电位分析法和永停滴定法

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chemical cell
实现化学反应能与电能相互转换的 装置,由两个电极、电解质溶液和外电路 组成,可分为原电池和电解池。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
化学电池的分类
◆按电极反应是否自发进行
○原电池 ○电解池
◆按是否有液接电位 ○无液接电位 ○有液接电位
第八章
电位法和永停滴定法
原电池
仪器分析
+ d2
+ + + + +
+ -
+ + + +
+ + -
d0 d1 紧密层
扩散层
主体溶液
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
相界电位
phase boundary potential
不同相界接触的相界面上,由于电荷在相 界面上的转移破坏原来两相的电中性,正负电 荷分别集中在相界面两侧达到动态平衡,形成 了稳定的双电层而产生的电位差称为相界电位 或金属电极电位 。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
2、pH玻璃电极响应机制
当玻璃电极浸泡在水或溶液中时,玻璃膜表面上的钠离 子与溶液中的H+发生交换反应。在膜内外形成一层水化溶 胀层(厚约 10—5~10—4 mm):
H +
溶液
+
Si
玻璃膜
O Na
-
+
Na +
溶液
+
Si
玻璃膜
OH
+
第八章 电位法和永停滴定法 1. 玻璃膜: 干玻璃 层, 厚度为0.1mm , 点位全被Na+所占有。 2. (外溶胀层): 厚 度为10-4mm,点位为H +和Na+所占有。 3. (内溶胀层): 厚 度为10-4 mm,点位为 H+和Na+所占有。 玻璃电极的电流传 导在溶胀层上,是以质 子传导形式输送;而在 干玻璃层内是以离子形 式传导,即以Na+离子 迁移的形式传导。
仪器分析
第二节
电位法的基本原理
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
连接 pH 酸度计
饱和甘汞电 极 玻璃电 极 Ag-AgCl 参比电极
待测 pH 溶 液
测定溶液 的 pH 值时, 两个电极与试 液组成工作电 池,电池的电 动势用酸度计 来测量。
磁芯搅拌棒
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
一、化学电池
②电极的两相界面和不相混的两种溶液之间的界面,都用单竖线“∣”表
示;盐桥用双虚线“‖”表示;同一相中同时存在多种组分时,用“,” 隔开。
③电解质位于两电极之间。
④气体或均相的电极反应,反应物质本身不能直接作为电极,要用惰性材 料如铂、金、碳作电极,以传导电流。
⑤电池中的溶液应注明活度。如有气体,应注明压力、温度。若不注明,
pH 玻璃电极是对氢离子活度有选择响应的一
种离子选择性电极,所以称为 pH 电极。它的关键
部位是一个玻璃泡膜。此玻璃膜是在 SiO2(72.2%) 基质中加入 21.4%Na2O 和 6.4%CaO 烧制而成。 泡内盛有固定pH 值的缓冲溶液( 0.1mol· —1 L HCl 溶液),再插入Ag-AgCl 电极作为内参比电极 与内部溶液接触,其电极电位是恒定的,与待测溶 液的pH值无关。
- + + +
HCl 0.01 mol/L
- -
H+
Cl-
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
盐桥 salt bridge
组成:3%琼脂的高浓度KCl(或NH4Cl) 作用:沟通两个半电池、消除液接电位、保持其电 荷平衡 机理:高浓度的K+和Cl-的扩散速率几乎相等, 同时两个液接电位方向相反,可相互抵 消,使液接电位很小(1~2mV)
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
特点:
(1)准确度高,重现性和稳定性好 (2)灵敏度高,10-4~10-8mol/L 10-10 ~10-12 mol/L(极谱,伏安) (3)选择性好(排除干扰) (4)应用广泛(常量、微量和痕量分析) (5)仪器设备简单,易于实现自动化
第八章
电位法和永停滴定法
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
分析化学Ⅱ
分析化学分类
化学分析法:以待测物质能够发生特定的化学反应为
基础(又称经典分析法)如各种滴定分析,重量分析等。
物理分析法: 以待测物质的物理性质或物
理化学性质为基础,又称仪器分析法。
化学分析与仪器分析方法的一些差异:
化学分析
检测 对象
仪器分析 微量、痕量、超痕量、单 分子、单原子、单细胞 好(ppm、ppb、ppt) 高 快(自动化程度高) 差(有的方法>10%) 需要 昂贵的仪器
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
电解池:Daniell电池
V Zn棒 Cu棒
盐桥
ZnSO4
CuSO4
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析 -
e
+
e
阳 极
阴 极
阴 极
阳 极
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
(-) Zn ︱Zn2+(1mol/L)‖ Cu2+(1mol/L)︱Cu (+)
①左边为负极,右边为正极,电池电动势为正极减去负极。
H+ 溶胀层
10-4 mm
+ H 溶液
外部 pH 试液

外 溶 胀 层
0.1mm 玻璃膜
10-4 mm
干玻璃层

内 溶 胀 层

内部 HCl 参比溶液
同理,在玻璃膜内侧溶胀层与内部溶液交界面上也存在着一定的相 界电位 内。
库仑分析法
直接电 电位滴 电重 位法 定法 量法 控制 电流 控制 电压
直 接 电 导 法
电 导 滴 定 法
电 流 滴 定 法
按照IUPIC推荐的方法分类 既不涉及双电层, 也不涉及到电极反应 电导分析 高频电导滴 定 涉及到双电层,但 不涉及到电极反应 表面张力测定 电位 分析 涉及到电极反应 电解 分析 库仑 分析 伏安 分析
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
液接电位 liquid junction potential
在组成不同或组成相 同而浓度不同的两个电解 质溶液接触界面两边所产 生的电位差称为液体接界 电位,即液接电位。液接 电位是由于离子在通过不 同溶液相界面时扩散速率 不同而引起的,故又称扩 散电位。
HCl 0.1 mol/L
待测 pH 溶 液
测定溶液 的 pH 值时, 两个电极与试 液组成工作电 池,电池的电 动势用酸度计 来测量。
磁芯搅拌棒
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
一、溶液pH值的测定
(一)pH玻璃电极
1、电极的构造
2、pH玻璃电极响应机制
3、 pH玻璃电极的性能
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
1、 pH玻璃电极的构造
电位滴定法的原理及确定终点的方法;
永停滴定法的原理及滴定曲线;
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析

熟悉化学电池组成及分类,离子选择电极
响应机制、测量方法、测量误差,离子选
择电极结构、分类、常见电极。

了解电化学分析法及其分类,各种类型的
电位滴定,电化学生物传感器与微电极技 术。
第八章
电位法和永停滴定法
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
二、指示电极和参比电极
indicator electrode and reference electrode
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
(一)指示电极
定义:电极电位值随被测离子的活(浓)度变化 而改变的一类电极。 分类:金属基电极和膜电极 对指示电极的要求: 电极电位与有关离子活度之间关系应符合能 斯特公式,选择性高,对离子活度变化响应快, 重现性好,使用方便。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
1、甘汞(饱和)电极 由两个玻璃套管制成, 将一根铂 丝(Pt )插入纯汞中, 下置一层甘汞 (Hg2Cl2)和汞的糊状物, 内玻璃管下 端用石棉或纸浆类多孔物堵塞。外管加 入饱和KCl溶液(SCE) ,最下端用素 烧瓷微孔物质封紧。
半电池组成: Hg / Hg2Cl2(糊)/ KCl 电极反应: Hg2Cl2 +2e = 2Hg + 2Cl- 电极电位: 0 0.0592 lg CCl 值(25℃): 0.2412 V
Pt丝 纯汞
甘汞
饱和 KCl 胶帽
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
2、银-氯化银电极
在银丝表面涂
一层AgCl,将其浸
在(饱和)KCl 溶
液而制成。离子选 择性电极常把它作 为内参比电极。
值(25℃): 0.1990 V
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
第三节 直接电位法
第八章
电位法和永停滴定法
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
1、金属基电极
1)金属--金属离子电极(第一类电极)
如:Ag 和 Ag+ 溶液构成的银电极
2)金属—金属难溶盐电极(第二类电极)
如:Ag-AgCl 电极,甘汞电极
3)惰性电极(零类电极)
在Fe3+—Fe2+溶液中插入铂丝组成惰性电极等。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析


学:将电学与化学有机结合并研究二 者之相互关系的一门学科。
电化学分析:依据电化学原理和物质的电化学 性质建立的一类分析方法。
第八章百度文库
电位法和永停滴定法
仪器分析
二、电化学分析方法的分类
按照所测定的电化学参数分类 电位分析法 电解分析法 电导分析 法 伏安法与极谱分析 法 极 谱 法 伏 安 法 溶 出 法
指25℃及100kPa。 ⑥氧化反应的电极为阳极,还原反应的电极为阴极。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
☆ 双电层
☆ 相界电位(金属电极电位) ☆ 液接电位
☆ 盐桥
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
双电层 electric double layer


+ + + + + + +
-
+ + + +
+ -
2、膜电极(离子选择性电极)
膜电极:
以固体膜或液体膜为传感器,能对溶
液中某特定离子产生选择性响应的电极。 响应机制为基于离子交换和扩散(敏感膜 上并不发生电子得失),形成膜电位。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
(二)参比电极
定义: 在一定条件下,电位值已知且基本恒定的电极。 常用参比电极:饱和甘汞电极和银-氯化银电极 对参比电极的要求: 参比电极要求重现性好,电极电位值稳定,装 置简单,容易制作,使用寿命长。
电位法和永停滴定法
仪器分析
仪器分析的发展
高灵敏度、高选择性、 高准确性、自动化或智能化、
最大可能地获取复杂体系的多维化学信息。
UV-vis光谱仪
原子吸收分光光度计
日立F-4500荧光光谱仪
岛津GC-2010
HPLC-1100液相色谱仪
分析化学(Ⅱ)的学习要求
1、掌握所学仪器分析方法的基本原理、基 本概念;
电学分析法: 测量信号为物质在溶液中的电化学性质。 表征物质电化学性质的参数 电位 电位分析法
电流
电量 电导
极谱、伏安分析法 库仑分析法
电导分析法
色谱法: 根据两种物质在两相(流动相和固定相)中 的分配比的差异进行分离和分析的方法。
其它分析方法:
如质谱、热重量分析法、放射分析法等。
第八章
仪器分析
直接电位法 direct potentiometric method
选择合适的指示电极与参比电极,浸入待测溶液 中组成原电池,测量原电池的电动势,根据Nernst方 程直接求出待测组分活(浓)度的方法。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
连接 pH 酸度计
饱和甘汞电 极 玻璃电 极 Ag-AgCl 参比电极
仪器分析
第一节
电化学分析法概述
第二节
电位法的基本原理
第三节 直接电位法 第四节 第五节 电位滴定法 永停滴定法
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
第一节 电化学分析法概述
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
一、电化学和电分析化学
Electrochemistry and electroanalytical chemistry
外 部 pH 试 液

仪器分析 Ag-AgCl 电极
a (H )内
a (H )内
内溶胀层

· -1 璃 0.1mol L HCl 璃 膜 膜
a (H )外
外溶胀层 a (H )外
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
将活化后的电极插入待测溶液时,由于溶胀层表面和溶液 中的氢离子的活度不同,H+离子就从活度大的一方向活度小 的一方迁移,并存在如下平衡:
检出限 灵敏度 分析 速度 准确度 标准 设备
常量(1>%)、半微量 (0.01~1%) 差(x%) 低 慢(手工操作) 好(0.2%) 不需要 简单便宜(玻璃器皿,天平等)
仪器分析方法分类
光学分析法:测量信号为电磁辐射。
以是否有能级跃迁分为
光谱法, 如AES、AAS、UV-vis、IR 非光谱法, 如折射,干涉,衍射,偏振
2、熟悉仪器的基本结构与各部件作用;
3、了解该方法的优、缺点,能根据对实际 样品的分析要求正确选择相应的仪器分析 方法。
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
第八章 电位法和永停滴定法
第八章
电位法和永停滴定法
仪器分析
基本要求
掌握电位法常用指示电极及参比电极的结构、 电极反应、电极电位; pH玻璃电极构造、响应机制、Nernst方程式和 性能; 测定溶液pH的电极、测量原理、方法;
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