电解和库仑分析ppt课件

《电解和库仑分析ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电解和库仑分析ppt课件（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章 电解和库仑分析分析化学仪器分析部分 目 录3-1 电解分析法 3-1-1 电解分析根本原理 3-1-2 电分量分析法与电解分别法3-2 库仑分析法3-2-1 法拉第电解定律3-2-2 控制电位库仑分析3-2-3 控制电流库仑分析库仑滴定两两类电池：池： 原原电池：正极池：正极( (阴极阴极) )、负极极( (阳极阳极) )； 电解解电池：正极池：正极( (阳极阳极) )、负极极( (阴极阴极) )3-1-1 电解分析根本原理1. 电解安装与电解过程电解解过程程 电电解硫酸解硫酸铜铜溶液溶液, , 当逐当逐渐渐添加添加电压电压，到达一定，到达一定值值后，后，电电解池内与解池内与电电源源

2、“- “- 极相极相连连的阴极上开的阴极上开场场有有CuCu生成，同生成，同时时在与在与电电源源“+“+极相极相连连的阳极上的阳极上有气体放出，有气体放出，电电解池中解池中发发生了如下反响：生了如下反响： 阴极反响：阴极反响：Cu2+ + 2e Cu 阳极反响：阳极反响：2H2O O2 + 4H+ +4e 电电池反响：池反响： 2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + O2 + 4H+2. 实际分解电压与析出电位 a. a. 实际实际分解分解电压电压： 根据能斯特方程根据能斯特方程计计算，使反响算，使反响进进展展, ,需求提供的最小外加需求提供的最小外加电压电压 DD点点 。E理分理分= E电

3、电池池阳阳 - 阴阴分解分解电压：使被：使被电解物解物质在在电极上极上产生迅速的、延生迅速的、延续不断的不断的电极反响极反响时所需所需施加的最小外加施加的最小外加电压。电池池电动势为：E = 1.229 0.307E = 1.229 0.307 = 0.922 (V) = 0.922 (V)电解解0.1M CuSO4/1MHNO3 析析 阴阴 = 平平 = +0.059/2 lgCu2+ 析出电位析出电位要使某物质在阴极上不断析出，要使某物质在阴极上不断析出，阴极电位应一直阴极电位应一直_于析出电位于析出电位要使某物质在阳极上不断析出，要使某物质在阳极上不断析出，阳极电位应一直阳极电位应一直_

4、于析出电位于析出电位析出电位越正的物质，在阴极上复原越析出电位越正的物质，在阴极上复原越_析出电位越析出电位越_的物质，越容易在阳极上氧化的物质，越容易在阳极上氧化容易容易负负负负正正Cu2+ Cu b.b.析出析出电电位位物质在阳极上被氧化析出时所需求的最负的阳极电位物质在阳极上被氧化析出时所需求的最负的阳极电位 析阳析阳物质在阴极上被复原析出时所需求的最正的阴极电位物质在阴极上被复原析出时所需求的最正的阴极电位 析阴析阴 平衡电位平衡电位 析出电位析出电位=浓度分度分别为1mol/L和和0.01mol/L的的Cu2+ 、Ag+混合溶液，以混合溶液，以铂电极极进展展电解，在阴极上首先析出的是

5、解，在阴极上首先析出的是Ag还是是Cu？ Ag+/Ag= +0.059lgAg+ =0.80+0.059lg0.01=0.68V Cu2+/Cu= +0.059/2 lgCu2+ =0.34V Ag+/Ag= 0.80 Cu2+/Cu= 0.34Ag先析出先析出过电位：外加位：外加电压超越可逆超越可逆电池池电动势的的值。外加外加电压须显著超越著超越实际分解分解电压a. a. 实实践分解践分解电压电压 某某电电解解质质迅速、延迅速、延续发续发生生电电解所需最小外加解所需最小外加电压电压. .实实践开践开场发场发生生电电解解反响反响时时的的电压电压，其，其值值大于大于实际实际分解分解电压电压 D

6、D点点 。b. b. 产产生差生差别别的的缘缘由由过电过电位位 实践分解电压可逆电池电动势实践分解电压可逆电池电动势 阳 阴3. 极化景象与过电位c. 极化景象极化景象：电解时，电极上有净电流流过时，电极电位偏离其平衡电位的景象。 浓浓差极化：差极化：电电流流流流过电过电极，外表构成极，外表构成浓浓度梯度梯度。使阳极度。使阳极电电位更正，阴极位更正，阴极电电位更位更负负。 减小减小浓浓差极化的方法：差极化的方法： a. a.减小减小电电流，添加流，添加电电极面极面积积； b. b.搅搅拌，有利于分散拌，有利于分散电极极化包括：极极化包括：浓差极化和差极化和电化学极化化学极化 电电化学极化：化学

7、极化：电电荷迁越相界面的放荷迁越相界面的放电电所需的超所需的超电电位。位。 产产生的生的缘缘由：由：电电极反响速度慢，极反响速度慢，电电极上聚集了一定的极上聚集了一定的电电荷。荷。为为了抑制反响速度的妨碍能了抑制反响速度的妨碍能垒垒，需，需额额外提高一定外提高一定电电压压。超电位超电位析出金属超电位比较小，有时可忽略析出金属超电位比较小，有时可忽略析出析出H2、O2时，超电位较大在不同电极上不同时，超电位较大在不同电极上不同阳极过电位阳极过电位阳为阳为正正阴极过电位阴极过电位阴阴 为为 负负E E实实，分，分 析析 阳阳 - -析析 阴阴 平平 阳阳 + + 阳阳 - - 平平 阴阴 + +

8、阴阴 对于不可逆于不可逆电极极过程：程：O2:0.40vCu: - 0.07v超超电压=0.47V硫酸硫酸铜的的实践分解践分解电压：1.229+0.40 (0.307-0.07)=1.392v在阴极上：在阴极上：Zn的析出的析出电电位：位： Zn2+/Zn= +0.059/2 lgZn2+ =- 0.763+0.059/2lg10-5=-0.91V要使要使H2不析出，其不析出，其电位位应小于小于-0.91V-0.91 +0.059 /2lgH+2 - 0.75pH2.7在锌电极上在锌电极上H2的超电位是的超电位是0.75V，电解一含，电解一含Zn2+的浓度为的浓度为10-5mol/L的溶液，的

9、溶液，为了不使为了不使H2析出，溶液的析出，溶液的pH值应控制在多少？值应控制在多少？Zn2+/Zn= - 0.763VZn2+ Zn2H+ H23-1-2 电分量分析法与电解分别法 坚坚持持电电流在流在0.5-2A0.5-2A之之间间恒定，恒定，电压变电压变化，最化，最终稳终稳定在定在H2H2的析出的析出电电位位. .电分量分析法分量分析法: :利用利用电解将被解将被测组分从一定体分从一定体积溶液中完全堆溶液中完全堆积在在阴极上，阴极上，经过称量阴极增重的方法来确定溶液中待称量阴极增重的方法来确定溶液中待测离子的离子的浓度。度。 (1) (1)恒恒电电流流电电分量分析法分量分析法特点：特点：

10、1、仪器器简单2、准确度高相、准确度高相对误差小于差小于0.13、选择性不高性不高运用：运用：可用可用该法法测定的金属元素有：定的金属元素有：Zn, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, Cu, Bi, Sb, Hg, Ag(2)(2)控制阴极控制阴极电电位位电电解法解法 a. a. 三三电电极系极系统统，自，自动调动调理外理外电压电压， 阴极阴极电电位位坚坚持恒定，持恒定，选择选择性好。性好。 ( I ) A ( I ) A物物质质析出完全析出完全时时(10-6M),(0.35 V0.35 V (III) (III)被分被分别别两金属离子均两金属离子均为为二价二价, , 析出析出电电位差位

11、差0.20 V0.20 V 对对于一价离子于一价离子, ,浓浓度降低度降低1010倍倍, ,阴极阴极电电位降低位降低0.059 V0.059 V。b. Ab. A、B B两物两物质质分分别别的必要条件：的必要条件：电解解时间的控制的控制 控制阴极控制阴极电电位位电电解解过过程中如何控制程中如何控制电电解解时间时间? ? 电电流流- -时间时间曲曲线线。A：电极面积；D：分散系数；V：溶液体积；：分散层厚度当it/i0=0.001时，以为电解完全。目 录3-1 电解分析 3-1-1 电解分析根本原理 3-1-2 电分量分析法与电解分别法3-2 库仑分析法3-2-1 法拉第电解定律3-2-2 控制

12、电位库仑分析3-2-3 控制电流库仑分析库仑滴定法法拉拉第第电电解解定定律律:式式中中：M为物物质的的摩摩尔质量量g/mol，Q为电量量1库仑=1安安培培1秒秒，F为法拉第常数法拉第常数1F=96487库仑，n为电极反响中极反响中转移的移的电子数。子数。 库仑分析法：电极反响库仑分析法：电极反响- -电量电量- -物质量相互关系；物质量相互关系； 库仑分析法的实际根底：法拉第电解定律；库仑分析法的实际根底：法拉第电解定律； 根本要求：电极反响单纯，电流效率根本要求：电极反响单纯，电流效率100%100%。3-2-1 法拉第电解定律3-2-2 控制电位库仑分析1. 根本原理根本原理 控制任务电极

13、的电极电位为恒定值，直接根据被测物质完全电解所消控制任务电极的电极电位为恒定值，直接根据被测物质完全电解所消耗的电量，按照法拉第电解定律求其含量。耗的电量，按照法拉第电解定律求其含量。电流趋近零时，电流趋近零时，表示电解完全表示电解完全2.电量确实定恒电流：恒电流： Q= i t恒阴极电位：电流随时间变化时恒阴极电位：电流随时间变化时图解法：图解法：以以lgit 对对t 作图，斜率作图，斜率 k；截距；截距lg i0；要求电流效率要求电流效率100%库仑计：库仑计：1 1氢氧气体库仑计氢氧气体库仑计 电解水电解水0.5M K2SO40.5M K2SO4或或Na2SO4)Na2SO4) 1F 1

14、F电量产生氢气电量产生氢气11200 mL11200 mL 氧氧气气 5600 mL 5600 mL 共共 产产 生生 ： 16800 mL16800 mL气体气体2 2电子积分库仑计电子积分库仑计 在特定的电解液中，以电极反响产物作为滴定剂电生滴定在特定的电解液中，以电极反响产物作为滴定剂电生滴定剂，相当于化学滴定中的规范溶液与待测物质定量作用；剂，相当于化学滴定中的规范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定终指示剂来指示滴定终点。故库仑滴定并不点。故库仑滴定并不需求化学滴定和其它需求化学滴定和其它仪器滴定分析中的规仪器滴定分析中的规范溶液和体积计量。范溶液和

15、体积计量。3-2-3 控制电流库仑分析法库仑滴定1. 库仑滴定安装库仑滴定安装2. 终点指示方法终点指示方法双铂电极电流法双铂电极电流法如：电生如：电生I2滴定滴定As(III)电位法电位法指示剂指示剂(5) (5) 可实现自动滴定可实现自动滴定 易自动化易自动化3. 特点与运用特点与运用(1) (1) 可运用不稳定的滴定剂，实现容量分析中不易实现的滴定。可运用不稳定的滴定剂，实现容量分析中不易实现的滴定。 Cu CuI)I)、Br2Br2、Cl2Cl2作为滴定剂；作为滴定剂；(2) (2) 不用配制规范溶液不用配制规范溶液 简便，简化了操作过程；简便，简化了操作过程；(3) (3) 库仑滴定

16、中的电量较为容易控制和准确丈量库仑滴定中的电量较为容易控制和准确丈量 准确，可达准确，可达0.01%0.01%；(4) (4) 方法的灵敏度、准确度较高。方法的灵敏度、准确度较高。 灵敏，可检测出物质量达灵敏，可检测出物质量达 10-5-10-9 g/mL 10-5-10-9 g/mL。库仑滴定应用钢铁试样中含碳量的自动库仑测定 原理：试样在1200 C左右熄灭，产生的CO2导入高氯酸钡酸性溶液，发生如下反响： Ba(ClO4) 2 + H2O + CO2 BaCO3 + 2HClO4反响后溶液的酸度添加，开场电解，产生一定量OH - 2H2O +2e 2OH- +H2 阴极反响溶液恢复到原来酸度值时，停顿电解。 耗费的电量产生的OH - 量中和的 HClO4量二摩尔的高氯酸相当于一摩尔的碳。可由仪器读数安装直接读出含碳量。