电导分析法课件

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1、电导分析法电导分析法 电导分析法:是通过测量溶液的电导值以求得 溶液中离子浓度的方法。它可分为直接电导法和电导滴定法两类。本方法的优点:是简单快速，直接电导法还具有很高的灵敏度。缺点:是它所测得的电导值是试样中全部离子电导的总和，而不能区分和测定其中某一种离子的含量，因此选择性很差，但是对某些类型的分析还是很有用的。第一节第一节 溶液电导概念溶液电导概念 v一、电导和电导率：一、电导和电导率：v1.导体:把有导电能力的物质称为导体。v导体分类： v（1）电子导体：依靠电子的定向流动导电，如金属，金属氧化物，石墨等。v（2）离子导体或电解质溶液：借离子在电场作用下定向移动导电，包括水或非水溶剂的

2、电解质溶液或固体电解质。 2.电导电导(G)v衡量电解质溶液导电能力的物理量，电阻的衡量电解质溶液导电能力的物理量，电阻的倒数。倒数。 单位：西门子单位：西门子 S，1S=1 -1欧姆定律 v一定浓度的电解质溶液中插入两个电极，接上交流电源，则在一定温度下该溶液的电阻同两电极间的距离成正比，同电极的截面积成反比，即：v v式中R电阻（）v 电阻率（.m）v L两电极间的距离(m)v3.电导率：电导率： =1 / =K(L/A) G 电阻率的倒数电阻率的倒数 单位：单位：S m-1 两电极板为单位面积，距离为单位长度时溶液的两电极板为单位面积，距离为单位长度时溶液的电导。电导。v电导池常数：电导

3、池常数：K(L/A) =L/ A (A电极面积电极面积; L电极间距电极间距) 由标准由标准KCl溶液的电导率溶液的电导率(查表查表)确定确定电导池常数电导池常数4.电解质溶液的电导率与浓度的关系v电解质溶液的电导率与电极的距离及电极面积无关，只与电解质的本性、溶剂的性质、温度及溶液的浓度有关。在一定范围内，浓度越大，单位体积内的离子数就越多，电导率越大；离子的迁移速率越快，电导率就越大；离子的 价数越高，电导率越大。v极大点的原因:因为溶液浓度的增大，单位体积内离子数目增加，使溶液的电导随着增加，但当浓度增大到一定值时，因为离子间相互作用力加强，或者是电解质的电离度下降，导致电导率下降。 二

4、、摩尔电导率二、摩尔电导率 v摩尔电导率是在距离为1m的两电极间含有1mol溶质时电解质溶液所具有的电导。 式中m称为摩尔电导率，单位为Sm2mol-1 。 c为溶液的浓度，molm-3。 摩尔电导率与浓度的关系v由图可知，摩尔电导率随浓度的增大而下降。实验证明，在溶液足够稀的情况下，强电解质的摩尔电导率m值接近于常数，换句话说，稀溶液的摩尔电导率基本上不随溶液浓度而变化，这就是为什么摩尔电导率较电导率更便于用来比较不同电解质的导电能力。 摩尔电导率与浓度的关系 三、无限稀溶液的摩尔电导率三、无限稀溶液的摩尔电导率m1.当无限稀释溶液时，摩尔电导率达到极大值，称为无限稀释溶液摩尔电导率，用m表

5、示。2.每种电解质在给定溶剂中无限稀释时的摩尔电导率是一个常数，不再随浓度而改变，因此可作为各种电解质在水溶液中导电能力的特征常数。它反映了电解质中离子的特性，其值仅与温度有关，所以采用m就可以完全摆脱溶液浓度对摩尔电导的影响。3.在电解质溶液中，离子带有电荷，离子间存在相互作用，溶液愈浓，作用愈大，离子的运动和导电能力就愈受到牵制，m值就愈小；相反，溶液愈稀，则离子之间引力愈小，m值就愈大，当溶液无限稀释时，离子之间作用力极小，此时m值趋于最大值，即m。4.上面提到的摩尔电导率接近于常数，为什么它仅仅是接近于常数,而不完全是是常数呢？因为它在一定程度上还是随着溶液浓度的变化而变化的.m值可通

6、过实验求得v方法是将m值对c1/2作图，得一曲线，再将曲线外延至c=0处，所得的m值即为m值。若使用m代替m，则式 亦可写成 =mc四、离子独立运动定律四、离子独立运动定律 v离子独立运动定律是指在无限稀释溶液中,电解质的摩尔电导率是正、负离子的摩尔电导率的总和。v 或v式中： 电解质无限稀释时的摩尔电导率v 无限稀释时摩尔离子电导率一些电解质溶液的电导率(25C) v电解质溶液 （s/m）vNaCl（饱和溶液） 25.13v0.1MHCl 3.91v0.1MCH3COOH 0.052v0.1MKCl 1.288v1.0MKCl 11.18一些离子在无限稀释时的摩尔离子电导率(25C) v阳离

7、子+(10-4 Sm2mol-1)阴离子-vH+ 349.8 OH- 198.6vLi+ 38.7 F- 55.4vNa+ 50.1 Cl- 76.4vK+ 73.5 Br- 78.1vNH4+ 73.5 I - 76.8v Ag+ 6.9 CO32- 118.6vMg2+ 106.1 HCO3- 44.5vCa2+ 119.0 CN- 82vSr2+ 118.9vBa2+ 127.2第二节第二节 溶液电导的测定溶液电导的测定 v一、方法概述一、方法概述 测量溶液电导时，如果用直流电进行测量，电流通过溶液时，两电极上发生电极反应形成一个电解池，因而改变电极附近溶液的组成，产生极化，引起电导测量

8、的误差。因此必须用较高频率的交流电测量电导以降低极化效应。 二、电导测量与装置二、电导测量与装置1 1. .装置装置（1）电极）电极 铂电极：铂片。面积，距离固定。铂电极：铂片。面积，距离固定。 光亮铂电极：光亮铂电极： 铂黑电极铂黑电极:表面覆盖一层细小铂粒表面覆盖一层细小铂粒,减小极化。减小极化。（2） 电导池（避免测量过程中温度变电导池（避免测量过程中温度变化）化） 池常数测定池常数测定:电极间距与面积的比值电极间距与面积的比值（L/A）称为电导池常数。用标准称为电导池常数。用标准KCl溶溶液测定液测定（3）电导仪）电导仪2.测量电路测量电路 v溶液电导的测量，实际上就是测量溶液的电阻。

9、不能用万用表来测量，因为当电流通过电极时，会产生氧化或还原反应而改变了电极附近溶液的组成或浓度，这样就造成测量误差，因为当电流由正变负或由负变正时，电极表面的氧化或还原迅速交替进行，其结果可以认为没有氧化、还原发生。v通常有电桥平衡法、分压法和欧姆计法等三种方法。（1）电桥平衡法振荡器产生频率为1KHZ的交流电压，加到桥的ab两端，从桥的cd端输出，经交流放大器放大后，再整流为直流信号推动电表，当桥平衡时，电流表指示为零，此时 vR1和R2为标准电阻，R1和R2组成电路比例臂。R1/R2 的值可选用0.1，1.0，及10等数值。R3为可调精密电阻，Rx为电导池的电阻。由于电导池存在着极间Cx电

10、容(图中用虚线表示，非外加上去的电容)，所以电阻R3上加一个可变电容C3以平衡之。Rx为待测溶液的电阻值。其倒数即为电导值。电桥平衡法不受电场影响，示零器的灵敏度足够高时测量精密度较高。v由此可见，用电桥法测定溶液的电导，需要有一个交流电源，一个盛装溶液的电导池和一个电桥装置，商品电导仪就是由这些部件组成。 （2）分压法 v由交源E提供电压E，加在电导池（Rx）与分压电阻（Rm）串联的电路上，它们分压分别为Ex和Em， 图3-5 分压法电路原理E= Ex+Em= i（Rx+Rm） 又因Em = iRm ，G=1/R图3-5 分压法电路原理当RmRx时， Em = ERm Gx ，测量时，只要分

11、压电阻Rm足够小，便可使分压Em的值与溶液电导值Gx值成线性关系。测知Em后即可求得Gx。根据这种原理可以设计成直读式电导仪，测量方法是将Em放大，整流，然后推动电表，电表刻度换算成电导值Gx或电阻值Rx，便可直读测量结果。(3)欧姆计法 被测电阻R与电源E、内阻R及指示器串联。 欧姆计式电路结构简单，可以在测量时直接读数。但误差较大，可用于精度要求不高的电导测量中。 三、电导池三、电导池 电导分析所用的电导池是由两个电极组成的，它对电极最根本的要求是：两个电极要牢固地固定，两个电极间距离恒定不变，两个电极的面积要相同。 电导池的形式 典型的有两种形式，一种是固定池式，另一种是浸入式。浸入式是

12、在测定电导时电极插入被测溶液中，测量完毕后可以从溶液中取出。 固定池式是两电极固定在容器中，固定池式多用于电导滴定，电导池内有两块互相平行并保持一定距离的铂电极。 铂电极可分为镀铂黑和光亮两种，镀铂黑的更为常用，所谓镀铂黑就是在铂电极上的一层细粉.一般在测定电导较大的溶液时要用铂黑电极，测定低电导的溶液（如蒸馏水的纯度的）时，应选用光亮铂电极。另外，测定低电导的溶液时，应选择池常数小的电极，高电导的溶液应使用池常数大的电极。池常数：就是两个电导电极间的距离L与电极截面积A之比值 第三节第三节 电导分析法应用电导分析法应用v一、直接电导法一、直接电导法v直接根据溶液的电导来测定其所含离子的浓度的

13、方法称为直接电导法（简称电导法）由于试液中所有离子都参与导电，所以本选择性较差，它只适用于测定试液中电解质总量或用于分析单纯物质。v进行电导测量时，只要将试液放在电导池中，将两个电极插入试液内，然后由电导仪读出电导值（或电阻值），温度对溶液的电导是有影响的，因此，在测定时应保持温度不变或使用温度自动校正装置，或按溶液的温度系数加以校正。直接电导法的应用主要有以下几方面：v1.水质纯度测定，水中离子总量愈大，则电导率愈大，水质纯度愈低。 2.大气监测， v大气中含有SO2、SO3、H2S、NH3、HCl、CO等气体，用吸收液吸收后，测其电导值，可以监测上述气体含量，（在测定其中之一种气体时，应将

14、其他气体预先排除，以免干扰） 3.钢铁中碳和硫的快速测定 v将钢铁样品在高温燃烧炉中通氧燃烧使样品中的硫和碳分别生成SO2和CO2，连同剩余O2通入定碳、定硫仪，气体中SO2首先被装有微酸性的K2Cr2O7溶液的电导池吸收：vSO2+H2O=H2SO3v3H2SO3-K2Cr2O7+H2SO4=Cr2(SO4)3-K2SO4+4H2O于是溶液的电导率随之发生变化，其变化与SO2的量有函数关系，故可根据电导率的变化求得SO2的含量，接着，将已除去SO2的混合气体通入盛有Ba(OH)2溶液的电导池：vCO2+Ba(OH)2=BaCO3+H2Ov溶液的电导率随之发生变化，其变化与CO2的量有函数关系

15、，故也可据此求得CO2含量。v实际工作中是以标准钢样测得电导值并作出电导值对碳或硫含量的工作曲线，然后再由试样电导值求碳、硫含量。二、电导滴定法二、电导滴定法 v电导滴定法是在滴定过程中利用溶液电导的突然变化来指示终点的方法。NaOH溶液滴定HCl溶液 滴定之前，溶液中存在H+和Cl离子， 在滴定过程中，H+离子被中和成不导电的H2O分子，但同时增加了Na+离子，其电导率比H+离子的低得多，所以滴定开始以后，溶液的电导逐渐下降。到达等当点时，H+离子浓度已非常小，虽然溶液中有Na+和Cl离子，但他们的摩尔离子电导率很低，所以，此时溶液总电导达到最低值，过了等物质的量点后，加入的Na+和OH离子

16、（特别是OH）使电导值迅速上升，所以在等物质的量点出现一个转折点。相对应的滴定剂体积即为滴定终点。 第四节第四节 电导仪电导仪v电导仪主要包括测量电源，测量电路，放大器，指示器四部分v测量电源一般由正弦波振荡器产生，测量电路多数采用电桥平衡式或分压式，指示器可分为指示平衡点的示零器（如耳机、电眼、示波器等）和直读式（如电表、数字显示、打印记录机）两类。v国产的电桥式电导仪有雷磁27型电导仪和D5906型电导仪等，但商品电导仪多属直读式，它们能满足快速测量和连续自动测量的要求，目前常用电导仪有JD-1型便携式电导仪，DDS-11型，DD-11A型电导仪，此外，还有DDY-100型比电导仪，具有较高精度。 习题：习题：v什么是溶液的电导率，摩尔电导率，无限稀释时摩尔电导率？为什么要使用“无限稀释溶液的摩尔电导率”这一概念？v答： 电导率表示相距1m，导电面积为1m2的两电极间溶液的电导。 摩尔电导率是在距离为1m的两电极间含有1mol溶质时电解质溶液所具有的电导。 当无限稀释溶液时，摩尔电导率达到极大值，称为无限稀释溶液摩尔电率，用m表示。 每种电解质在给定溶剂中无限稀释时的摩尔电导率是一个常数，不再随浓度而改变，因此可作为各种电解质在水溶液中导电能力的特征常数。它反映了电解质中离子的特性，其值仅与温度有关，所以采用m就可以完全摆脱溶液浓度对摩尔电导的影响。