第五章库仑分析法
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《库仑分析法》课件
《库仑分析法》PPT课件
欢迎大家来到本次关于《库仑分析法》的PPT课件。我们将深入探讨库仑分 析法的定义、库仑定律、应用领域以及实验步骤和数据分析。让我们一起开 始这次令人兴奋的学习之旅！
什么是库仑分析法
库仑分析法是一种用于研究电荷间相互作用的分析方法。它基于库仑定律， 通过测量电荷的数量和距离，来研究它们之间的作用力。库仑分析法在化学、 物理等领域广泛应用。
电解质分析
库仑分析法可以测量电解质溶液中的离子浓 度和电导率，帮助判断溶液的电解质性质。
电化学研究
库仑分析法在电化学实验中起到关键作用， 帮助研究电化学反应的动力学和机制。
仪器和设备
电量计
用于测量电荷的数量，是库仑 分析法中一种常用的设备。
电导率计
用于测量溶液的电导率，帮助 分析溶液中的离子浓度。数量和作用力之间的关系，探索电荷间相互作用的强弱。
2 距离变化与作用力
通过比较不同距离下的作用力，研究电荷间相互作用的范围和趋势。
3 应用实例分析
结合实际应用案例，解释和探讨库仑分析法在化学中的重要性和价值。
总结和展望
通过本次课件，我们深入了解了库仑分析法的原理和应用。它在化学研究和 实验中具有重要地位，并为我们提供了研究电荷间相互作用的有效工具。展 望未来，我们可以进一步拓展库仑分析法的应用领域，并加深对电荷作用力 的理解。
库仑定律简述
库仑定律是描述带电粒子之间电荷作用力的定律。根据库仑定律，电荷之间 的作用力与它们之间的距离成反比，与它们的电量大小成正比。这个定律是 我们理解库仑分析法的基础。
库仑分析法在化学中的应用
溶液浓度分析
库仑分析法可以用来测量溶液中的离子浓度， 帮助化学家了解溶液的化学组成。
化学反应速率
欢迎大家来到本次关于《库仑分析法》的PPT课件。我们将深入探讨库仑分 析法的定义、库仑定律、应用领域以及实验步骤和数据分析。让我们一起开 始这次令人兴奋的学习之旅！
什么是库仑分析法
库仑分析法是一种用于研究电荷间相互作用的分析方法。它基于库仑定律， 通过测量电荷的数量和距离，来研究它们之间的作用力。库仑分析法在化学、 物理等领域广泛应用。
电解质分析
库仑分析法可以测量电解质溶液中的离子浓 度和电导率，帮助判断溶液的电解质性质。
电化学研究
库仑分析法在电化学实验中起到关键作用， 帮助研究电化学反应的动力学和机制。
仪器和设备
电量计
用于测量电荷的数量，是库仑 分析法中一种常用的设备。
电导率计
用于测量溶液的电导率，帮助 分析溶液中的离子浓度。数量和作用力之间的关系，探索电荷间相互作用的强弱。
2 距离变化与作用力
通过比较不同距离下的作用力，研究电荷间相互作用的范围和趋势。
3 应用实例分析
结合实际应用案例，解释和探讨库仑分析法在化学中的重要性和价值。
总结和展望
通过本次课件，我们深入了解了库仑分析法的原理和应用。它在化学研究和 实验中具有重要地位，并为我们提供了研究电荷间相互作用的有效工具。展 望未来，我们可以进一步拓展库仑分析法的应用领域，并加深对电荷作用力 的理解。
库仑定律简述
库仑定律是描述带电粒子之间电荷作用力的定律。根据库仑定律，电荷之间 的作用力与它们之间的距离成反比，与它们的电量大小成正比。这个定律是 我们理解库仑分析法的基础。
库仑分析法在化学中的应用
溶液浓度分析
库仑分析法可以用来测量溶液中的离子浓度， 帮助化学家了解溶液的化学组成。
化学反应速率
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。
库仑分析法
于零，指示物质已被电解完全；
●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：
●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)
Fe2+作用，充当了所谓的“滴定剂”，即电生滴定 剂，从而保持电流效率为100%。 该法类似于Ce4+滴定Fe2+ , 因此恒电流电解又称
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。
第五章库仑分析法
（三）、电位法指示终点：
五、定量技术
（一）、内部电生试剂库仑滴定法
（二）、外部发生试剂库 仑测定法
此方法能获得准确结果的条件：电流 效率高（100%）；工作电极位置合适， 使电生滴定剂流出液不与辅助电极溶液 相混合；电解质溶液流速稳定。
（三）、双中间体库仑滴定法 这种方法中需要电解产生二种库仑滴定剂， 其中一种是过量产生的，另一种是反滴定剂。 不过这二种试剂都可以在同一个发生电极上产 生，只是先后次序和电极的极性不同而已。 常用的体系有：Br2-Cu(I)；Ce(Ⅳ)-Fe(Ⅱ)；
单极化电极指示法 ： 当被测物质单独在极化电极上还原时，被测物质X与滴 定试剂R的电流-电压曲线如图
如果被测物质不在电极上还原而滴定剂在电极上 发生反应，则其电流-电压曲线和滴定曲线如下图所示
假如被测物质和滴定试剂都在电极上发生反应， 则它们的电流-电压曲线和滴定曲线属于下图的类 型
双极化指示电极法（死停终点法）：两个极化电极的电流 法通常是应用两个相同的电极，加上一个很小的外加电压 (0~200mV)，从指示电流对电生滴定剂的时间作图来确定滴 定的终点。
二、库仑滴定的电流效率和滴定效率
在恒电流库仑滴定中，除了电流效率之外还有一个滴定效 率的概念。这二者是有区别的。一般所说的电流效率是指某一 种物质在电极上发生电解反应时所消耗的电量与通过电解池的 总电量之比值。在恒电流库仑滴定中所谓的电流效率也就是指 电生滴定剂的电流效率。如果在一个滴定过程中，既有发生电
电子积分库仑计
（二）电解池
电解过程进行时间长，通过的电流大。 1.工作电极：汞电极；铂网电极、玻璃碳电极。要求大面 积。 2.辅助电极：安装位置适当，使工作电极整个表面有均匀 电流密度。 3.参比电极：安装位置适当，尽可能接近工作电极表面。 4.工作电极室和辅助电极室。少量测试溶液即可进行电解， 可减少电解时间。 5.除氧通气孔道：既能除氧又能不损失测试物质。 6.搅拌器。
第五章 电解及库仑分析法
第五章电解及库仑分析法教师：李国清一.教学目的：⑴掌握电解分析法的原理、方法和应用⑵掌握库仑分析法的原理、方法和应用⑶了解控制电位法和控制电流法的优缺点⑷掌握控制电极电位的方法⑸了解电极超电位的影响因素⑹了解库仑滴定终点的指示方法和原理二.教学重难点：⑴电解分析及库仑分析法的原理、方法和应用⑵控制阴极电位的方法三．教学难点：阴极电位的控制，库仑滴定终点的确定四．教具：多媒体计算机。
五．教学方法：讲授、演示、提问、讨论。
六．教学过程：§1．概述电解分析法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，由电解所增加的重量求算出其含量的方法。
这种方法实质上是重量分析法，因而又称为电重量分析法。
库仑分析法是在电解分析法的基础上发展起来的一种分析方法。
它不是通过称量电解析出物的重量，而是通过测量被测物质在100％电流效率下电解所消耗的电量来进行定量分析的方法。
按实验所控制的参数（E 或i ）不同，本章的方法可分为控制电位法和控制电流法。
控制电位法是控制电极电位在某一恒定值，使电位有一定差值的几种离子能够分别进行测定，因而选择性较高，但分析时间较长；控制电流法是控制通过电解池的电流，一般为2～5A ，电解速度较快，分析时间较短，但选择性较差，需要有适当的指示电解完全或电流效率100％的方法。
控制电位电解法控制电流电解法库仑滴定法控制电位库仑法§2 基本原理当直流电通过某种电解质溶液时，电极与溶液界面发生化学变化，引起溶液中物质分解，这种现象称为电解。
一．分解电压和过电位水溶液中除了电解质的离子外，还有由水电离出来的氢离子和氢氧根离子，换句话说，水溶液中存在着两种或两种以上的阳离子和阴离子。
究竟哪一种离子先发生电极反应，不仅与其在电动序中的相对位置有关，也与其在溶液中的浓度有关，在某些情况下还与构成电极的材料有关。
如在铂电极上电解硫酸铜溶液。
当外加电压较小时，不能引起电极反应，几乎没有电流或只有很小电流通过电解池。
第五章库仑分析法
现以电解浓度分别为 0.01mol/L 和 1mol/L 的 Ag+ 和 Cu2+的硫酸盐溶液为例来说明。 已知
因此，在上述溶液中Ag+首先在阴极上被还原而析出 Ag： Ag+ + e Ag
在阳极上则发生水的氧化反应而析出氧：
银开始析出时，根据能斯特方程式，阴极电位为：
若溶液的 [H+]=1mol/L, 阳极电位应等于 1.23V 。通 常金属电极的超电压很小，可以忽略；阳极的超电 压已知等于 0.47V 。因此根据上式（ 5-2 ）并忽略 iR （因为电解池的R很小）得：
2.滴定库仑计：电流通过 时，串联于电路中的库 仑计同样发生电解反应， 使溶液 pH 升高，用标准 酸滴定生成的碱，根据 消耗的酸量可计算电量。
右图是滴定库仑计的示意图。 在 烧 杯 内 放 置 0.03mol/LKBr 和 0.2mol/LK2SO4( 后者用来减小内 阻）溶液，以铂网作阴极，银丝 作阳极。电解时，电解反应为
§6-4 恒电流库仑滴定（简称库伦滴定）
一、方法原理 库仑滴定法是用恒定的电流，以100%的电流效率 进行电解，它可按两种类型进行： 1.被测定物直接在电极上起反应；较少用该法. 2.在试液中加入大量物质，使此物质经电解反应后 产生一种试剂，然后被测定物与所产生的试剂起反 应。一般都是按该类方法进行。
当外加电压大于 1.02V 时就可使 Ag+ 在阴极上析出 （同时在阳极上析出氧）。 当[Ag+]=10-7mol/L时，阴极电位为：
由上述计算可见，随着电解的进行，溶液中Ag+浓 度的降低，阴极电位将相应向负的方向改变。如由 0.682V 减少到 0.386V 。而外加电压应作相应的增加， 由1.02V增加到1.31V，才能使电解继续进行。
库仑分析法课件PPT学习教案
原理：由于工作电极发生的反应使溶液中OH-
产生了富裕，可作为滴定剂，使溶液中的酸
性发生变化，用计上的突跃点指示终点。
PH
PH
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6.5 库仑滴定的特点及应用
1.库仑滴定的特点
(1) 不必配制标准溶液 简便，简化了操作过程；
(2) 可实现容量分析中不易实现的滴定 Cu+、Br2、Cl2作为滴定剂；
拉第定律来确定被测物质含量的方法。
2. 与电解分析法的相同点： ✓分析原理相似，都用电解反应进行分析； ✓也具有很高的准确度； ✓在分析工作中无须应用基准物质和标准物质
3. 与电解分析法的不同点： ✓操作较简单； ✓库仑分析法适用于微量组分的测定。
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6.3 控制电位库仑分析法
4. 库仑分Leabharlann 法的定量依据：相互干扰。a)各离子在阴极的析出电位 铜开始析出的电位为：
Cu
0 Cu 2/Cu
0.059 lg[Cu2 ] 0.346(V) 2
银开始析出的电位为：
Ag
0 Ag /Ag
0.059 lg[Ag ]
0.681(V)
因为 Ag＞，Cu 故银先于铜析出。
b) Ag完全析出时的外加电压：
设Ag2+“完全”析出时溶液中Ag2+的浓度为10-6mol/L，则
第6页/共37页
几 个概念 和术语 ：
➢ 分解电压：使某电解质溶液能够连续发生电解时所必需的 最小外加电压，称为该电解质溶液的分解电压，即理论分 解电压，它等于原电池的电动势。外加电压继续增大，电 流达到一极限值，称为极限电流。
➢ 分解电压包括理论分解电压、超电压和电解回路的电压降 三部分。
第五章第三节库仑滴定
10:33:06
三、微库仑分析技术
microcoulometric analysis 装置： 装置：图 特点： 灵敏，快速， 特点： 灵敏，快速，方便 原理与分析过程： 原理与分析过程： 以电生Ag 为例：） （ 以电生 +为例：） 含Ag+底液的电位为 测， 底液的电位为E 设：偏压为E偏， 偏压为 使: E测 = E偏 ， 则: △E = 0， ， I电解 = 0， ， 体系处于平衡。 体系处于平衡。 平衡
结束
10:33:06
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1.分析过程描述 1.分析过程描述
当含Cl 的试样进入到滴定池后， 当含 -的试样进入到滴定池后， 反应生成AgCl，Ag+浓度 ， 浓度↓ 与Ag+反应生成 ， 则 E测 ≠ E偏 ， △E ≠ 0，即平衡状态被破坏。 ， 平衡状态被破坏。 量的电流I 流过滴定池. 产生一个对应于 E 量的电流 流过滴定池 在阳极（银电极）上发生反应：Ag →Ag+ + e 在阳极（银电极）上发生反应： 滴定池中继续发生次级反应： 滴定池中继续发生次级反应： Ag+ + Cl- → AgCl↓ 未反应完全之前，溶液的电位将始终不等于E 电解不断进行。 当Cl-未反应完全之前，溶液的电位将始终不等于 偏，电解不断进行。 当加入的Cl 反应完全后， 低于初始值， 当加入的 -反应完全后，[Ag+]低于初始值，电解电流将持续流过电解池 低于初始值 直到溶液中[Ag+]达到初始值。此时 ： 达到初始值。 直到溶液中 达到初始值 E测 = E偏 ， △E = 0，使I电解 = 0，体系重新平衡。 ， ，体系重新平衡。 电解停止。随着试样的不断加入，上述过程不断重复。 电解停止。随着试样的不断加入，上述过程不断重复。
三、微库仑分析技术
microcoulometric analysis 装置： 装置：图 特点： 灵敏，快速， 特点： 灵敏，快速，方便 原理与分析过程： 原理与分析过程： 以电生Ag 为例：） （ 以电生 +为例：） 含Ag+底液的电位为 测， 底液的电位为E 设：偏压为E偏， 偏压为 使: E测 = E偏 ， 则: △E = 0， ， I电解 = 0， ， 体系处于平衡。 体系处于平衡。 平衡
结束
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1.分析过程描述 1.分析过程描述
当含Cl 的试样进入到滴定池后， 当含 -的试样进入到滴定池后， 反应生成AgCl，Ag+浓度 ， 浓度↓ 与Ag+反应生成 ， 则 E测 ≠ E偏 ， △E ≠ 0，即平衡状态被破坏。 ， 平衡状态被破坏。 量的电流I 流过滴定池. 产生一个对应于 E 量的电流 流过滴定池 在阳极（银电极）上发生反应：Ag →Ag+ + e 在阳极（银电极）上发生反应： 滴定池中继续发生次级反应： 滴定池中继续发生次级反应： Ag+ + Cl- → AgCl↓ 未反应完全之前，溶液的电位将始终不等于E 电解不断进行。 当Cl-未反应完全之前，溶液的电位将始终不等于 偏，电解不断进行。 当加入的Cl 反应完全后， 低于初始值， 当加入的 -反应完全后，[Ag+]低于初始值，电解电流将持续流过电解池 低于初始值 直到溶液中[Ag+]达到初始值。此时 ： 达到初始值。 直到溶液中 达到初始值 E测 = E偏 ， △E = 0，使I电解 = 0，体系重新平衡。 ， ，体系重新平衡。 电解停止。随着试样的不断加入，上述过程不断重复。 电解停止。随着试样的不断加入，上述过程不断重复。
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。
Page 6
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
Page 2
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。
Page 4
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
库伦分析法
2
-
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
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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
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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
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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
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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
43; 2e – → 2Br -
❖ 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
❖ 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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假如被测物质和滴定试剂都在电极上发生反应， 则它们的电流-电压曲线和滴定曲线属于下图的类 型
双极化指示电极法（死停终点法）：两个极化电极的电流 法通常是应用两个相同的电极，加上一个很小的外加电压 (0~200mV)，从指示电流对电生滴定剂的时间作图来确定滴 定的终点。
对于在电化学反应中滴定剂可逆、被测物不可
其中一种是过量产生的，另一种是反滴定剂。 不过这二种试剂都可以在同一个发生电极上产 生，只是先后次序和电极的极性不同而已。
电子积分库仑计
（二）电解池
电解过程进行时间长，通过的电流大。
1.工作电极：汞电极；铂网电极、玻璃碳电极。要求大面 积。
2.辅助电极：安装位置适当，使工作电极整个表面有均匀 电流密度。
3.参比电极：安装位置适当，尽可能接近工作电极表面。 4.工作电极室和辅助电极室。少量测试溶液即可进行电解， 可减少电解时间。 5.除氧通气孔道：既能除氧又能不损失测试物质。 6.搅拌器。
（三）、电位法指示终点：
五、定量技术
（一）、内部电生试剂库仑滴定法
（二）、外部发生试剂库 仑测定法
此方法能获得准确结果的条件：电流 效率高（100%）；工作电极位置合适， 使电生滴定剂流出液不与辅助电极溶液 相混合；电解质溶液流速稳定。
（三）、双中间体库仑滴定法 这种方法中需要电解产生二种库仑滴定剂，
（四）动力电流
动力电流主要来源于某些反应产物由 于某种原因恢复到原来的状态，而后者 又在电极上发生反应所产生的电流。
（五）感应电流
感应电流主要是由于电极表面在某些 情况下氧化或还原反应进行不正常所引 起的。这种现象一般是由主要的电化学 反应诱导发生的。
四、库仑计和电解池
（一）库仑计 重量库仑计：
气体库仑计 ：
电流效率 100T T S
三、恒电流值的选择
图
四、终点指示方法
（一）、化学指示剂指示终点：普通容量分析中 所用的化学指示剂大部分都可用于恒电流库仑 滴定。
（二）、电流法指示终点
单极化电极指示法 ：
当被测物质单独在极化电极上还原时，被测物质X与滴 定试剂R的电流-电压曲线如图
如果被测物质不在电极上还原而滴定剂在电极上 发生反应，则其电流-电压曲线和滴定曲线如下图所示
Q V 0.1741
库仑式库仑计：
准确度很高，可以测定很小的电量。如测定0.01C电量时也可以获 得±0.1%的准确度。这种库仑计的原理是这样的：在一个盛有硫酸铜的 玻璃器皿中，插入一个微铂电极作为阴极，另外用一个铜电极作为阳极。 在两个电极之间接一个电位指示装置。把这个电解池(即库仑计)与控制 电位电解池串联起来。在控制电位电解过程中，库仑计中的铜离子沉积 在铂阴极上。电解完成后，将库仑计中的阴极和阳极对换一下，这时微 铂电极作为阳极，在恒电流电解下进行阳极溶出。当微铂电极上沉积的 铜溶出完了，电位指示系统会出现敏锐的电位突跃，表示终点的到达。 根据溶出的时间和恒电流强度可以其出沉积铜的量，从而得到控制电位 电解过程中所消耗的电量。这种库仑计可用于微量物质的控制电位库仑 分析。其应用范围为0.01~75C。
二、库仑滴定的电流效率和滴定效率
在恒电流库仑滴定中，除了电流效率之外还有一个滴定效 率的概念。这二者是有区别的。一般所说的电流效率是指某一 种物质在电极上发生电解反应时所消耗的电量与通过电解池的 总电量之比值。在恒电流库仑滴定中所谓的电流效率也就是指 电生滴定剂的电流效率。如果在一个滴定过程中，既有发生电 解质参加电极反应，又有被测物质直接在电极上同时发生反应， 则这个滴定过程的效率应该以滴定效率来表示，而不用电流效 率来表示。
逆和滴定剂不可逆、被测物可逆这两种情况，其滴 定曲线如上图曲线1、2所示
对于在电化学反应中滴定剂可逆、被测物可逆的这种 情况，其滴定曲线如下图曲线3所示
死停终点法（又称之为双铂电极电流
法、双安培法）常用于氧化还原反应滴 定体系，特别是在以电生卤素为滴定剂 的库仑滴定中用得最广。在沉淀反应的 滴定中也有不少用死停终点法来指示终 点的。由于这种方法装置简单、快速， 灵敏而且准确度又比较高，因此它的应 用范围不断在扩大。
控制电位库仑法已较广泛地应用于 无机化合物的测定。可用于金属材料， 合金及含有过渡金属和贵金属元素的化 合物纯度的检验或主要成分的分析。
控制电位库仑分析法也可应用于有 机化合物的测定。
方法还可用于研究电极反应机理、确 定电子转移数n及分步反应情况。
§ 5 — 3恒电流库仑滴定法 一、控制电流电解的一般特性
六、特点和应用
控制电位库仑法作为一种分析技术，它具有一些独特 的优点。这种方法选择性比较好，准确度也比较高。一 般分析可以准确到0.2％，有时可以做的更好。
控制电位库仑法可以认为是一门“绝对量”分析技术。 因为它的信号响应是固有的线性关系，只要实验上证实 了电流效率是100％的，或者整个测量过程都有准确的背 景电流校正，则测量的结果均为线性响应。也就是说分 析结果完全可以根据测得的电量去进行计算，因此当其 它分析方法用于测定某些物质出现疑问时，也往往采用 库仑分析法作为一种准确的核别方法。
i
0.434 ADt
i010 V ;Q
t
idt
0
0.434 i0V
AD
AD
(1 10 V )
lg
i
lg
i0
0.434
AD
V
t
用lg i ~ t作图，外推至 t = 0 处，得到lg i0。斜率求出 AD/Vδ。
（三）次级控制电位库仑法 在这种方法中是利用电生中间体与被测物质作
用，但是在这里中间体不是依靠恒电流而是在控制 电位下产生的。这种方法具有某些优点：电解反应 的选择性较好，有可能顺序电生几种中间体。此外， 不要特殊的指示终点装置。
五、定量技术
（一）传统控制电位库仑分析法
被测定的物质在工作电极上进行电解时，工作电极的电
位在整个电解过程中由恒电位发生器控制或保持恒定。电解 电流由库仑计或电流积分计进行积分。
0
F为法拉弟常数，数值为96487
（二）预示库仑法
所谓预示库仑法就是不需要把被测物质进行完全的电解， 只要电解其中的一部分即可通过计算或外推法来确定电解完 全时的总电量Q。