库仑分析法课件PPT学习教案

1、会计学1 库仑分析法课件库仑分析法课件 6.1 6.1 法拉第电解定律及库仑分析法概述法拉第电解定律及库仑分析法概述 u 库仑分析法库仑分析法：是根据电解过程中所消耗的电量，由是根据电解过程中所消耗的电量，由 法拉第定律来确定被测物质含量的方法。法拉第定律来确定被测物质含量的方法。 第1页/共37页 it nF M Q nF M m 6.1 6.1 法拉第电解定律及库仑分析法概述法拉第电解定律及库仑分析法概述 数学表达式为：数学表达式为： % 库仑分析法的条件：库仑分析法的条件： 不论哪种库仑分析法，均要求在工作电极上除被不论哪种库仑分析法，均要求在工作电极上除被 测物质外，测物质外，没有其他

2、任何电极发生没有其他任何电极发生； 且且电流效率必须是电流效率必须是100% 采用控制电位库仑分析采用控制电位库仑分析 法和恒电流库仑分析法。法和恒电流库仑分析法。 第2页/共37页 1.1.电解装置电解装置 电解电池：电解电池： 正极正极( (阳极阳极) ) 负极负极( (阴极阴极) ) 一一. 电解分析基础电解分析基础 6.2 6.2 控制电位电解法控制电位电解法 第3页/共37页 一一. 电解分析基础电解分析基础 6.2 6.2 控制电位电解法控制电位电解法 第4页/共37页 当逐渐增加电压，达到一定值后，电当逐渐增加电压，达到一定值后，电 解池中发生了如下反应：解池中发生了如下反应：

3、阴极反应：阴极反应：Cu2+ + 2e Cu 阳极反应：阳极反应：2H2O O2 + 4H+ +4e 电池反应：电池反应： 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + O2 + 4H+ 电池电动势为：电池电动势为：E = 0.307 - 1.22 = -0.91 (V) 外加电压为外加电压为0.91V时，阴极是否有铜析出时，阴极是否有铜析出? )V(22. 1 OH HO lg 4 059. 0 229. 1)O/HO( )V(307. 0Culg 2 059. 0 337. 0)Cu/Cu( 2 2 4 2 22 22 E E 6.2 6.2 控制电位电解法控制电位电解法 第5页/共37页 3

4、. 理论分解电压理论分解电压 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）。 4. 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）。 5. 产生差别的原因产生差别的原因 E外 外 = （ （E阳 阳 + 阳阳） ）- （E阴 阴 + 阴阴） ） + iR 超电位（超电位（）、电解回路的电压降（）、电解回路的电压降（iR）的存在。则外加电）的存在。则外加电 压应为：压应为： 6.2 6.2 控制电位电解法控制电位电解法 第6页/共37页 几个概念和术语：几个概念和术语： 第7页/共37页 操作：操作： 在电解过程中，阴极电位用电位计或电

5、子毫伏计在电解过程中，阴极电位用电位计或电子毫伏计 准确测量，并通过变阻器来调节电解池的电压，使准确测量，并通过变阻器来调节电解池的电压，使 阴极电位保持在特定的数值或一定的范围。阴极电位保持在特定的数值或一定的范围。 第8页/共37页 6.2 6.2 控制电位电解法控制电位电解法 第9页/共37页 图图 控制阴极电位与析出电位的关系控制阴极电位与析出电位的关系 6.2 6.2 控制电位电解法控制电位电解法 第10页/共37页 )V(346. 0Culg 2 059. 0 20 /CCu C u 2 u )V(681. 0Aglg059. 0 0 /AgAg Ag CuAg )V(445. 0

6、10lg059. 0779. 0 6 Ag )V(909. 1V)72. 0189. 1 ( a 第11页/共37页 V)(464. 1V)445. 0909. 1 ( ca U V)(553. 1V)346. 0909. 1 ( ca U 续前续前 实际应用：实际应用：对电极电位的控制，在电解池中引入对电极电位的控制，在电解池中引入 参比电极，如甘汞电极，可以通过机械式的自动参比电极，如甘汞电极，可以通过机械式的自动 阴极电位电解装置或电子控制的电位电解仪，将阴极电位电解装置或电子控制的电位电解仪，将 阴极电位控制在设定的数值。阴极电位控制在设定的数值。 第12页/共37页 2. 2. 与电

7、解分析法的相同点：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；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；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在分析工作中无须应用基准物质和标准物质 3. 3. 与电解分析法的不同点：与电解分析法的不同点： 操作较简单；操作较简单； 库仑分析法适用于微量组分的测定。库仑分析法适用于微量组分的测定。 6.3 6.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 第13页/共37页 it nF M Q nF M m 5. 库仑分析法的条件：库仑分析法的条件： 工作电极上除被测物质外，没有其他任何电极发生；工作电极上除被测

8、物质外，没有其他任何电极发生； 且电流效率必须是且电流效率必须是100% 6.3 6.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 第14页/共37页 二二. . 恒电位库仑分析：恒电位库仑分析： 6.3 6.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 第15页/共37页 三三. .控制电位库仑分析法的应用：控制电位库仑分析法的应用： 6.3 6.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 可测定金属和非金属可测定金属和非金属 例如：例如：Pt和和Cd共存时，测定共存时，测定Cd； Ni和和Co共存时，测定共存时，测定Ni； 可测定某些电极反应，特别是有机化合物电极反可测定某些电极反应，特别是有机化合

9、物电极反 应的应的n值。值。 第16页/共37页 （）银库仑计）银库仑计: : 电极组成：电极组成：银棒为阳极，铂坩埚为阴极银棒为阳极，铂坩埚为阴极 。 电解液：电解液： AgNOAgNO3 3溶液，两极间用一瓷筒隔开溶液，两极间用一瓷筒隔开 。 过程：过程： 电流通过电解池时，电流通过电解池时，AgAg+ +还原为还原为AgAg，在铂坩埚上，在铂坩埚上 析出；析出； 由铂坩埚增加的重量得知电极上析出银的量；由铂坩埚增加的重量得知电极上析出银的量； 换算出通过电解池的电量。换算出通过电解池的电量。 6.3 6.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 三三. .控制电位库仑分析法的应用：控制电

10、位库仑分析法的应用： 第17页/共37页 n VM m 96485174. 0 6.3 6.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 三三. .控制电位库仑分析法的应用：控制电位库仑分析法的应用： （）氢氧库仑计：即水电解器。从电解水产生的氢氧混）氢氧库仑计：即水电解器。从电解水产生的氢氧混 合气体的体积来计算工作电极上有多少物质起反应。合气体的体积来计算工作电极上有多少物质起反应。 消耗的电量消耗的电量Q为：为： Q=V/0.174 由法拉第定律计算出被测物质的质量为：由法拉第定律计算出被测物质的质量为： 1.电化学库仑计：电化学库仑计： 第18页/共37页 dtiQ t t 0 6.3 6

11、.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 三三. .控制电位库仑分析法的应用：控制电位库仑分析法的应用： 第19页/共37页 Kt t Kt t t i dtidtiQ 101 303. 2 10 0 0 0 K i Q 303. 2 0 Ktiit 0 lglg 6.3 6.3 控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法 三三. .控制电位库仑分析法的应用：控制电位库仑分析法的应用： 第20页/共37页 1. 1. 控制电流的电解控制电流的电解 在特定的电解液中，以电极反应产物作为滴定剂（电生滴定在特定的电解液中，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

12、作用。剂，相当于化学滴定中的标准溶液）与待测物质定量作用。 借助于电位法或借助于电位法或 指示剂来指示滴指示剂来指示滴 定终点。故库仑定终点。故库仑 滴定并不需要化滴定并不需要化 学滴定和其它仪学滴定和其它仪 器滴定分析中的器滴定分析中的 标准溶液和体积标准溶液和体积 计量。计量。 第21页/共37页 2. 2. 控制电流的电解装置：控制电流的电解装置： 第22页/共37页 用一恒定强度的电流通过电解池；用一恒定强度的电流通过电解池； 在电极附近由于电极反应而产生一种试剂，犹如普通滴定在电极附近由于电极反应而产生一种试剂，犹如普通滴定 分析中的分析中的“滴定剂滴定剂”； 这种电生试剂即刻与被测

13、物质起反应，作用完毕后反应终这种电生试剂即刻与被测物质起反应，作用完毕后反应终 点可由适当的方法确定。点可由适当的方法确定。 通过恒定电流通过恒定电流i和电解开始至反应终止所消耗的时间和电解开始至反应终止所消耗的时间t，可，可 求得电量求得电量Q = it，通过法拉第电解定律可求得物质的含量，通过法拉第电解定律可求得物质的含量 。 3. 3. 控制电流的电解过程控制电流的电解过程 第23页/共37页 电极上产生的电极上产生的Br2与溶液中的肼起反应：与溶液中的肼起反应： 过量的过量的Br2使指示剂退色，指示终点，停止电解。使指示剂退色，指示终点，停止电解。 6.4 6.4 恒电流库仑分析法（库

14、仑滴定）恒电流库仑分析法（库仑滴定） 第24页/共37页 原理：由于工作电极发生的反应使溶液中原理：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，使溶液中的酸性产生了富裕，可作为滴定剂，使溶液中的酸性 发生变化，用发生变化，用PH计上计上PH的突跃点指示终点的突跃点指示终点。 6.4 6.4 恒电流库仑分析法（库仑滴定）恒电流库仑分析法（库仑滴定） 第25页/共37页 (1) 不必配制标准溶液不必配制标准溶液 简便，简化了操作过程；简化了操作过程； (2) 可实现容量分析中不易实现的滴定可实现容量分析中不易实现的滴定 Cu+、Br2、Cl2作为滴定剂；作为滴定剂； (3) 滴

15、定剂来自于电解时的电极产物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产生后立即与溶液中待测物质反应； (4) 库仑滴定中的电量较为容易控制和准确测量库仑滴定中的电量较为容易控制和准确测量 准确，可达可达0.2%； (5) 方法的灵敏度、准确度较高。方法的灵敏度、准确度较高。 灵敏，可检测出物质量达可检测出物质量达 10-5-10-9 g/mL。基准物测定；。基准物测定； (6) 可实现自动滴定可实现自动滴定 易自动化 1.库仑滴定的特点 第26页/共37页 第27页/共37页 3.3.库仑滴定的应用库仑滴定的应用 (1) 酸碱滴定酸碱滴定 阳极反应：阳极反应：H2O =

16、 （1/2）O2+2H+ +2e 阴极反应：阴极反应：2 H2O =H2 +2OH- -2e (2) 沉淀滴定沉淀滴定 阳极反应：阳极反应：Ag=Ag+e （Pb=Pb2+2e） (3) 配位滴定配位滴定 阴极反应：阴极反应： HgY+2e = Hg+Y4- (4) 氧化还原滴定氧化还原滴定 阳极反应：阳极反应： 2Br - = Br2+2e 2I- = I2+2e 第28页/共37页 第29页/共37页 1. 1. 钢铁试样中含碳量的自动库仑测定钢铁试样中含碳量的自动库仑测定 原理：原理：试样在试样在1200 C左右燃烧，产生的左右燃烧，产生的CO2导入高氯导入高氯 酸钡酸性溶液，发生如下反

17、应：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） （阴极反应） 溶液恢复到原来酸度值时，停止电解。溶液恢复到原来酸度值时，停止电解。 消耗的电量消耗的电量产生的产生的OH - 量量中和的中和的 HClO4量量 二摩尔的高氯酸相当于一摩尔的碳。二摩尔的高氯酸相当于一摩尔的碳。 可由仪器读数装置直接读出含碳量。可由仪器读数装置直接读出含碳量。 第30页/共37页 化学耗氧量（化学耗氧量（COD）是

18、评价水质污染程度的重要指标。）是评价水质污染程度的重要指标。 它是指它是指1dm3水中可被氧化的物质（主要是有机化合物）氧化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，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：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根据产生亚

19、铁离子所消耗的电量，可确定溶液中剩余高 锰酸钾量，计算出水样的锰酸钾量，计算出水样的COD。 6.6 自动库仑滴定 automated coulometric titration 第31页/共37页 样 V ttI Lmg 8000 96487 )( )/,O(COD 10 2 2. 2. 污水中化学耗氧量的测定污水中化学耗氧量的测定 第32页/共37页 硫化氢测定仪的工作原理图硫化氢测定仪的工作原理图 第33页/共37页 特点：特点： 灵敏，快速，方便灵敏，快速，方便 原理与分析过程：原理与分析过程： （ 以电生以电生Ag+为例：）为例：） 含含Ag+底液的电位为底液的电位为E测 测， ， 设：偏压为设：偏压为E偏 偏， ， 使使: E测 测 = E偏偏 ， ， 则则: E = 0， I电解 电解 = 0， ， 体系处于体系处于平衡。平衡。 1.1.测定测定Cl-1 第34页/共37页 当含当含Cl-的试样进入到滴定池后的试样进入到滴定池后， 与与Ag+反应生成反应生成AgCl，Ag+浓度浓度 ， 则则 E测 测 E偏偏 ， ， E 0，即，即平衡状态被破坏平衡状态被破坏。 产生一个对应于产生一个对应于E 量的电流量的电流I 流过滴定池流过滴