南开大学仪器分析课件-电解和库仑分析法

实际应用对比
深入研究电解和库仑分析法在 实际分析问题中的对比实例。
电解和库仑分析法的实验操作
1
实验器材及试剂
探索进行电解和库仑分析实验所需的仪器和试剂。
2
实验步骤和注意事项
详细描述电解和库仑分析的实验步骤及需要注意的事项。
3
实验数据处理和分析
介绍电解和库仑分析实验数据的处理方法和分析技巧。
结论与展望
《电解和库仑分析法》 PPT课件
探索电解和库仑分析法的精妙之处，开启你的化学分析之旅。
电解分析法
1
简介
了解电解分析法的基本概念和应用领域。
基本原理
2
掌握电解分析法背后的科学原理和关键
步骤。
3
分类
了解电解分析法的不同分类和各自特点。
应用实例
4
探索电解分析法在实际问题中的应用案 例和成果。
库仑分析法
1 简介
认识库仑分析法的起源和基本概念。
3 分类
探索库仑分析法的不同类型和各自特点。
2 基本原理
了解库仑分析法的理论基础和实验原理。
4 应用实例
揭示库仑分析法在各个领域中的应用案例。
电解和库仑分析法的比较
优缺点对比
比较电解和库仑分析法各自的 优点和限制，并找到适合的应 用场景。

适用范围对比
了解两种分析法在不同领域中 的使用情况和局限性。
电解和库仑分析法的意义
总结电解和库仑分析法对科学研究和实践的重要意义。
发展趋势
展望电解和库仑分析法未来发展的前景和新的研究方向。
备注
以上内容仅供参考，具体请根据课堂教学为准。

①当阴极电势正于-0.156V时,无金属析出。 ②当阴极电势负于-0.156V但正于-0.792V时，Pb析出Zn不析出。 如，E阴=-0.185V，计算得cPb=0.010moL/L 如，E阴=-0.274V，计算得cPb=1.0×10-6moL/L ③当阴极电势负于-0.792V时，Zn析出。
对于经还原反应能析出的离子来说, (1)当阴极电势负于离子/金属电对的平衡电极电势时,离子才能 析出. (2)若有几种离子同时存在,平衡电极电势较正的先析出.
对电化学可逆电极过程，分解电压与析出电位有如下关系
U分 E反 E阳平 E阴平
因此，对于某一物质的分解电压可进行估算 对于1moL/LCuSO4—0.5moL/LH2SO4 0.0592 0.059 2 E c E Cu 2 / Cu lg[Cu ] 0.34 lg1 0.34 V） （ 2 2 [H ]4 O2 0.0592 0.0592 E a E O2 / H 2O lg 1.23 lg1 1.23 V） （ 2 4 [H2O] 4 Ud = 1.23 - 0.34 = 0.89 V
实测:大于1.50V
16.2.3、过电压和过电位 电极极化：电解时，电极上有电流流过时，电极电位偏离其 平衡电位的现象。这种现象称为极化现象。产生的原因有浓 差极化和电化学极化。 由于极化，使实际电位和可逆(平衡)电位之间存在差异，此
差异即为过电位
浓差极化：当电解进行的时候，由于电极表面附近的一部分金属
电池电动势：E=Ec-Ea=0.308-1.189= -0.881V
因此, 理论分解电压值=-电池电动势值=+0.881V
(*设Pt阴极面积流密度为100cm2, 电流为0.1A，O2在Pt电极上 的超电位为0.72V，电解池内阻为0.5)

U (a a ) (c c ) iR
——称为电解方程式，表示电解时，外加电压等于阳、 阴两极实际电位的差值与电解电路中的iR降。 上述电解CuSO4溶液中， a= 0.72V（O2）， c可忽 略。则实际的外加电压为： 实际需要的外加电压 U U d iR 0.89 0.72 0.05 高达1.66V，大于理论计
电极反应： Ag+ + e- ＝ Ag Cu2+ + 2 e- ＝ Cu
d , Ag 'Ag / Ag 0.059lg[ Ag ] Ag的析出电位：
0.80 0.059lg(0.01) 0.682 (V )
Cu的析出电位：
d ,Cu
0.059 lg[ Cu 2 ] 2 0.059 0.345 lg( 1) 0.345 (V ) 2
三、二者的异同点：
1. 不同点
电重量法只能用来测定高含量物质；库仑分析法
特别适用于微量、痕量成分的分析。
2. 共同点： a. 测定过程中不需要基准物质和标准溶液，是一 种绝对分析法； b. 两种方法的准确度都高。
§11-2 电解分析法
一、电解过程
1. 电解
以电解池为基础，以双铂电极作电极，在电解池的 两个电极上加一直流电压，使电解池中有电流通过，物 质在两个电极上发生氧化还原反应而引起物质分解的过
二、库仑分析法
定义：以测量电解过程中所消耗的电量为基础来求 出待测组分含量的方法。
可用于测量留在溶液中或排到周围大气中而不在电
极上沉积的物质。由于现代测量技术可以精确测量微小 的电流，因此，库仑分析法是一种高精密度和灵敏度的 分析方法误差较小。 库仑分析法是根据法拉第定律从电解过程中消耗的 电量来测定物质的含量，所以要求100%的电流效率。

析电压。即此时Cu不析出或者说Cu不干扰测定。即可以 通过控制外加电压来进行电解分析。
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(三) 汞阴极电解法（自学） 前述电解分析的阴极都是以Pt作阴极，如
果以 Hg 作阴极即构成所谓的Hg阴极电解法。但 因 Hg 密度大，用量多，不易称量、干燥和洗涤 ，因此只用于电解分离，而不用于电解分析。
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第二节 库仑分析法
根据物质在电解过程中消耗的电量来确定物质含 量的分析方法，称为库仑分析法。分为：
①恒电流库仑滴定法－根据电解产生等物质的量的 滴定剂所消耗的电量来计算被测物的含量的方法。
②控制电位库仑分析法－根据电解完被测物质所消耗 的电量来计算被测物含量的方法。
库仑分析要求： 工作电极上只发生单纯的电极反应 电流效率必须是 100%
0.445V
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O2的阳极电位:
O2=+0.059/2lg(PO21/2cH+)+=1.23+0.059/2lg(11/22)+
0.72=1.909V 因此，Ag完全析出时的外加电压 Cu开始析出时的外加电压=1.909-0.337=1.572V
可见在Ag完全析出时的电压并未达到Cu析出时的分
= 1. 22V 理论分解电压： 压 ，电而解不U0d是.1=Umdo-。lE多=·加La--的1C,cu就SO是4溶用液于时克，服需i要R电外位加降电和 由于极化产生的阳极反应和阴极反应的过电位。
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5．极化现象及过电位
当电流通过电池时，实际测得的电极电位 与平衡电位偏离的现象称为极化现象；其偏离 的大小为过电位。
特点： 1)可以与沉积在 Hg 上的金属形成汞齐； 2)H2 在 Hg上的超电位较大，扩大电解分析电压 范围；3)Hg比重大，易挥发除去。

实际开始发生电解反应时 的电压，其值大于理论分解 电压。此实际电压称为实际
分解电压（U），即D点。
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产生差别的原因 (1)克服电解回路的电压降（iR） 电解质溶液有一定的电阻，欲使电流通过，必须 用一部分电压克服电位降。
(2)是克服阴、阳极的极化所产生的过电位（η）
电解方程式：
过电位（η）、电压降（iR）及外加电压的定量关系
=1.68V
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2.析出电位 对一个电极而言。对于可逆电极反应， 某物质的析出电位就等于电极的平衡电位。
例如：在阴电极上，Cu2+离子被还原成金属铜而析出，
其平衡电位为：
RT nFlnaCu2
析出铜的电位就是平衡时的电极电位，称为
铜的析出电位。
☺ 阴极析出电位是物质在阴极上还原析出时所
需的最正的电极电位。
EAg / Ag
E Ag / Ag
0.059V
lg aAg
0.80V 0.059V lg 0.1 0.74V
ECu2 / Cu
E Cu2 / Cu
0.059V 2
lg
a Cu
2
0.34V 0.059V lg1 0.34V 2
离子的析出顺序是：Ag先析出。
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二、电解分析方法和应用
第十一章
电解及库仑分析法
(Electrolysis and Coulometry)
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第一节电解分析法
一 电解分析的基本原理 二 电解分析方法和应用
第二节 库 仑 分 析
一 库仑分析的基本原理 二 控制电位库仑分析 三 库仑滴定法
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《电解及库仑分析法》ppt课件
电解及库仑分析法概述电解过程库仑分析法电解及库仑分析法的实验技术电解及库仑分析法的应用实例电解及库仑分析法的未来发展与挑战
电解及库仑分析法概述
电解及库仑分析法是一种基于电解和库仑定律的化学分析方法，用于测定物质含量和电化学性质。
通过电解过程中电流、电压等参数的变化，结合库仑定律，推算出被测物质的含量和电化学性质。
02
在环境监测领域，库仑分析法可用于测定水体中的重金属离子、有机物等污染物含量。
在食品检测领域，库仑分析法可用于检测食品中的添加剂、农药残留等有害物质。
在医学领域，库仑分析法可用于检测生物样品中的药物浓度、代谢产物等。
在工业领域，库仑分析法可用于控制产品质量、检测工业废水等。
库仑分析法具有较高的灵敏度和精度，尤其适用于痕量物质的测定；该方法操作简便、快速，适用于现场检测和在线监测；库仑分析法不需要标准样品和复杂的试剂，降低了检测成本。
电解的种类
电解的电极材料：在电解过程中，电极材料的选择对电解效果有很大影响。常用的电极材料有金属电极、石墨电极和半导体电极等。金属电极如铜、银等具有良好的导电性和参与电极反应的能力，石墨电极则具有优良的导电性和耐腐蚀性，而半导体电极则具有电化学活性。
电解效率受到多种因素的影响，如电流密度、电解质浓度、温度、压力以及电极材料和表面结构等。提高电流密度、增加电解质浓度、升高温度以及增大压力都可以提高电解效率。此外，选择合适的电极材料和表面结构也是提高电解效率的重要手段。
连接电解池、恒电位仪、电流表和电压表，确保设备正确连接。
记录电流和电压的变化，观察电解过程。
实验结束后，关闭恒电位仪，断开电路，清理实验器具。
准备电解液和电极，将电极放入电解液中。

谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
电解和库仑分析法
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。

E实际分解 E理论分解
以电解1mol/L的CuSO4为例
c C2u/Cu0.025V9lga(C2u)
0.3V 40.05V9lg10.3V 4 2
aO 2/H2O0.045V9 lga(H)4P(P O 02)
1.2V 30.05V9 lg2 (0.5)4 2127 1.28V 2
4
101325
c
= Ag+/Ag
+0.059Vlga(Ag+) 2
=0.80V+0.0592lg0.1=0.74V
c
= Cu2+ /Cu
+0.059Vlga(Cu2+) 2
=0.34V+0.0259Vlg1=0.34V
银的析出电位更正，银先析出。
当Ag+浓度降为10-6mol/L时，可认为已析出 全。
c =Ag+/Ag+0.0259Vlga(Ag+) =0.80V+0.0592lg10-6 =0.44V
电极电位越正。越易还原
析 (Ag)比析 (C2u )正， A故 g 先析出
沉淀完全时
阴 极 A ,A g g 0 .05 l1 g9 7 00 .3V 9
该电位高于Cu2+ 的析出 电位， Cu2+不会析出
Ag+和Cu2+可分离完全
控制阴极电位负于a正于b，A离子还原析出，而B不能
2） 装置
第八章 电解与库伦分析法
§8-1 电解分析原理
一、概述
上一章 讨论的是i = 0 状况
原电池
本 章 讨 论 的 是i≠0，即电极上发生反应
电解池
☛ 电解分析法
应用外加电源电解试液，通过电极反应将试液中 的待测组分转变为固相析出，对析出物进行称量 以求得被测组分的含量。

首先是容易在阴极上析出的物质在 电极上还原，由于该组分的浓度下 降，使阴极电位变负，另一组分就 有可能也在电极上还原而产生干扰。
因此，此法一般只适用于溶液中
只含一种金属离子的情况。但这种 方法可以分离电动序中氢以前和氢 以后的金属。 讨论：电解时活泼性在氢以后的金
属先在阴极上析出，待完全析出后， 再继续电解就析出氢气，所以在酸 性溶液中氢以前的金属就不能析出。
含量。
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2．分解电压与析出电位
当两电极间施加的电压增
理论曲线 实验曲线
大到某一数值后，电流显著 增大，并同时发生了电极反 应。以外加电压V为横坐标，
理论分解电压Vd
实验分解电压Vd
电解电流i为纵坐标所绘制的
曲线，称为电流–电压曲线。
图4-2 电解Cu2+的电流–电压曲线
曲线转折点所对应的电压Vd ，即为能引起 电解所需的最小外加电压，称为分解电压。
2) 电解分离法（Electrolytic Sepraration）: 使用电解手段进行物质的分离或除去杂质。
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2、库仑分析（Coulometry）：
根据电解过程中所消耗的电量求得被测物 的含量 电量分析法;
适用于微量组分的测定
特点：
无论由重量法还是库仑分析，不需要基准 物质和标准溶液。
式中ηa和ηc分别为阳极和阴极的超电位，电解池
的超电压是两个电极的超电位绝对值之和。
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实际上，在电解过程中，外加电压V 除用 于克服反电动势和超电压之外，还需克服回 路中的欧姆电位降：
V= Vd +iR=（a +ηa）– （c +ηc）+iR (4-3)

保持电流在0.5-2A之间恒定，电压变化，最终稳定在H2的析出电位.
特点： 1、仪器简单 2、准确度高（相对误差小于0.1％） 3、选择性不高
应用： 可用该法测定的金属元素有： Zn, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, Cu, Bi, Sb, Hg, Ag
(2)控制阴极电位电解法
a. 三电极系统，自动调节外电压， 阴极电位保持恒定，选择性好。
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 二摩尔的高氯酸相当于一摩尔的碳。
2. 理论分解电压与析出电位
分解电压：使被电解物质在电极上产生迅速的、连续不断的电极反应时所需 施加的最小外加电压。
a. 理论分解电压：
根据能斯特方程计算，使反应进行,需要提供的最小外加电压（D’点） 。
E理分= E电池＝阳 - 阴
电解0.1M CuSO4/1MHNO3
E(Cu/Cu 2 ) 0.337 0.059 lg[ Cu2 ] 0.307 (V) 2
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
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； 基本要求：电极反应单纯，电流效率100%。
3-2-1 法拉第电解定律
法拉第电解定律:
W QM Fn
=- 0.763+0.059/2lg10-5 =-0.91V