第七章电位分析法ppt课件

1、n是利用电极电位与化学电池电解质溶液中某是利用电极电位与化学电池电解质溶液中某组分浓度的对应关系，实现定量测定的方法组分浓度的对应关系，实现定量测定的方法电位分析电位分析直接电位法直接电位法电位滴定法电位滴定法（参比电极、指示电极、电位计）；（参比电极、指示电极、电位计）；电极与测量仪器电极与测量仪器电位分析分类电位分析分类neOxdRe/ReRelnOxOxddaRTnFa测得某电极的电极电位，可得出氧化态测得某电极的电极电位，可得出氧化态还原态的活度比还原态的活度比/lnnnMMMRTanFneMnM测得电极电位可确定氧化态离子的活度测得电极电位可确定氧化态离子的活度对于第一类金属基电极对

2、于第一类金属基电极ialg恒定 银银-氯化银电极氯化银电极AgCl + e- =Ag +Cl-甘汞电极甘汞电极Hg2Cl2 + 2e- =2Hg +2Cl-电极的电位在电化学测量过程中始终保持电极的电位在电化学测量过程中始终保持不变的电极，如参比电极不变的电极，如参比电极电极电位随着外加电压的改变而改变的电电极电位随着外加电压的改变而改变的电极；具有这种性质的指示电极，又称为工极；具有这种性质的指示电极，又称为工作电极作电极缘由：缘由： 测量电极的电位是在零电流状态下进测量电极的电位是在零电流状态下进行的行的 第二节 离子选择性电极和膜电位离子选离子选择性膜择性膜离子选择性电极离子选择性电极原

3、电极原电极敏化电极敏化电极晶体电极晶体电极非晶体电极非晶体电极均相晶体电极均相晶体电极多相晶体电极多相晶体电极LaF3晶膜电极晶膜电极刚性基质电极刚性基质电极流动载体电极流动载体电极PH PNa玻璃电极玻璃电极气敏电极气敏电极酶电极酶电极C2 C1n扩散电位扩散电位自由扩散，没自由扩散，没有强制性和选有强制性和选择性择性膜膜KCl 1KCl 2C1 C2)1()2(21lnaanFRTD)1()2(21lnaanFRTDn道南电位道南电位离子扩散具离子扩散具有强制性和有强制性和选择性选择性12()()MMkkaa外内扩,外扩,内，且()1()lnMMaRTkZFa外道,外外()2()lnMMa

4、RTkZFa内道, 内内对对RZ+产生响应时，产生响应时，内参比电极内参比电极内参比溶液内参比溶液()Ma内()Ma内()Ma外待测溶液待测溶液()Ma外膜本体膜本体敏感膜敏感膜道,外扩,外扩,内道,内()()lnMMRTZF外外外膜道,扩,扩, 内道, 内内()lnMRTZF外膜常数对对RZ-产生响应时，产生响应时，()()lnRRaRTZFa内膜外()lnRRTaZF外膜常 数常数项为膜内界面上的相间电位及膜的内外常数项为膜内界面上的相间电位及膜的内外两个表面不完全相同而引起的不对称电位。两个表面不完全相同而引起的不对称电位。三三 玻璃电极玻璃电极1 1、pHpH玻璃电极的构造玻璃电极的构

5、造构造构造水化胶层水化胶层水化胶层水化胶层溶液溶液溶液溶液SiOH+ H2OSiO-H3O+点位被点位被Na+占据占据点位点位被被H+和和 Na+占占据据点位点位被被H+和和 Na+占占据据内参比溶液内参比溶液外部溶液外部溶液表面点表面点位被位被H+交换交换表面点表面点位被位被H+交换交换xH 定值定值 H )(HlnFRT外外玻璃膜玻璃膜常数常数 氢离子在玻璃膜表面进行离子交氢离子在玻璃膜表面进行离子交换和扩散形成双电层结构换和扩散形成双电层结构膜电位的产生膜电位的产生玻玻璃璃膜膜内内参参玻玻璃璃电电极极 HlnFRTkpHk0592. 0 不对称电位不对称电位 )(H)(HlnZFRT内内

6、外外内内外外膜膜 假设假设 , 那么那么但实际上但实际上 ，即存在不对称电位。，即存在不对称电位。)(H)(H内内外外 0 膜膜 0 膜膜 使用前，需长时间浸泡，使不对称电位趋于稳定。使用前，需长时间浸泡，使不对称电位趋于稳定。 酸差和碱差酸差和碱差 考宁考宁015玻璃电极：玻璃电极：pH 110测定值偏高测定值偏高(酸差酸差)pH10测定值偏低测定值偏低(碱差或钠差碱差或钠差)锂玻璃电极，锂玻璃电极，pH 13时，才发生碱差。时，才发生碱差。4 4 其他阳离子玻璃电极其他阳离子玻璃电极主要响主要响应离子应离子玻璃膜组成玻璃膜组成(摩尔分数摩尔分数, %)Na2O Al2O3 SiO2电位选择

7、性系数电位选择性系数Na+111871KNa+,K+: 3.610-4K+27568KK+,Na+: 0.05Ag+111871KAg+,Na+: 0.001Li+Li2O152560KLi+,Na+: 0.33四四 其他类型的离子选择性电极其他类型的离子选择性电极如如LaF3、Ag2S和和AgX等晶格能比较低，等晶格能比较低，在室温下具有离子导电性）。在室温下具有离子导电性）。1 1、均相晶膜电极、均相晶膜电极构造构造原理原理 其原理可用晶体中离子传导原理及膜表其原理可用晶体中离子传导原理及膜表面离子间扩散解释。面离子间扩散解释。3LaFF+2空穴LaF离子的移动传导电流离子的移动传导电流

8、缺陷空穴的大小、形状和电荷分布，只能容缺陷空穴的大小、形状和电荷分布，只能容纳特定的可移动的晶格离子，其它离子不能进入纳特定的可移动的晶格离子，其它离子不能进入空穴，故亦不能参与导电过程。空穴，故亦不能参与导电过程。 故晶体敏感膜具有选择性。故晶体敏感膜具有选择性。 Flg059. 0k 氟氟电电极极1）、氟电极固态晶体电极）、氟电极固态晶体电极）Ag-AgCl电极电极内参比液内参比液(NaF+NaCl)LaF3晶体膜晶体膜氟离子扩散进入晶体氟离子扩散进入晶体膜表面缺陷形成双电膜表面缺陷形成双电层结构层结构 膜电位的产生膜电位的产生 消除干扰消除干扰方法方法LaF3+3OH-=La(OH)3+

9、3F-适用的适用的pH范围：范围：56酸度的影响：酸度的影响： 2HFHF:H，F-浓度线性范围：浓度线性范围：110-7mol/L干扰阳离子：干扰阳离子：Al3+, Fe3+等等加入柠檬酸钠、加入柠檬酸钠、EDTA等络合剂掩蔽等络合剂掩蔽 氟电极特性氟电极特性2 、硫化银晶体膜电极压片电极）、硫化银晶体膜电极压片电极） AgISElnFRTk 进入晶体膜进入晶体膜表面缺陷的表面缺陷的离子离子Ag+Ag2S膜膜屏蔽导线屏蔽导线环氧树脂环氧树脂填充物填充物银接触点银接触点全固态全固态Ag2S膜电极膜电极Ag+浓度测定范围：浓度测定范围：010-7mol/LAg2S2Ag+S2-21S)SAg(s

10、pAg22K )SAg(spS222AgK 2SISElnF2RTk S2-浓度测定范围：浓度测定范围：010-7mol/L电极组成电极组成被测离子被测离子 浓度范围浓度范围(-lgc)AgClAg2SCl-04.3AgBrAg2SBr-05.3AgIAg2SI-07.3AgIAg2SCN-26AgSCNAg2SSCN-05CdSAg2SCd2+17CuSAg2SCu2+08PbSAg2SPb2+17任何卤化银或任何卤化银或Ag2SAg+07 钙电极：内参比溶液为含钙电极：内参比溶液为含 Ca2+水溶液。内外管之间装的是水溶液。内外管之间装的是0.1mol/L二癸基磷酸钙二癸基磷酸钙(液体离子

11、交液体离子交换剂换剂)的苯基磷酸二辛酯溶液。其极的苯基磷酸二辛酯溶液。其极易扩散进入微孔膜，但不溶于水，易扩散进入微孔膜，但不溶于水，故不能进入试液溶液。故不能进入试液溶液。 二癸基磷酸根可以在液膜二癸基磷酸根可以在液膜- -试液两相界面间传递钙离子，直至达到试液两相界面间传递钙离子，直至达到平衡。由于平衡。由于Ca2+Ca2+在水相试液和内参比溶液中的活度与有机相中的在水相试液和内参比溶液中的活度与有机相中的活度差异，在两相之间产生相界电位。液膜两面发生的离子交换反应：活度差异，在两相之间产生相界电位。液膜两面发生的离子交换反应： (RO)2PO2 - Ca2+ ( (RO)2PO2 - C

12、a2+ (有机相有机相) = 2 (RO)2PO2 -() = 2 (RO)2PO2 -(有机相有机相) + Ca2+ ) + Ca2+ ( (水相水相) ) 钙电极适宜的钙电极适宜的pHpH范围是范围是5 51111，可测出，可测出10-5 mol/L10-5 mol/L的的Ca2+ Ca2+ 。4 4、 气敏电极气敏电极透气膜透气膜玻璃膜玻璃膜Ag-AgCl电极电极0.1 molL-1NH4Cl溶液溶液玻璃电极玻璃电极内参比溶液内参比溶液氨气敏电极氨气敏电极NH3+ H2ONH4+ OH-Ks HNHWNHNHOHNHs3434PKPK 334NHsNHWNHHPkKPK 3NHHPlnF

13、RTlnFRTk 常常数数玻玻璃璃电电极极 CO2CO2气敏电极气敏电极中介溶液：中介溶液：0.01 molL-1NaHCO3 HlnFRTk 玻璃电极玻璃电极2COPlnFRT 常常数数5 5、 生物电极生物电极酶层酶层内参比电极内参比电极内参比溶液内参比溶液23222CONH2OH)NH(CO 尿尿素素酶酶1） 酶电极酶电极 342322HCONH2OHOH)NH(CO尿尿素素酶酶2222OHOHO 葡葡萄萄糖糖酸酸葡葡萄萄糖糖葡葡萄萄糖糖氧氧化化酶酶OH3IH2I3OH2322 过过氧氧化化物物酶酶基础电极：氧电极或碘离子选择电极基础电极：氧电极或碘离子选择电极HNNOH2NNNH+ H

14、2OHNONONNH+ NH3鸟鸟嘌嘌呤呤酶酶鸟嘌呤鸟嘌呤2） 组织电极组织电极内电解液内电解液内透气膜内透气膜兔肝切片兔肝切片HNNH2NNOHN+ H2O兔肝脏切片HNNONOHNH+ NH3鸟嘌呤鸟嘌呤组织电极组织电极组织组织测定对象测定对象组织组织测定对象测定对象猪肾猪肾L-谷酰胺谷酰胺黄瓜黄瓜谷氨酸谷氨酸兔肝兔肝鸟嘌呤鸟嘌呤大豆大豆尿素尿素鱼肝鱼肝尿酸尿酸香蕉肉香蕉肉多巴胺多巴胺鱼鳞鱼鳞儿茶酚胺儿茶酚胺土豆土豆儿茶酚胺儿茶酚胺符合能斯特公式的响应范围符合能斯特公式的响应范围线性范围线性范围检测下限检测下限lg303. 2ZFRTKE二二 电位选择性系数电位选择性系数inFRTK lg

15、303. 2 响应离子：响应离子：iZ+；共存离子：；共存离子：jm+实验条件相同时，产生相同电位的待实验条件相同时，产生相同电位的待测离子活度与干扰离子活度的比值测离子活度与干扰离子活度的比值)(/,mzjPotjiK mzjiPotjiK/,/电位选择性系数电位选择性系数PotjiK,主要响主要响应离子应离子玻璃膜组成玻璃膜组成(摩尔分数摩尔分数, %)Na2O Al2O3 SiO2电位选择性系数电位选择性系数KNa+, K+Na+1118713.610-4 (pH=11)3.310-3 (pH=7)Na+10.4(Li2O)22.6671.010-5pNa玻璃电极的选择性系数玻璃电极的选

16、择性系数 KNaPotK,Na/K 干扰离子产生的误差干扰离子产生的误差mzjPotjiK/, 绝绝对对误误差差：%100%/, imzjPotjiK ：相对误差相对误差%2%100K324243NO2/1HPOpotHPO,NO 误误差差12/14NOLmol01. 0%100%2)2(104 . 13 )Klg(ZFRT303. 2K2/1HPOPotHPO,NONO242433 膜膜例：用硝酸根离子选择电极测定含有例：用硝酸根离子选择电极测定含有 和和 水样中的水样中的 含量。若水样中含量。若水样中 浓度为浓度为2.0 molL-1，测定时要使，测定时要使 造成的误差造成的误差小于小于2

17、, 试估算待测的试估算待测的 浓度至少应不低于浓度至少应不低于多少？多少？(知知 =1.410-4) 3NO 24HPOpotHPO,NO243K 3NO 24HPO 24HPO 3NO搅拌搅拌三三 响应时间响应时间是缩短响应时间的是缩短响应时间的有效方法有效方法从两电极刚接触溶液时起，到电池电动从两电极刚接触溶液时起，到电池电动势达到稳定数值势达到稳定数值(E变化在变化在1 mV之内之内)所需时间。所需时间。 响应时间响应时间四四 稳定性稳定性五五 电阻电阻一一 离子强度的影响离子强度的影响 lgZFRT303. 2KISE clgZFRT303. 2K clgZFRT303. 2lgZFR

18、T303. 2K lgcE调节和控制离调节和控制离子强度的方法子强度的方法加入足够量的加入足够量的惰性电解质惰性电解质TISAB(总离子强度调节缓冲液总离子强度调节缓冲液)惰性电解质惰性电解质pH缓冲剂缓冲剂掩蔽剂掩蔽剂二二 溶液溶液pHpH值的影响值的影响测定测定F-的的TISAB NaClHAc-NaAc柠檬酸钠柠檬酸钠一一 直接电位法离子选择性电极法）直接电位法离子选择性电极法）lg303. 2ZFRTKE直接电位法直接电位法1 标准曲线法标准曲线法cZFRTKElg303. 2A电极电极|AZ+()KCl(3.5molL-1)|Hg2Cl2, Hg调节相同PH值加入TISAB 测测F-

19、过程所使用的过程所使用的TISAB典型组成：典型组成：1mol/L的的NaCl，使溶液保持较大稳定的离子强度；，使溶液保持较大稳定的离子强度；0.25mol/L的的HAc和和0.75mol/L的的NaAc, 使溶液使溶液pH在在5左右；左右；0.001mol/L的柠檬酸钠的柠檬酸钠, 掩蔽掩蔽Fe3+、Al3+等干扰离子。等干扰离子。2 电位法测量溶液的电位法测量溶液的pH值值Hg,ClHg)(KCl)(HpH22H饱饱和和玻玻璃璃电电极极 HpHSCElgFRT303. 2KE玻玻璃璃电电极极pHFRT303. 2K 标准缓冲溶液：标准缓冲溶液：sspHFRT303. 2KE 待测溶液：待测

20、溶液：xxpHFRT303. 2KE F/RT303. 2EEpHpHsxsx pH的实用定义的实用定义FRTEEzpApAsxsx/303. 2)(pA的实用定义的实用定义3 标准加入法一次加入法）标准加入法一次加入法）Cx VxCx VxCs VsxcSKElg1sxssxxVVVCVCSKElg2xsxssxxCVVVCVCSEEE)(lg12xsxssxxCVVVCVCSEEE)(lg12xxssxxCVVCVCSlg)1lg(lgxxssxxssxxCVVCCVVCVCSE110 xxssSEVCVC1110）（SExssxVVCC2121lglgccEES3 连续标准加入法格氏作图

21、法）连续标准加入法格氏作图法）Cx VxCx VxCs ViixisxxiVVVCVCSKElgixisxxiVVVCVCSKElgSKSESKEixisxxiiVVVCVC10/1010)(101010ixSESKisSKxxVVVCVCiyxiV)(10ixSEVVieV01010SKisSKxxVCVCxesxVVCC4 电位法的方法误差电位法的方法误差cZFRTKElncdcZFRTdE ccEz39%100ccEr)%1003900(EzEr二二 电位滴定电位滴定 每滴加一次滴定剂，平衡后测量电动势。关键每滴加一次滴定剂，平衡后测量电动势。关键: : 确定滴定反应的化学确定滴定反应的

22、化学计量点时计量点时, ,所消耗的滴定剂的体积。所消耗的滴定剂的体积。 快速滴定寻找化学计量点所在的大致范围。快速滴定寻找化学计量点所在的大致范围。 突跃范围内每次滴加体积控制在突跃范围内每次滴加体积控制在0.1mL0.1mL。 记录每次滴定时的滴定剂用量记录每次滴定时的滴定剂用量V V和相应的电动势数值和相应的电动势数值E E），作图），作图得到滴定曲线。得到滴定曲线。3 滴定终点的确定滴定终点的确定A E-V曲线法曲线法0.1000 molL1AgNO3溶液滴定溶液滴定NaCl溶液溶液B E/V - V曲线法曲线法C 2E/V 2 - V曲线法曲线法24.30ml24.40ml440022VE590022VEVMPPVVepmlVep34.24101030044003024自动电位滴定终点控制原理示意图自动电位滴定终点控制原理示意图电磁阀电磁阀预定终点电磁阀预定终点电磁阀自动控制电路自动控制电路4 自动电位滴定自动电位滴定5 自动电位滴定类型自动电位滴定类型6 电位滴