第十章---伏安法和极谱分析法
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第十章极谱和伏安分析法1、极谱法和电解法有哪些方面的差异?答:极谱过程是一特殊的电解过程,主要表现在电极和电解条件的特殊性。
①电极:一个电极是极化电极,另一个是去极化电极;②电解:被分析物质的浓度一般较小,电流很小,且只是扩散电流与被测物浓度有定量关系,必须消除迁移电流和对流电流。
2、直流极谱波呈台阶锯齿形的原因是什么?答:据尤考维奇公式,扩散电流随时间t1/6增加,是扩散层厚度和滴汞面积随时间变化的总结果。
在每一滴汞生长最初时刻电流迅速增加,随后变慢,汞滴下落时电流下降,即汞滴周期性下滴使扩散电流发生周期性变化,极谱波呈锯齿形。
3、进行极谱测定时,为什么一份溶液进行多次测定而浓度不发生显著变化?答:因为极谱测定是一种特殊的电解方法,极谱波的产生是由于在极化电极上出现浓差极化引起的。
由于被分析物的浓度一般较小,通过的电流很小(<100μA),故试样的浓度基本没变化,因此同一溶液可反复测定。
4、什么是极谱分析的底液?它的组成是什么?答:底液:为了改善波形,极谱分析的试液中加入一些辅助试剂,这种含有各种适当试剂的溶液称为极谱分析的底液。
底液含有支持电解质、极大抑制剂、除氧剂及其他有关试剂,如消除前波或叠波干扰的配位剂,控制酸度、改善波形、防止水解的缓冲剂等。
在选择底液时,应尽量选择使极谱波波形良好,干扰小,实验操作简单的底液。
5、在被测离子浓度相同时,平行催化波产生的电流为什么比扩散电流大得多?答:平行催化波原理:电活性物质的氧化态A在电极上还原,生成还原态B,这是电极反应,还原产物B与溶液中存在的另一物质C(氧化剂)作用,被氧化生成原来的电活性物质A。
此再生出来的A 在电极上又一次地被还原如此反复进行,使电流大大增加。
在整个反应中,物质A的浓度实际上没有变化,消耗的是物质C。
6、解释单扫描极谱波呈平滑峰形的原因?答:极化电压变化的速度快,当达到可还原物质的分解电压时,该物质在电极上迅速还原,产生很大的电流,极化电流急剧上升,产生瞬时极谱电流,由于还原物质在电极上还原,使它在电极表面附近的浓度急剧降低,本体溶液中的还原物质来不及扩散至电极表面,当电压进一步增加时,导致极谱电流反而降低,形成峰形电流。
第十章 伏安法和极谱分析法(书后习题参考答案)1.在0.10 mol·L -1 KCl 溶液中锌的扩散电流常数为3.42.问0.00200 mol·L -1的锌溶液,所得的扩散电流在下列条件下各为多少(微安)?所用毛细管汞滴落时间分别为 3.00s ,4.00s 和5.00s ,假设每一滴汞重5.00mg 。
解:平均扩散电流公式为 c m nD i 6/13/22/1605τ=扩散电流常数42.36052/1==nD I ,汞滴质量为5mg ,c =0.00200 mol·L -1=2 mol·L -1(1) τ =3.00S, 35=m mg·s -1则5.1123)35(42.36/13/2=⨯⨯⨯=i µA(2) τ =4.00S, 45=m mg·s -1则7.1024)45(42.36/13/2=⨯⨯⨯=i µA(3) τ =5.00S, m =1mg·s -1则94.825142.36/13/2=⨯⨯⨯=i µA2.某金属离子作极谱分析因得两个电子而还原。
该金属离子浓度为0.0002mol·L -1,其平均扩散电流为12.0μA ,毛细管的m 2/3τ1/6值为1.60.计算该金属离子的扩散系数。
解:已知n=2, c =0.000200mol·L -1=0.200mmol·L -1, 0.12=i µA , 60.16/13/2=τmc m nD i 6/13/22/1605τ=于是4226/13/21060.9)200.060.126050.12()605(-⨯=⨯⨯⨯==τnm i D cm 2·s -13.作一种未知浓度的铅溶液的极谱图,其扩散电流为6.00μA 。
加入10mL 0.0020mol·L -1 Pb 2+溶液到50mL 上述溶液中去,再作出的极谱图其扩散电流为18μA ,计算未知溶液内铅的浓度。
解:⎪⎩⎪⎨⎧++==000V V c V c V k i kc i x x x x x 代入已知数据,得 ⎪⎩⎪⎨⎧+⨯+==105000200.010500.180.6x x c k kc 求得c x = 1.54×10-4mol·L -14.用未知浓度的铅溶液5.00mL 稀释到25.0mL 作极谱图,其扩散电流为0.40μA 。
另取这种铅溶液5.00mL 和10.0mL 的0.00100mol·L -1铅溶液相混合,混合液稀释到25.0mL ,再作极谱图。
此时波高为2.00μA 。
试计算未知溶液的浓度。
解:已知 c i ∝,于是5.200100.05500.2400.0+=x x c c ,求得c x = 5.00×10-4mol·L -1解:标准加入法,需扣除空白值i x =49.1-8.7=40.4μA, Δi =64.6-49.1=15.5μA 依题意,有 10100.255.154.404-⨯=x c )(b d a c d c b a --==则c x =2.608×10-4mol·L -1 即c x =2.606×10-4×114.8×103=29.9mg·L -16.在稀的水溶液中氧的扩散系数为2.6⨯10-5cm 2/s 。
一个0.01 mol·L -1 KNO 3溶液中氧的浓度为2.5⨯10-4 mol·L -1。
在E de =-1.50 V (vs SCE )处所得扩散电流为5.8μA , m 及τ依次为1.85 mg/s 及4.09 s ,问在此条件下氧还原成什么状态?解:扩散电流公式c m nD i 6/13/22/1605τ=,代入已知数据,得25.009.485.1)106.2(6058.56/13/22/15⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-n 494.3≈=n ,氧被还原为-2价.在所给条件下氧被还原为H 2O (O 2 + 2H 2O + 4e = 4OH -)7.在25℃时测定某一电极反应(Ox + n e = Red )得下列数据:E de (vs SCE)/V 平均扩散电流:i (/μA)-0.395 0.48-0.406 0.97-0.415 1.46-0.422 1.94-0.431 2.43-0.445 2.92平均极限扩散电流为3.24 μA ,求:(1)电极反应的电子数;(2)电极反应是否可逆;(3)假定氧化态和还原态的活度系数和扩散系数相等,氧化还原体系的标准电位(vs SCE)。
A i d μ24.3=因为i i i In nF RT E E d de -+=2/1或i i i E dde -∝lg其中2/12/102/1s a a s D f D f In nF RT E E += 采用最小二乘法,得到9992.0,lg 0291.0417.0=-+-=R i i i E d de(或9992.0,3.3431.14lg =⨯+=-R E i i i de d ) 则0.059/n =0.029, n=2.03≈2, 即电极反应的电子数为2.(2)从作图看到,E de 与i i i d -lg 具有良好的线性关系,是典型可逆极谱波的对数分析图,因此该电极反应是可逆的.(3)对数项为0时的电位即为半波电位,即E 1/2= –0.417V (vs SCE )因为氧化态和还原态的活度系数与扩散系数相等,标准电位等于半波电位,所以E 0= –0.417V(vs SCE)8.1.00×10-4 mol·L -1 Cd 2+在0.100 mol·L -1 KNO 3底液中,加入不同浓度的X 2-络合并进行极谱分析,实验数据如下:C X 2-/ mol·L -1 0.00 1.00×10-3 3.00×10-3 1.00×10-2 3.00×10-2E 1/2/V(vs SCE)-0.586-0.719-0.743-0.778-0.805 求此络离子可能的组成及其稳定常数。
x c c p K E lg 059.0)(2/1⨯-= 2,2059.000.300.2719.0778.0=⨯-=+-+-p p (直接代入两组数据计算)故Cd 2+与X 形成络合物的化学式为CuX 2.或求回归方程,得到(E 1/2)c =-0.0591lg c x -0.895, R 2=0.997(2) x c c Inc nF RT p InK nF RT E E ⨯-=-2/12/1)(代入数据,)3(2059.02lg 2059.0586.0719.0-⨯⨯-=+-c K计算得到K c =3.15×10-11, 则K 稳=3.22×10101/2c 1/2s x则309.0lg 2059.0-=-稳K , K 稳==2.95×10102,059.02059.0==⨯p p 故Cd 2+与X 形成络合物的化学式为CuX 2.8题再解:(1)对于不同浓度的络合剂,得到不同的半波电位移动值, 即得到式子:n p c E xc 059.0lg )(2/1⨯-=∆∆ 任意选择题中所列出的两组数据,代入上式,得:2059.01000.1lg 1000.3lg )719.0(743.033⨯-=⨯-⨯-----p p =1.71≈2也可另选两组数据进行验证,如:2059.01000.3lg 1000.1lg )743.0(778.033⨯-=⨯-⨯-----p p =2.26≈2故Cd 2+与X 形成络合物的化学式为CuX 2.(2)将p 及有关数据代入下式,可求得该络合物的稳定常数.x c c p K E E lg 2059.0lg 2059.0)(2/12/1⨯--=- 21000.1lg 2059.0lg 2059.0)586.0(778.0-⨯⨯--=---p K 059.02)192.0118.0(lg ⨯+=K K 稳=3.22×1010 9.在方波极谱中,若方波振幅为30mV ,频率为100Hz ,电解池线路的电阻为100Ω,,双电层电容为0.3μF 。
(1)刚加上方波电压瞬间产生的电容电流是多少?(2)在方波半周末时,电容电流为多少?解:ΔE =39mV , v =100Hz, R =100Ω, C =0.3µF(1)刚加上方波电压瞬间,t =0此时39.010039=Ω=∆=mV R E i c mA (2)在方波半周末时,τ =0.01S ,t =0.005s 时713500103.0100005.0106.139396--⨯⨯-⨯=⨯=⨯=-e e i c mA ,即近似为0.10.极谱分析与普通电解分析有哪些相同和不同之处?答:相同点:都是电解过程,需要外加电压才能进行.极谱分析是控制电极电位的电解分析过程. 不同点:(1) 所用电极不同极谱分析使用一个通常是面积很小的滴汞电极,另一个通常是面积很大的饱和甘汞电极,而一般电解分析都使用二个面积大的电极。
(2) 电解条件的特殊性极谱分析的溶液是静止的,以利产生浓差极化,且加入了大量的支持电解质,而电解分析是在搅拌的溶液中进行.(3)极谱分析是利用被测物质所产生的氧化还原电流的强度来进行定量.而电解分析是将被测离子还原为金属或氧化为金属氧化物,最后称重进行定量.(4)极谱分析是一种微量成份的分析方法,而电解分析是一种常量成份的分析方法.11.极限扩散电流主要受哪些因素的影响?在进行定量分析时,怎样消除这些影响?解:影响极限扩散电流的主要因素有下面几项:(1)滴汞电极毛细管特性的影响.汞的流速和汞滴滴下的时间都会影响扩散电流,即汞柱高度影响扩散电流.一般来说,汞柱高度每增加1cm,扩散电流大约增加2%.因此实验中应保持汞柱的高度不变.(2) 溶液组分的影响.扩散电流随扩散系数的增加而增加,而溶液的组份不同,其粘度也不同,并且粘度小,被测物质的扩散系数就越大.在分析中,试液和标准溶液组份力求一致.(3)温度的影响.从扩散电流方程式可知,扩散电流与扩散系数D有关,而D受温度的影响较大.在严格的条件下,一般使用恒温装置.在实际分析中,试液和标准溶液的温度相近,故可以不考虑温度的影响.12.什么叫底液?底液中的成分各起什么作用?答:为了消除干扰和控制溶液条件而加入的各种试剂的混合溶液称为极谱分析的“底液”。
底液一般是由下列几种类型的物质组成:①支持电解质(以消除迁移电流);②极大抑制剂(以消除极大);③除氧剂(以消除氧波);④其它有关试剂,如用以控制溶液酸度的试剂,改善波形的缓冲剂、络合剂等等。