电流库仑滴定──库仑滴定
电解完成后,根据通过的电流和电解时间应用下式计算出被测物 质的质量(g):
Ce3+ - e然后:
Ce4+
14
Ce4+ + Fe2+ = Fe3+ + Ce3+
第六章 库仑分析法
四、恒电流库仑滴定──库仑滴定
由于Ce3+离子是过量存在的,因而就稳定了 阳极电位
并防止了 氧的析出.从反应可知,阳极上虽然发生了铈离子 的氧化反应,但所产生的高价铈离子同时又将Fe2+离子氧化 为Fe3+离子,因此,电解时所消耗的总电量与单纯Fe2+离子完 全氧化为Fe3+离子的电量是相当的.
电池反应: 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + O2 + 4H+
库仑分析法
一、控制电位电解
Controlled Potential electrolysis
很明显,要使某一物质在阴极上析出,产生迅速
的、连续不断的电极反应,阴极电位必须比析出
电位更负(即使是很微小的数值)。同样,如在
阳极上氧化析出,则阳极电位必须比析出电位更
正。在阴极上,析出电位愈正者,愈易还原;在
阳极上,析出电位愈负者,愈易氧化。通常,在
库仑分析法:电极反应-电量-物质量相互关系; 库仑分析法的理论基础:法拉第电解定律;
1. 法拉第电解定律
物质在电极上析出产物的质量m 与通过电解池的电量Q 成正比。
Q it mM M nF nF
式中:M为物质的摩尔质量(g),Q为电量(1库仑=1安培×1秒),
F为法拉第常数(1F=96487库仑),n为电极反应中转移的电子数。
0
t
第六章 库仑分析法
Coulometry
一、 控制电位电解 Controlled Potential electrolysis
第二节 控制电位电解
Controlled Potential electrolysis
二、 控制电位库仑分析 Controlled Potential Coulometry
3. 库仑滴定的应用
(1) 酸碱滴定
阳极反应:H2O = (1/2)O2+2H+ + 2e 阴极反应:2 H2O = H2 +2OH- - 2e (2) 沉淀滴定 阳极反应:Ag = Ag++e (3) 配位滴定 阴极反应: HgY+2e = Hg+Y4(4) 氧化还原滴定 (Pb = Pb2++2e)
电解分析中只需考虑某一工作电极的情况,因此
库仑分析法
2.终点指示方法 终点指示方法 (1)化学指示剂法 ) 注意: 选用的指示剂 注意:1.选用的指示剂 不能与辅助电解质同 时在电极上发生电极 反应。 反应。 2.指示剂与电生 指示剂与电生 滴定剂的反应必须在 被测物质与电生滴定 剂完全反应后发生。 剂完全反应后发生。 (2)电流法指示终点 ) 电极上电流的突越 (3)电位法指示终点 )
3.电解色谱法及库仑电位谱法 3.电解色谱法及库仑电位谱法 它是一种将控制电位库仑分析用于流 动体系测定的一中方法。 动体系测定的一中方法。 Q = 96485 m = 96485 nCV
i = dQ dV = 96485 nC = 96485 nCf dt dt
适当条件下,对应所施加的电压, 适当条件下,对应所施加的电压,将电解 电流记录下来, 电流记录下来,就可以得到一条形状与极谱图 相似的E 曲线, 相似的E-i曲线,扩散电流的大小与溶液中去 极剂的浓度有关。 极剂的浓度有关。此法所得到的曲线与普通伏 安法中的E 曲线相似, 安法中的E-i曲线相似,因此称为库仑电位谱 法。优点:很高的灵敏度,选择性也很好,检 优点:很高的灵敏度,选择性也很好, 10 −9 mol / dm 3 . 测下限为
4.2.4 动态库仑法
该法也称为微库 仑法,具有快速、 仑法,具有快速、准 灵敏、 确、灵敏、选择性好 和能自动知识终点等 优点。 优点。 微库仑法实际上 是利用偏压的大小来 调节平衡所需的指示 电极对的电位, 电极对的电位,以确 定滴定的终点。 定滴定的终点。
4.2.5 其他库仑分析法
1.预示库仑法 1.预示库仑法
4.2.3 控制电流库仑分析法
1.原理和装置 原理和装置 以强度一定的电流通过电解池, 以强度一定的电流通过电解池,通过电极 反应产生一种与被测物质发生化学计量作用的 “滴定剂”。当被测物质作用完时,指示系统 滴定剂” 当被测物质作用完时, 发出终点到达的信号。立即停止电解。 发出终点到达的信号。立即停止电解。有点流 强度和到达终点的时间根据法拉第电解定律即 可算出被测物质的质量。 可算出被测物质的质量。 电解池 计时器 电解系统 恒流源 化学指示剂方法 终点指示系统 电化学方法
库仑分析法
9
精选ppt
进行库仑分析时,保证工作电极上只发生单 纯的电极反应,而此反应又必须以100%的电 流效率进行。为了满足上述条件,可以采用两 种方法:
*控制电位库仑分析和恒电流库仑滴定。
为了便于理解控制电位库仑分析的基本原理, 先讨论控制电位电解法.
10
精选ppt
§6—2控制电位电解法 (Controlled Potential Electrolysis)
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精选ppt
如果用0.1mol/L硫酸肼代替硫酸钾,阴极反 应物仍然是氢,而阳极产物确是氮:
N2H5+ → N2+5H++4e-
而产生的H+在阴极上被还原为氢气,称为 氢氮库仑计。其每库仑电量产生的气体的体 积与氢氧库仑计相同,它在电流密度低时, 测定误差小于1%,适合于微量分析。
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生的试剂起反应。
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*实际:按照第一类型进行的情况很少,基本 上是采用的第二种类型,不但可以测定在电极上 不起反应的物质,而且还易于使电流效率达到 100%。
例如:测定Fe2+可以利用它在铂阳极上直接氧 化为Fe3+的反应。进行测定时调节外加电压使电 流不变(恒电流),开始时电极反应为:
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Fe2+ = Fe3+ + e
保持100%的电流效率,在反应进行过 程中,阳极表面上Fe3+不断增加,相应地, Fe2+浓度相应的降低,阳极电位逐渐正移, 最后,溶液中Fe2+还没有全部氧化为Fe3+ , 阳极电极电位已经达到了水的分解电位;
2H2O = O2 + 4H+ + 4e-
各种金属离子具有不同的分解电压,在电解 分析中,金属离子一般在阴极上析出,要达到分 离的目的,就需要控制阴极电位。
电化学分析方法-库仑分析方法
标准化与规范化发展
建立标准操作规程
制定和完善库仑分析的标准操作规程,确保分析结果的准确性和可 靠性。
标准化评价体系
建立库仑分析的标准化评价体系,对不同方法、不同仪器进行比较 和评价。
规范化培训与认证
开展库仑分析的规范化培训与认证,提高分析人员的专业水平和技术 能力。
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库仑分析方法的历史与发展
历史
库仑分析方法最早由法国科学家库仑提出,经过多年的发展,已经成为一种成 熟的电化学分析方法。
发展
随着科技的不断进步,库仑分析方法也在不断发展完善,出现了许多新型的库 仑分析方法和技术,如微电极技术、电化学石英晶体微量天平和电化学阻抗谱 等。
02
库仑分析方法的原理
电化学反应原理
生物分子检测
库仑分析方法可用于检测生物体内的生物分子,如氨基酸、蛋白质、酶等,有助于疾病的诊断和治疗 。
药物代谢研究
通过库仑分析方法,可以研究药物在体内的代谢过程和药效机制,为新药研发提供支持。
04
库仑分析方法的优缺点
优点
高灵敏度
库仑分析方法具有很高的灵敏度,可以 检测到低浓度的物质,特别适合痕量分
电化学反应是发生在电解质溶液和金 属电极之间的电子转移反应,它涉及 到离子的迁移和电荷的传递。
在库仑分析方法中,电化学反应是通 过对电极施加一定的电压或电流来控 制的,从而实现对物质的分析和检测 。
电解反应原理
电解反应是一种通过施加电流使电解质溶液中的离子在电极上发生氧化或还原反 应的过程。
在库仑分析方法中,电解反应被用来产生电化学反应所需的电流,从而实现对物 质的分析和检测。
电解过程中可能产生副反应
在电解过程中,可能会发生一些副反应,如电极腐蚀或生成氢气等, 这可能会影响分析结果的准确性。
库伦分析法
QM B M r mB = = It F nF
式中:mB为电极上析出的待测物质B的质量,g;F为法拉第常数,96487 为物质的相对分子质量;n为电极反应中转移的电子数。
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C • mol −1 ;
MB为待测物质B的摩尔质量, g • mol −1 ;I为电流,A;Q为电量,C;t为时间,s;Mr
库伦分析法原理及典型应用
学号:20112002081 姓名:荆 淇 导师:徐龙君(教授)
主要内容: 1 2 3 4
•库伦分析法概述 •库伦分析法基本原理和法拉第定律 •库伦分析法分类 •库伦分析法的典型应用
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1 库伦分析法概述
1.1 定义:
库伦分析法是在电解分析法基础上发展起来的一种电化学 分析法,是通过测量电解完全时所消耗的电量,并以此计算 待测物质含量的分析方法。
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1.3 特点
注意:为准确进行电量测定,必须使工作电极上没有其他的电极反应发生,
电流效率必须达到100%。——库伦分析的先决条件
优点:
①灵敏度高,准确度好。测定10 ~10 摩/升的物质,误差约为1%。 ①灵敏度高,准确度好。测定 -10~ -12摩 升的物质,误差约为 。 ②不需要标准物质和配制标准溶液,可以用作标定的基准分析方法 ③对一些易挥发不稳定的物质如卤素、Cu(Ⅰ)、Ti(Ⅲ)等也可作为电生 滴定剂用于容量分析,扩大了容量分析的范围。 ④易于实现自动化。此法已广泛用于有机物测定、钢铁快速分析和环境监测, 也可用于准确测量参与电极反应的电子数。
为了使工作电极的电位保持恒定,电解过程中,必须不断减小外加电压, 而使电流不断减小。当待电解物质电流趋于零(残余电流量)时停止电解。 电解时,在电路上串联一个库仑计或电子积分计,可指示出通过电解池的 电量。 测定结果准确性的关键是电量的测量。
库伦分析法
2
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目录
CONTENTS
1 库伦分析法的基本原理 2 库伦分析法的应用
库伦分析法
库伦分析法是一种广泛应用于工 程和科学领域的分析方法,它主
要用于求解静电场问题
该方法基于库伦定律,即电荷在 真空中产生电场,以及电场对置 于其中的电荷施加作用力的原理
1
库伦分析法的基本原理
库伦分析法的基本原理 库伦分析法基于以下基本原理
材料科学 环境科学
在生物医学工程中,静电场被用来操纵细胞和组织, 以实现药物输送、基因治疗和组织工程等目的。库 伦分析法可用于优化这些技术的设计和操作
在材料科学中,静电场被用来研究材料的电学、光 学和磁学性质。通过使用库伦分析法,可以更好地 理解这些材料的性能并开发新的应用
在环境科学中,静电库伦分析法,可以更好地预测 和控制环境污染问题
库伦分析法的基本原理
基于以上原理,库伦 分析法通过求解泊松 方程或高斯定理来计 算电场分布和电荷分
布
2
库伦分析法的应用
库伦分析法的应用
库伦分析法广泛应用于以下领域 静电除尘:在这种应用中,静电场被用来分离气体中的颗粒物。库伦分析法可用于优 化除尘器的设计和操作 静电喷涂:在这种应用中,静电场被用来将涂料粒子均匀地喷涂到工件上。通过使用 库伦分析法,可以更好地控制涂料粒子的运动和分布 电子显微镜:在这种应用中,静电场被用来加速和聚焦电子束。库伦分析法可用于优 化显微镜的设计和操作
库伦分析法的基本原理
高斯定理:在真空中,穿过任 意闭合曲面的电场强度通量等 于零。这一定律表明,电场在
空间中是封闭的
库仑定律:两个静止电荷之间 的作用力与它们的电荷量的乘 积成正比,与它们之间的距离 的平方成反比。这一定律在真 空中成立 静电场的泊松方程:在静止电 荷分布的附近,电场强度E满足 泊松方程▽²E = ρ/ε₀。其中, ρ是电荷密度,ε₀是真空中的 介电常数
库仑分析法
❖ 指示阳极
2Br - → Br2 + 2e –
❖ 检流计上有电流通过,检流计光点突然有较大的
偏转,而指示终点到达
永停终点法常用于氧化还原滴定体系,特别是 以电生卤素为滴定剂的库仑滴定中应用最广
四、控制电位库仑分析法
(一)基本原理与基本 装置
——控制工作电极电位 的库仑分析
4. 指示终点的方 法
(1)指示剂法 库仑分析中所使用的指示剂如甲基橙、酚酞、
百极里反酚应酞、I2-淀粉等,要求所用的指示剂不起电
(2) 电位法
与电位滴定相同,库仑滴定也用电位 法来指示滴定终点,在电解池中,另配指 示电极与参比电极作为指示系统
(3)永停终点法
❖ 在电解池中插入两个Pt电极作指示电极, 并在这两个电极上加一个(50 ~ 200 mV ) 小的恒电压,在线路中串联一个灵敏的检 流计G,滴定到达终点时,由于溶液中形成 一对可逆电对或一对可逆电对消失,使铂 电极的电流发生变化或停止变化,指示终 点到达,这种指示终点的办法称为永停终 点法
❖
AsO33- + Br2 + H2O = AsO43- + 2Br -+ 2H+
❖ 计量点前,溶液中只有Br - 而不存在Br2 ,只有可 逆电对的一种状态,指示线路中无电流通过,检
流计的光点停在零点(溶液中 AsO43- /AsO33- 为 不可逆电对,有过电位)
❖ 当AsO33- 反应完毕,溶液中有剩余Br2则产生Br2 /Br -可逆电对,所加小电压可使Br –和Br2在指示 电极上发生电极反应
❖ 防止方法: 是选择合适的电解液或电极,或采用隔膜 将阴阳极隔开,或将辅助电极置于另一容器内用盐桥 相连接
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第三章 库仑分析法
教学基本要求:
熟悉库仑分析法基本原理,掌握分解电压与超电位的概念、法拉第电解定律和实现库仑分析的前提条件。
掌握控制电位库仑分析法原理,三电极体系和氢氧气体库仑计的概念。
掌握控制电流库仑分析法原理、特点及应用。
重点与难点:
1. 库仑分析法原理
电解是借助于外加电源的作用实现化学反应向着非自发方向进行的过程。
加直流电压于电解池的两个电极上,使溶液中有电流通过,物质在电极上发生氧化还原反应而分解。
电解分析是一种最早的电化学分析方法,它包括电重量法和电解分离法。
前者是通过电解试液,电解完毕后直接称量在电极上沉积的被测物质的质量来进行分析;后者是使用电解手段将物质分离。
库仑分析是在电解分析法的基础上发展起来的,它是根据电解过程中所消耗的电量求得被测物质的含量。
因此,库仑分析法实际上是电量分析法。
无论是电重量法还是库仑分析,在分析时它们都不需要基准物质和标准溶液。
(1)分解电压与超电位
对于可逆电极过程,分解电压与析出电位具有下列关系:
E 分 =E 阳 -E 阴
式中E 阳 和E 阴分别表示阳极析出电位与阴极析出电位。
当电流流过电极时,电极电位偏离平衡电位的现象称为电极的极化。
某一电流密度下实际电极电位与其平衡电位之差称为超电位,用η表示。
阳极超电位ηa 为正值,阴极超电位
ηc 为负值。
电解时的外加电压为:
E 外 = (E 阳 +ηa ) – (E 阴 + ηc ) + iR
(2)法拉第电解定律
法拉第 (Faraday) 电解定律是库仑分析法的基础,表示电解反应时,电极上发生化学变化的物质的质量 m 与通过电解池的电量 Q 成正比。
其数学表达式为:
n M
F Q
m ⨯=
(3)实现库仑分析的前提条件
实现库仑分析的前提是工作电极上只发生单纯的电极反应,而此反应又必须以100%的电流效率进行。
2. 控制电位库仑分析法
当试样中存在两种以上金属离子时,随着外加电压的增加,第二种离子也可能被还原。
为了分别测定或分离就需要采用控制阴极电位的电解法。
在电解池中插入一个参比电极,组成三电极系统,控制工作电极电位相对于参比电极保持不变,并使被测物质以 100% 的电流效率完全电解。
通过测量电解过程中消耗的电量,计算被测物质的含量,电量的测量采用库仑计或电子积分仪。
常用的库仑计有氢氧气体库仑计,它在25℃、1atm (510013.1⨯Pa )的状态下,被测物质的质量m (g) 与水被电解后所产生的氢氧混合气体的体积V (mL)间的关系为:
n M
V
n M
V
m ⨯=⨯⨯=16779964871739.0
3. 控制电流库仑分析(库仑滴定)
恒电流库仑分析法又称库仑滴定法,是通过选择合适的滴定反应,在试液中加入适当物质后,以一定强度的恒定电流进行电解,利用电解所产生的试剂与待测物质发生定量反应,当被测物质作用完后,用适当的方法指示终点并立即停止电解,以保证 100% 的电流效率。
无论是控制电位库仑分析还是控制电流库仑分析(库仑滴定),均需要用适当的方法来指示滴定终点,常用的有伏安法,电导法和比色法等。
用伏安法指示滴定终点可制成各种专用的自动库仑分析仪,如碳分析仪、二氧化硫分析仪等。