电化学分析技术概论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

现 代 物 理 实 验电化学分析 技术第1页研究电能和化学能相互转换科学。什麽是电化学？电和化学反应相互作用可经过电池来完成,因而电化学往往专指“电池科学”。第2页电池由两个电极和电极之间电解质构成，因而电化学研究内容应包括两个方面：一是电解质研究，即电解质学，其中包括电解质导电性质、离子传输性质、参与反应离子平衡性质等，其中电解质溶液物理化学研究常称作电解质溶液理论；其次是电极研究，即电极学，其中包括电极平衡性质和通电后极化性质，也就是电极和电解质界面上电化学行为。第3页说明电和化学反应物质间相互作用定量关系定律。法拉第电解定律 当电流经过电解质溶液时，在电极（即相界面）上发生化学改变物质B物质量与通入电量成正比。若几个电解池串联通入一 定电量后，各个电极上发生化学改变物质B物质量相同。能斯特方程 定量描述离子ri在A、B两体系间形成扩散电位方程表示式。电化学基本理化学基本理论第4页电化学分析法 依据电化学基本原理和试验技术，利用物质电学及电化学性质对物质进行定性和定量分析方法。第5页电化学分析法分类测量方式不一样，三种分类：依据待测试液浓度与某一电参数之间关系求得分析结果。电导分析、电位分析、离子选择性电极分析、库仑分析、伏安分析、极谱分析等经过测量某一电参数突变来指示滴定分析终点方法。又称电滴定分析法。电导滴定、电位滴定、电流滴定等经过电极反应，将待测组分转入第二相，然后再用重量法或滴定法进行分析。电解分析法 全部电化学性质均发生于化学电池中第6页基础知识（一）进行电化学反应场所 实现电能和化学能相互转化装置组成 把两支金属导体（相同或不一样）作为电极放入适当电解质中（电解质通常为液体溶液，能够是一个，能够是两种彼此不混溶而又能相互接触不一样液体）。分类工作方式：原电池 电解电池 电导池第7页原电池电导池电解电池化学电池中反应是自发进行，化学能转化能电能不考虑化学电池中反应，只研究电解质溶液导电特征由外电源提供反应时能量，将外电源电能转化为化学能三种电池都有应用第8页第9页电极分类 按作用分类 工作电极 主体浓度有显著改变体系 指示电极 主体浓度不发生显著改变体系 参比电极 电极电位与被测物无关、电位比较稳定，为测量电位提供参考 辅助电极 为测量或控制工作电极电位，组成三电极系统，使体系中参比电极电位保持稳定 对电极第10页组成体系作用机理 金属基电极 膜电极分分类类第11页金属基电极共同点：电极上有电子交换反应，即存在氧化还原反应 第一类电极（活性金属电极）M|Mn+组成体系，电极电位反应溶液中该金属离子活度Mn+ne-M 银、铜、镉、汞、铅、锌等 第二类电极（金属难溶盐电极）金属及其难溶盐（或配离子）组成电极体系，间接反应与该金属离子声称难溶盐（或配离子）阴离子活度。第三类电极 由金属与该金属离子和另一个金属离子含有共同阴离子两种难溶盐或配离子组成电极体系 零类电极 采取惰性金属作为电极，电极本身不参加电极反应，仅作为氧化态和还原态物质传递电子场所，同时起到传导电流作用。第12页甘汞电极甘汞电极是由金属汞和Hg2Cl2及KCl溶液组成电极。饱和甘汞电极(SCE)电势，其值为0.2415V。第二类电极（金属难溶盐电极）第13页膜电极特点.在电极上不发生电子交换；.依靠电极敏感膜内外特定离子活度不一样所产生膜电位来指示试液中待定离子活度第14页膜电极基本结构一个电化学传感器它电极电位与溶液中给定离子活度对数呈线性关系.第15页各类电化学分析法介绍以待测溶液为电解液测量量：原电池电动势测量目标：待测物质活度（或浓度）理论依据电动势与溶液中某种离子活度（或浓度）之间定量关系(能斯特方程）电位分析法第16页相互接触但浓度不一样溶液，相互接触但浓度不一样溶液，如如HCl，因为浓度差异产生扩，因为浓度差异产生扩散，同时因为离子迁移速率差散，同时因为离子迁移速率差异，造成溶液界面电荷分布不异，造成溶液界面电荷分布不均，产生电位梯度均，产生电位梯度 出现电位差。出现电位差。相同电荷溶液与离子间，存在相同电荷溶液与离子间，存在静电排斥，使扩散到达平衡，静电排斥，使扩散到达平衡，溶液界面有稳定界面电位，即溶液界面有稳定界面电位，即液接电位。液接电位。液接电位不但出现在液液接电位不但出现在液-液界，液界，也出现在固也出现在固-液界面液界面第17页电位分析法优点选择性好复杂试样不需分离处理灵敏度高适合微量组分测定仪器设备简单、操作方便、分析快速、测定范围宽、易于实现分析自动化第18页基本结构化学电池待测溶液作为电解液电极两支电极一支指示电极：电极电位随试液中待测离子活度（或浓度）改变而改变，用以指示待测离子活度（或浓度）；另一支参比电极：在一定温度下，电极电位基本稳定不变最广泛应用指示电极：离子选择性电极参比电极普通采取甘汞电极第19页离子选择性电极属于薄膜电极由特殊材料固体或液体敏感膜组成对溶液中待测离子含有选择性响应是一个电化学传感器它电极电位与溶液中给定离子活度对数呈线性关系第20页膜电位膜电位道南电位示意图道南电位示意图道南电位产生在于其选择性或强制道南电位产生在于其选择性或强制性引发界面两端离子浓度差异，从性引发界面两端离子浓度差异，从而产生双电层结构，而有电位差而产生双电层结构，而有电位差第21页电动势测量不能直接用万用表或伏特计测定动态改变过程不易测准伏特计测量电动势不包含电池内阻引发电位差采取经过电极把溶液中离子活度变成电信号直接显示出来装置酸度计（测定酸度）离子计（测定离子活度）这两类仪器原理和功效基本相同第22页酸度计测量溶液pH及电池电动势电极直流电信号由参量振荡放大器转变成交流电压信号，由交流放大器将信号放大，再经整流由直流放大器放大，以电位值或pH值在表头上显示第23页电位分析法分类直接电位法电位滴定法 首先测出浓度确定标准溶液电池电动势E0，然后在一样条件下，测得待测溶液电动势，经过两次测量电势差值与浓度之间关系进行待测溶液浓度确定方法。试验时，向待测溶液中加入滴定剂，滴定反应不停进行，待测溶液浓度不停发生改变，在理论终点附近，待测离子浓度发生突变而造成电位突变，确定滴定终点。利用加入滴定剂体积与电动势对应关系确定浓度值。第24页相同点：以工作电极和参比电极组成电解池电解待分析物质稀溶液取得电解液电流电压曲线不一样点：极谱法：以滴汞电极或表面作周期性更新液体电极为工作电极伏安法：以固体电极或表面静止电极为工作电极如：悬汞、石墨、铂等电极极谱分析法伏安分析法第25页极谱分析法：1922、捷克化学家海洛夫斯基创建，极谱分析法基于滴汞电极研究。1925年 第一台极谱仪、第一张极谱图1934年 捷克 尤考维奇 极谱扩散电流方程，奠定了理论基础第26页极谱分析装置面积较小，滴汞工作电极面积较大，甘汞参比电极第27页极谱分析工作原理：残余电流ic未到达待测离子分解电压：待测离子在滴汞阳极上还原过程：极限电流imaxid=imax-ic 极限扩散电流id=Kc极谱分析基本依据第28页电导分析法利用电解质溶液电导值来确定物质含量分析方法什麽是电导？衡量电解液导电能力量度值这里所说电导是指电解质溶液中正、负离子在外电场作用下迁移而产生电流传导导电能力与溶液中正负离子数目、离子所带电荷量、离子在溶液中迁移速率等原因相关利用溶液电导与溶液中离子数目标相关性建立分析方法第29页电导测量电导池 由两个有固定表面积和距离电极组成 对于电解质溶液,其电导率相当于1cm3溶液在电极距离为cm两电极间所含有电导对于一定电导电极，电极面积（）与电极距离（L）固定，L/A为定值，称为电导池常数。=L/A 电导率与电解质溶液浓度和性质相关。第30页电导仪测量溶液电导：采取较高频率交流电测量，降低极化效应电极普通采取铂片制成经过测量溶液电阻来进行电导测量m=RmE/(Rm+Rs)E,Rm均为恒定值测量原理第31页第32页