第四章电化学与电位分析法

电位分析法1 前言从热力学角度讲，电化学是研究化学能于电能之间相互转变及其所遵循基本规律或规则的一门学科；从动力学角度而言，电化学是研究电解质离子在溶液中运动及电解质溶液与电极表面发生反应所遵循的基本规律。

而电分析化学则是利用物质（电解质）的物理性质及电化学性质来测定物质组成和含量的一种分析方法。

电位分析是利用电极电位和溶液中某种离子的活度（或浓度）之间的关系来测定被测物质的活度（或浓度）的一种电化学分析法，它是以测量电池电动势为基础。

其化学电池的组成是以待测试液为电解质溶液，并于其中插入两支电极，一支是电极电位与被测试液的活度（或浓度）有定量关系的指示电极；另一支是电位稳定不变的参比电极。

通过测量电池的电动势来确定被测物含量。

电位分析法根据其原理的不同可分为直接电位法和电位滴定法两大类。

直接电位法是通过测量电池电动势来确定指示电极的电位，然后根据Nernst方程，由所测得的电极电位值计算出被测物质的含量。

电位滴定法是通过测量滴定过程中指示电极的电位变化来确定滴定终点，再按滴定所消耗的标准溶液的体积和浓度来计算待测物质含量。

该法实际上是一种容量分析法。

20世纪60年代末由于膜电极技术的出现，相继成功研制了多种具有良好选择性的指示电极，即离子选择性电极（ISEs）。

离子选择性电极的出现和应用，促进了电位分析法的发展，并使其应用有了新的突破。

电位分析法具有如下特点：选择性高，在多数情况下，存在离子干扰很小，对组成复杂性的试样往往不需要经过分离处理可直接测定，且灵敏度高。

直接电位法的相对检出限量一般为10-5~10-8mol/dm3，特别适用于微量成分的测定；而电位滴定法则适用于常量分析，仪器设备简单、操作方便，易于实现分析的自动化，试液用量小，并可做无损分析和原位测量。

因此，电位分析法的应用范围很广，尤其是离子选择性电极，现已广泛应用于环保、医药、食品、卫生、地质探矿、冶金、海洋探测等各个领域，并已成为重要的测试手段。

第四章电化学基础知识点归纳第四章电化学基础知识点归纳电化学是研究电和化学之间关系的分支学科，主要研究电能和化学变化之间的相互转化规律。

本章主要介绍了电化学基础知识点，包括电化学的基本概念、电池反应、电解反应以及其相关的电解池和电极。

一、电化学的基本概念1. 电化学：研究电和化学之间相互关系的学科。

2. 电解：用电能使电解质溶液或熔融物发生化学变化的过程。

3. 电解质：能在溶液中产生离子的化合物。

4. 电解池：由电解质、电极和电解物质组成的装置。

5. 电极：用来与溶液接触，传递电荷的导体。

二、电池反应1. 电池：将化学能转化为电能的装置。

由正极、负极、电解质和导电体组成。

2. 电池反应：电池工作时在正负极上发生的化学反应。

3. 氧化还原反应：电池反应中常见的反应类型，在正极发生氧化反应，负极发生还原反应。

4. 电池电势：电池正极和负极之间的电位差。

5. 电动势：电池正极和负极之间的最大电势差。

三、电解反应1. 电解：用电流使电解质发生化学变化的过程。

2. 导电质：在电解质中起导电作用的物质。

3. 离子：在溶液中能自由移动的带电粒子。

4. 阳离子：带正电荷的离子。

5. 阴离子：带负电荷的离子。

6. 电解池：由电解质溶液、电解质和电极组成的装置。

7. 电解程度：电解质中离子的溶解程度。

8. 法拉第定律：描述了电解过程中，电流量与电化学当量的关系。

四、电解池和电极1. 电解槽：承载电解液和电极的容器。

2. 阳极：电解池中的电流从电解液流入的电极，发生氧化反应。

3. 阴极：电解池中的电流从电解液流出的电极，发生还原反应。

4. 阳极反应：电解池中阳极上发生的氧化反应。

5. 阴极反应：电解池中阴极上发生的还原反应。

6. 电极反应速度：电极上反应的速度。

7. 电极反应中间体：反应过程中形成的中间物质。

电化学是现代科学和工程领域中的重要分支，广泛应用于电池、电解、蓄电池、电解涂层、电化学合成等领域。

了解电化学的基础知识，有助于我们更好地理解和应用电化学原理。

第四章电位分析法一、电化学分析法：根据物质的电学和电化学性质，应用电化学的基本原理和技术，测定物质组分含量的方法。

二、电化学分析法的特点1、灵敏度高。

被测物质含量范围可在10-2—10-12 mol/L数量级。

2、准确度高，选择性好，不但可测定无机离子，也可测定有机化合物，应用广泛。

3、电化学仪器装置较为简单，操作方便。

4、电化学分析法在测定过程得到的是电讯号，易于实现自动控制和在线分析,尤其适合于化工生产的过程控制分析。

三、直接电位法：是将参比电极与指示电极插入被测液中构成原电池，根据原电池的电动势与被测离子活度间的函数关系直接测定离子活度的方法。

电位滴定法: 是借助测量滴定过程中电池电动势的突变来确定滴定终点的方法。

四、直接电位法的特点：1）选择性好；2）分析速度快，操作简便；3）灵敏度高，测量范围宽；4）易实现连续分析和自动分析。

五、电极电位的大小，不但取决于电极的本质，而且与溶液中离子的浓度，温度等因素有关六、标准氢电极的条件为：（1）H+活度为1；（2）氢气分压为101325Pa。

规定：任何温度下，氢电极的电位为“零”。

七、只有可逆电极才满足能斯特方程。

八、极化程度的影响因素：（1）电极的大小、形状（2）电解质溶液的组成（3）温度（4）搅拌情况（5）电流密度九、浓差极化：电极反应中，电极表面附近溶液的浓度和主体溶液浓度发生了差别所引起的。

电化学极化：由某些动力学因素引起的。

若电化学反应的某一步反应速度较慢，为克服反应速度的障碍能垒，需多加一定的电压。

这种由反应速度慢所引起的极化称为电化学极化或动力学极化。

十、电位分析法：是电化学分析法的重要分支，其实质是通过零电流情况下测得两电极之间的电位差（即所构成原电池的电动势）进行分析测定。

十一、离子选择性电极：也称膜电极，它能选择性地响应待测离子的浓度（活度）而对其他离子不响应，或响应很弱，其电极电位与溶液中待测离子活度的对数有线性关系，即遵循能斯特方程式。

第四章电位与电导分析法第四章主要介绍电位与电导分析法在化学分析中的应用。

电位与电导分析法是一类基于电化学原理的分析技术，其原理是利用电位或电导随溶液中其中一种分析物浓度的变化而变化的特性进行分析。

4.1电位分析法4.1.1电位的基本概念电位是指电极与电解质溶液之间产生的电势差。

在电位分析法中，常用的电极有指示电极和参比电极。

指示电极用于获得需要测定的分析物的信号，而参比电极用于提供一个与参比电极不发生电位变化的电位参考。

4.1.2电位滴定法电位滴定法是一种常用的电位分析方法，它通过测量电极的电位变化来确定目标溶液中其中一种物质的浓度。

电位滴定法有常规滴定法和仪器化滴定法两种形式。

常规滴定法是指使用玻璃电极进行滴定，并通过手工记录电位变化来判断滴定终点。

而仪器化滴定法则利用自动滴定仪器来记录电位变化并确定滴定终点。

仪器化滴定法具有准确性高、重复性好、自动化程度高的优点。

4.1.3电位指示法电位指示法是一种利用电极的特性来指示溶液中其中一种物质浓度变化的分析方法。

在电位指示法中，一般使用特定的指示电极来测量电位变化，并通过电位的变化来判断被测物质的浓度。

4.2.1电导的基本概念电导是指物质对电流传导的能力。

在电导分析法中，通过测量电解质溶液的电导来确定其中其中一种物质的浓度。

4.2.2电导测定法电导测定法是一种常用的分析方法，它利用电导与溶液中其中一种物质浓度之间的关系来测定该物质的浓度。

电导测定法具有操作简便、灵敏度高、快速准确的优点。

4.2.3电导滴定法电导滴定法是一种基于电导测定法的滴定分析方法。

它通过测量滴定过程中电导的变化来确定滴定终点。

电导滴定法具有准确性高、自动程度高、滴定速度快的优点。

4.3电位与电导分析法在环境分析中的应用电位与电导分析法在环境分析中有着广泛的应用。

例如，电位分析法可以用于测定水体中重金属离子的浓度，而电导分析法可以用于测定水体中溶解物质的总浓度。

此外，电位与电导分析法还可以应用于食品分析、药物分析、医学分析等领域。

电位分析法的原理
电位分析法是一种电化学实验技术，通过测量电极在不同电位下的电流来研究电化学反应的机理和动力学。

其基本原理可以归结为以下几点：
1. 电位与电荷转移：根据法拉第定律，电极上的电位与与之相关的电荷转移是密切相关的。

当电位发生变化时，伴随着电荷转移的发生。

因此，通过测量电极的电位变化，可以了解电化学反应的过程。

2. 电位与物理化学性质：电位是描述电极表面上化学反应活性的物理化学性质之一。

不同电位下，电极的表面状态、吸附物种和电流密度等均会发生变化。

通过分析电位的变化，可以推断出电极表面的性质和反应活性。

3. 电极响应与反应机理：在电位分析过程中，观察电极的电流响应可以揭示出电化学反应的机理信息。

不同电位下，电流密度的变化可以反映出化学反应速率、中间体的生成和消耗等过程。

通过电位分析，可以探究电极反应的机理和动力学。

4. 电位与反应速率：电位分析法还可以用来研究电极上的反应速率。

根据泊松方程和负荷传递原理，电流密度与电极的电位变化之间存在相关性。

通过测量电位和电流密度，并应用极谱计算和相关的数学模型，可以确定电极反应的速率常数和相关动力学参数。

总之，电位分析法通过测量电极在不同电位下的电流，揭示了
电位与电荷转移、物理化学性质、反应机理和速率之间的关系。

这项技术在电化学研究、催化剂评价、电池性能测试等领域具有广泛应用。

第4章电位分析法教学时数：4学时教学要求：1、掌握电位分析法基本原理,电极电位、电池电动势、膜电极、工作电极、参比电极、指示电极等基本概念。

2、掌握pH玻璃电极,氟离子选择性电极结构、响应机理及性能特点，溶液pH值的测定。

理解膜电位的产生。

3、掌握离子选择性电极的性能参数，理解电极选择性系数Kij的意义，掌握测量误差的计算。

4、掌握离子活度测定的方法原理，理解离子强度总调节剂的作用。

5、掌握定量分析方法及有关的计算，电位分析法的应用。

6、了解电位滴定的原理及滴定终点的确定。

教学重点与难点：重点：电位分析法基本原理，膜电位的产生，溶液pH值的计算，离子选择性系数Kij的意义，测量误差的计算，离子强度总调节剂，定量分析方法。

难点：膜电位的产生，离子选择性系数的理解与应用，离子活度、测量误差的计算。

4.1 电化学分析法概要一、方法简介根据电化学原理和物质在溶液中的电化学性质及其变化，通过测量某种电参量变化求得分析结果的一类方法。

1、分类2、 方法特点准确度高，重现性和稳定性好灵敏度高，10-4～10-8 mol/L 10-10～10-12mol/L （极谱，伏安） 选择性好（排除干扰）应用广泛（常量、微量和痕量分析） 仪器设备简单，易于实现自动化已成为生产和科研中广泛应用的一种分析手段。

二、电化学分析中某些术语与概念2、原电池3、电解池4、指示电极、辅助电极和参比电极指示电极：电极电位随电解质溶液的浓度或活度变化而改变的电极。

（E 与C 有关）参比电极：电极电位不受溶剂组成影响，其值维持不变。

（E 与C 无关） 辅助电极（对电极）：提供电子传递的场所,当通过电流很小时,一般直接由工作电极和参比电极组成电池,但当电流较大时需采用辅助电极构成三电极系统来测量。

电位法中采用两电极——不产生电流（I=0） 伏安法中采用三电极——产生电流信号1、化学电池5、电解质与支持电解质电解质：指电极间电子传递的媒介，由溶剂和高浓度的电解质盐以及电活性物质等组成。