第1节-电位分析法的基本原理

第四章电化学分析法第一节电位分析法的基本原理一、电分析化学法概述二、电位分析法的定义三、电位分析法的分类四、电位分析法的理论基础五、电位分析电极一、电分析化学法概述1.定义应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质的电学及电化学性质来测定物质组成及含量的分析方法称之为电分析化学法或电化学分析法。它通常是使待分析的试样溶液构成一化学电池(原电池或电解池)，然后根据所组成电池的某些物理量(如电极间的电位差、通过电解池的电流、电解质溶液的电阻等)与其化学量之间的内在联系进行测定。根据测量的参数不同，电化学分析法分为三种类型：——通过试液的浓度与化学电池中某些物理量的关系进行分析。物理量有电极电位(电位分析)，电阻(电导分析)，电量(库仑分析)，电流－电压曲线(极谱-伏安分析)；——以物理量的突变作为滴定分析中终点的指示，又称电容量分析法。如电导滴定，电位滴定，电流滴定；——将试液中某待测组分通过电极反应转化为固相(金属或氧化物)，由工作电极上析出的金属或其氧化物的质量来确定该组分的量，即电解分析法，又称电重量分析法2.分类传统电化学分析、有机化学、药物化学、生物化学、临床化学、环境生态等领域。如各类电极过程动力学、电子转移过程、氧化还原过程及其机制、催化过程、有机电极过程、吸附现象、大环化合物的电化学性能等等。3.特点准确度高，重现性和稳定性好；灵敏度高，10-4～10-8mol/L10-10～10-12mol/L(极谱，伏安)选择性好仪器设备简单，易于实现自动化。应用广泛（常量、微量和痕量分析）二、电位分析法的定义电位分析法是通过在零电流条件下测定两电极间的电位差（电池电动势）来进行定量分析的方法。三、电位分析法的分类电位测定法（直接电位法）电位滴定法1.电位测定法：根据电极电位与待测组分活度（或浓度）之间的关系，利用测得的电池电动势求得待测组分含量的方法。直接电位法常用于pH值和一些离子浓度的测定。溶液电动势电极能斯特方程物质的含量电位测定法的装置1.电位（pH）计2.工作电池由参比电极、指示电极、被测试液组成。3.磁力搅拌器。可直接测定溶液的pH值或离子的活度。图：电位测定法的装置2.电位滴定法：是根据滴定过程中电池电动势的变化来确定滴定终点的滴定分析方法。滴定分析的终点是由测量电位突跃来确定。用电位测量装置指示滴定分析过程中被测组分的浓度变化。浓度变化电极滴定曲线计量点电位滴定装置1.电位计2.滴定装置3.工作电池4.磁力搅拌器Nernst方程（电极电位与溶液中待测离子间的定量关系）对于氧化还原体系：Ox+ne-=Red对于金属电极（还原态为金属，活度定为1）：四、电位分析法的理论基础dReOxOOx/Redln+=aanFRTφφ+n+nMO/MMln+=anFRTφφ由电池电动势的大小可以确定待测溶液的活度（常用浓度代替）大小，这就是电位测定法的依据。原电池的电动势：液接)()(若通过盐桥，可将减小至1~2mV，忽略不计。液接则：)()(/M/MlnnnnMMMRTEnF参比参比五、电位分析电极（一）参比电极：电极电位在一定条件下恒定不变，不随试液的组成而改变的电极。对参比电极的要求：（1）可逆性：有电流流过(μA)时，电位基本上保持不变。（2）重现性：溶液的浓度和温度改变时，按Nernst方程响应，无滞后现象。（3）稳定性：测量中电位保持恒定，使用寿命长。Hg｜Hg2Cl2(s)｜KCl(c1)电极反应：eClHg222ClHg221.甘汞电极：由Hg-Hg2Cl2-KCl溶液组成电极符号：电极电位：（25℃）0.1mol/L甘汞电极标准甘汞电极(NCE)饱和甘汞电极(SCE)KCl浓度0.1mol/L1.0mol/L饱和溶液电极电位（V）+0.3365+0.2828+0.2438★电极内溶液的Cl-活度一定，甘汞电极电势固定。25℃,φ值与KCl浓度的关系:2.Ag-AgCl电极：银丝镀上一层AgCl沉淀，浸在一定浓度的KCl溶液中即构成了银-氯化银电极。电极符号：电极反应：电极电势（25℃）：AgCl/Ag=AgCl/Ag-0.059lgCl-Ag，AgCl(s)｜KCl(c1)eAgClClAg0.1mol/LAg-AgCl电极标准Ag-AgCl电极饱和Ag-AgCl电极KCl浓度0.1mol/L1.0mol/L饱和溶液电极电位（V）+0.2880+0.2223+0.2000银－氯化银电极的电极电位(25℃)（二）指示电极：电极电位随试液中待测离子的浓度改变而改变的电极。1.第一类电极：金属－金属离子电极将金属丝浸入到含有该金属离子的盐溶液中。例如：Ag-AgNO3电极(银电极)，Zn-ZnSO4电极(锌电极)等。电极电位为：nnnMMMMManlg.//05920Ф*第一类电极的电位仅与金属离子的活度有关。应用：测定金属离子2.第二类电极：金属－金属难溶盐电极将镀有金属难溶盐的金属丝浸入到含有与难溶盐具有相同阴离子的溶液中。应用：测定阴离子。例如，银丝镀上一层AgCl沉淀，浸在一定浓度的KCl溶液中：ClAgAgClAgAgClalg.//05920Ф*二个相界面，常用作参比电极金属与含有共同阴离子的两个难溶盐或难离解的配合物构成的电极体系，称为第三类电极。3.第三类电极：例如：金属汞(或汞齐丝)浸入含有少量Hg2+-EDTA配合物及被测金属离子的溶液中所组成。根据溶液中同时存在的Hg2+和Mn+与EDTA间的两个配位平衡，可以导出以下关系式：(Hg22+/Hg)=(Hg22+/Hg)-0.059lgaMn+4.惰性电极（零类电极）由惰性金属(Pt或Au)插入含有不同氧化态电对的溶液中组成。惰性电极不参与反应,但其晶格间的自由电子可与溶液进行交换。故惰性金属电极可作为溶液中氧化态和还原态获得电子或释放电子的场所,起到传递电子的作用。例如，将Pt片浸入含有Fe3+、Fe2+溶液中Pt｜Fe3+(c1),Fe2+(c2),eFe32Fe][][lg.//231059202323FeFeFeFeFeFeФ5.离子选择性电极（膜电极）特点：1）无电子转移，靠离子扩散和离子交换产生膜电位2）仅对溶液中特定离子有选择性响应（离子选择性电极），选择性好。将膜电极和参比电极一起插到被测溶液中，则电池结构为:外参比电极‖被测溶液(ai未知)∣内充溶液(ai一定)∣内参比电极（敏感膜）应用：测定某种特定离子例：玻璃电极；各种离子选择性电极膜电极的关键：是一个称为选择膜的敏感元件。敏感元件：单晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等构成。膜内外被测离子活度的不同而产生电位差，即膜电位。内外参比电极的电位值固定，且内充溶液中离子的活度也一定，则电池电动势为：ianFRTEEln对指示电极的要求：电极电位与待测离子浓度或活度关系符合Nernst方程。第二节电极构造与原理内容选择：第一节概述第三节电位分析法及应用第四节电解与库仑分析第五节极谱与伏安分析法第六节电导分析法结束