仪器分析 课件 3.4 库仑分析法

第三章

基本电化学分析法第四节

库仑分析法3.4.1

库仑分析基本原理3.4.2

电量的确定与电流效率3.4.3

库仑滴定CoulometricanalysisBasicelectrochemicalanalysis*3.4.1

库仑分析基本原理与过程

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；1.法拉第电解定律法拉弟第一定律：

物质在电极上析出产物的质量W与通过电解池的电量Q成正比。法拉弟第二定律：式中：M为物质的量(g)，Q为电量(1库仑=1安培×1秒)，F为法拉第常数(96487C·mol-1)，n为电极反应中转移的电子数。基本要求：电极反应单纯，电流效率100%。*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。*3.4.2

电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：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。*3.4.3

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和进行体积计量。*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+Y4-(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)污水中化学耗氧量的测定

化学耗氧量（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量，可确定溶液中剩余高锰酸钾量，计算出水样的COD。*5.微库仑分析技术特点：灵敏，快速，方便原理与分析过程：（以电生Ag+为例）含Ag+底液的电位为E测，设：偏压为E偏使：E测

=E偏

则:△E=0

I电解

=0

体系处于平衡。*(1)分析过程描述当含Cl-的试样进入到滴定池后，与Ag+反应生成AgCl，Ag+浓度↓，则

E测≠E偏，△E≠0，即平衡状态被破坏。

产生一个对应于

E量的电流I流过滴定池。在阳极（银电极）上发生反应：Ag→Ag++e滴定池中继续发生次级反应：

Ag++Cl-→AgCl↓Cl-未反应完全前，溶液的电位始终不等于E偏，电解进行。当加入的Cl-反应完全后，[Ag+]低于初始值，电解电流将持续流过电解池直到溶液中[Ag+]达到初始值。此时：E测

=E偏，△E=0，使I电解

=0，体系重新平衡。电解停止。随着试样的不断加入，上述过程不断重复。*(2)卡尔

费休(KarlFisher)法测定微量水基本原理：利用I2氧化SO2时，水定量参与反应。

过程：电解产生碘1g水对应10.7毫库仑电量。（a）吡啶：中和生成的HI（b）甲醇：防止副反应发生

I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4以上反应为平衡反应，需要破坏平衡。卡尔·费休试剂

：由碘、吡啶、甲醇、二氧化硫、水按一定比例组成。*卡尔

费休法的改进1984年E.Scholz发现用咪唑代替吡啶，反应速度更快，结果更准确。该反应的最佳pH范围为5～８，pH<3时，反应慢，pH<8时，易产生副反应。分析过程中，如果发现试样