2.3 电重量与库仑法

电重量法与库仑法2.3.1电重量法2.3.2库仑法2.3.3库仑滴定ElectrogravimetryandCoulometry2.3.1电重量法1.电解装置与过程(电解0.1mol·L-1硫酸铜溶液)逐渐增加电压到一定值后，电解池中发生了如下反应：阴极反应：Cu2++2e-＝Cu阳极反应：2H2O＝O2+4H++4e-电池反应：2Cu2++2H2O=2Cu+O2+4H+电池电动势为：E=0.307-1.22=-0.91(V)外加电压为0.91V时，阴极是否有铜析出?(V)221O][H]][H[Olg405902291O)/H(O(V)3070]lg[Cu205903370)(Cu/Cu22422222...E...E2.理论分解电压与析出电位（1）理论分解电压根据能斯特方程计算，使反应进行,需要提供的最小外加电压(D′点)。（2）实际分解电压（析出电位）实际开始发生电解反应时的电压，其值大于理论分解电压(D点)。（3）产生差别的原因E外=（E阳+η阳）-（E阴+η阴）+iR理论分解电压小于实际分解电压的原因是由于超电位的存在。超电位(η)、电解回路的电压降(iR)的存在。则外加电压应为：3.恒电流电重量分析电重量分析法：利用电解将被测组分从一定体积溶液中完全沉积在阴极上，通过称量阴极增重的方法来确定溶液中待测离子的浓度，也可实现电解分离。保持电流在2～5A之间恒定，电压变化，最终稳定在H2的析出电位。特点：选择性差分析时间短。铜合金的标准分析方法。在1.5A电流下电解铜的电位-时间曲线恒电流电解电位-时间曲线4.控制阴极电位电重量分析法(1)三电极系统自动调节外电压，阴极电位恒定。选择性好。(2)A、B两物质分离的必要条件a.A物质析出完全时，阴极电位未达到B物质的析出电位；b.被分离两金属离子均为一价，析出电位差0.35V。c.被分离两金属离子均为二价，析出电位差0.20V。对于一价离子，浓度降低10倍，阴极电位降低0.059V。电解时间如何控制？浓度随时间变化关系如何？(3)电解时间的控制控制阴极电位电重量分析过程中如何控制电解时间?电流-时间曲线:ktttVDAtiiii10e00A：电极面积；D：扩散系数；V：溶液体积；：扩散层厚度电解到一定程度所需时间是否与起始浓度有关？kttcc100浓度与时间关系为:电解完成X所需的时间为：当it/i0=0.001时，认为电解完全。it/i0=ct/c0tVDA.txcc4300101DA.xVtx430）1（lg电解完成99.9%所需的时间为：电解完成的程度与起始浓度无关。与溶液体积V成正比，与电极面积A成反比。DAV.t%.079992.3.2库仑分析法库仑分析法：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；基本要求：电极反应单一，电流效率100%。1.法拉第电解定律法拉第第一定律：物质在电极上析出产物的质量W与通过电解池的电荷量Q成正比。法拉第第二定律：nMFQm式中：M为物质的摩尔质量(g)，Q为电荷量，F为法拉第常数(96487C·mol-1)，n为电极反应中转移的电子数。2.装置与过程(2)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。(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。3.电荷量的确定与电流效率恒电流：Q=it恒阴极电位：电流随时间变化时作图法：kiQtkidtidtiQktktt303.210)101(303.21000kt000可忽略，则：相当大时，当以lgit对t作图，斜率k，截距lgi0。要求电流效率100%。库仑计（1）氢氧库仑计(电解水)1F电荷量产生氢气11200mL氧气5600mL共产生16800mL气体（2）库仑式库仑计电解硫酸铜水溶液。电解结束后，反向恒电流电解，沉积的Cu全部反应:Q=it（3）电子积分库仑计电流效率与影响电流效率的因素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；（5）充电电容。总样杂溶样样电流效率iiiiii2.3.3库仑滴定──恒电流库仑分析1.控制电流的电解过程在特定的电解液中，以电极反应产物作为滴定剂（电生滴定剂，相当于化学滴定中的标准溶液）与待测物质定量作用。借助于电位法或指示剂来指示滴定终点。故库仑滴定并不需要化学滴定和其他仪器滴定分析中的标准溶液及进行体积计量。2.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独特Cu+，Br2，Cl2作为滴定剂。(3)滴定剂来自于电解时的电极产物快速产生后立即与溶液中待测物质反应。(4)电荷量容易控制和准确测量准确可达0.2%。(5)方法的灵敏度、准确度较高灵敏可检测出物质量达10-5～10-9g·mL-1。(6)可实现自动滴定易自动化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：2H2O=H2+2OH--2e-(2)沉淀滴定阳极反应：Ag=Ag++e-（Pb=Pb2++2e-）(3)配位滴定阴极反应：HgY+2e-=Hg+Y2-(4)氧化还原滴定阳极反应：2Br-=Br2+2e-2I-=I2+2e-库仑滴定应用4.自动库仑滴定(1)钢铁试样中含碳量的自动库仑测定原理：试样在1200℃左右燃烧，产生的CO2导入高氯酸钡酸性溶液，发生如下反应：Ba(ClO4)2+H2O+CO2→BaCO3↓+2HClO4反应后溶液的酸度增加，开始电解，产生一定量OH-2H2O+2e-→2OH-+H2（阴极反应）溶液恢复到原来酸度值时，停止电解。消耗的电荷量→产生的OH-量→中和的HClO4量2mol的高氯酸相当于1mol的碳。可由仪器读数装置直接读出含碳量。(2)污水中化学需氧量的测定化学需氧量（COD）是评价水质污染程度的重要指标。它是指1.0L水中可被氧化的物质（主要是有机化合物）氧化所需的氧量。基于库仑滴定法设计的COD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荷量，可确定溶液中剩余高锰酸钾量，计算出水样的COD。选择内容结束2.1电化学分析概述2.2电位法2.3电重量法与库仑法2.4伏安法2.5电化学分析专题