第八章 电位法和永停滴定法
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第八章电位法和永停滴定法教学目的、要求:掌握电位法的基本原理。
熟悉各类电极的原理。
了解电化学分析法的分类。
掌握pH值的测定原理和方法及其他离子的测定原理和方法。
熟悉玻璃电极的原理及性能。
pH值的测定原理和方法及其他离子的测定原理和方法。
掌握电位滴定法的终点确定和永停滴定法的原理及终点确定方法。
熟悉各种类型的电位滴定。
了解滴定法所使用的仪器。
教学重点及难点:电位法的基本原理。
pH值的测定原理和方法及其他离子的测定原理和方法。
玻璃电极的原理及性能。
电位滴定法的终点确定和永停滴定法的原理及终点确定方法。
§9.1电化学分析概述一、电化学分析法:将试样溶液和适当的电极组成电化学电池,用专门的仪器测量电池的电化学参数——电压、电流、电阻、电量等。
根据电化学参数的强度或变化进行分析的方法,称电化学分析法。
二、分类:1.电位分析法:直接电位法;电位滴定法。
2.电解分析法:电重量法;库仑法;库仑滴定法。
3.电导分析法:直接电导法;电导滴定法。
4.伏安法:极谱法;溶出伏安法;电流滴定法。
三、特点:属于仪器分析法。
仪器设备简单、易于微型化、选择性高、分析速度快、灵敏度高等。
四、应用:电化学分析法历史悠久,起始于19世纪中期,随着科技的发展,各种电化学分析新技术不断出现,使电化学分析正向着微量分析、动态实时分析、无损分析、在线分析方向发展。
已广泛应用于医药、生物、环境、材料、化工等领域。
§9.2电位法的基本原理一、化学电池电位法是利用测量原电池的电动势来测定样品溶液中被测组分含量的电化学分析法。
1.原电池是由两个电极插入适当的电解质溶液中组成,由化学能转变成电能的装置,其电动势是正极的电位与负极的电位之差。
例如Daniell 电池2.双电层、相界电位、金属电极电位当金属插入具有该金属离子的溶液中,在金属与溶液两相界面上,由于带电质点的迁移形成了双电层,双电层间的电位差称为相界电位,即溶液中的金属电极电位。
第8章 电位分析法及永停滴定法题库参考答案1.计算下列电极的电极电位(25℃),并将其换算为相对于饱和甘汞电极的电位 值:(1) Ag | Ag + (0.001mol/L)]lg[059.0//++++=Ag Ag Ag Ag Ag θϕϕ)(623.0001.0lg 059.07995.0V =+= 相对于饱和甘汞电极的电位:241.0)()(//-=++SHE SCE Ag Ag Ag Ag ϕϕ)(382.0241.0623.0V =-= (2) Ag | AgCl (固) | Cl - (0.1mol/L)]Cl lg[059.0//--=Ag AgCl Ag AgCl θϕϕ)(281.01.0lg 059.02223.0V =-=相对于饱和甘汞电极的电位:241.0)()(//-=SHE SCE Ag AgCl Ag AgCl ϕϕ)(040.0241.0281.0V =-=(3) P t | Fe 3+ (0.01mol/L ) , Fe 2+ (0.001mol/L) ][][lg 059.023//2323+++=++++Fe Fe Fe Fe Fe Feθϕϕ)(830.0]001.0[]01.0[lg 059.0771.0V =+= 相对于饱和甘汞电极的电位: 241.0)()(2323//-=++++SHE SCE Fe Fe Fe Feϕϕ)(589.0241.0830.0V =-=2.计算下列电池25℃时的电动势,并判断银极的极性。
Cu | Cu 2+ (0.0100mol/L) || Cl - (0.0100mol/L) | AgCl (固) | Ag 解: ]Cl lg[059.0//--=Ag AgCl Ag AgCl θϕϕ)(340.00100.0lg 059.02223.0V =-= (或: ]Cl [lg059.0]A lg[059.0///-Kspg Ag Ag AgAgAg AgCl +=+=+++θθϕϕϕ )(339.00100.01056.1lg059.07995.010V =⨯+=-) ]lg[2059.02//22++=++Cu Cu Cu CuCuθϕϕ)(278.00100.0lg 2059.0337.0V =+=CuCuAg AgCl //2+〉ϕϕ 银电极为电池正极∴电池电动势 )(062.0278.0340.0E //2V CuCu Ag AgCl =-=-=+ϕϕ3.计算下列原电池的电动势Hg | HgY 2- (4.50×10-5 mol/L) , Y 4-(x mol/L) || SCEY 4-浓度分别为L mol /1033.31-⨯,L mol /1033.33-⨯,L mol /1033.35-⨯。
第八章 电位法和永停滴定法电位法和永停滴定法均属于应用电化学原理进行物质成分分析的电化学分析法,永停滴定法是根据滴定过程中双铂电极的电流的变化来确定化学计量点的电流滴定法。
电位法是通过测定原电池的电动势来测定有关离子活度的方法,包括直接电位法和电位滴定法。
它在化工环保、医药检验等领域中已广泛应用于在线分析,自动监测等方面,有着广阔的发展前景。
第一节 电位法基本原理一、化学电池化学电池是一种电化学反应器,它由两个电极插入适当的电解质溶液中组成。
化学电池分为电解池和原电池两类。
由电能转变为化学能的装置称为电解池(electrolytic cell);由化学能转变成电能的装置称为原电池(galvanic cell)。
本节主要讨论原电池 。
现以铜锌电池为例,说明原电池产生电流的原理,将Zn棒插入ZnSO4溶液(1mol/L)中,Cu 棒插入 CuSO4溶液(1mol/L)中,两溶液间用饱和KCl盐桥相联,两极用导线相连,并在导线中间接一个灵敏电流计,则电流计的指针发生偏转,见投影图。
两电极的电极反应(半电池反应)为:在正极 Cu2+ + 2e- Cu (还原反应)在负极 Zn - 2e Zn2+ (氧化反应)则电池反应为 Cu2+ + Zn Cu + Zn2+上述原电池可用下面简式表示:(-)Zn∣Zn2+(1mol/L)‖Cu2+(1mol/L)∣Cu(+)根据规定,右边的电极上进行还原反应为正极,左边电极上进行氧化反应为负极;凡是能产生电位差的相界面,都用单竖线表示,当两溶液通过盐桥连接,已消除液接电位时,用双竖线“‖”表示;电池中的溶液应注明浓(活)度,如有气体,则应注明温度、压力,若不注明,系指25℃及101325Pa,固体或纯液体的活度看作是1,气体或均相的电极反应,反应物本身不能直接作为电极,要用惰性材料,(如铂、金或碳等)作电极,以传导电流。
原电池电动势为右边的电极的电位减左边电极的电位,电动势为正值。
第八章 电位法和永停滴定法一、选择题1.Daniell 原电池中锌极是( )A 、还原反应B 、正极C 、氧化反应、负极D 、阴极2.玻璃电极膜电位产生的机理是( )A 、电子传导B 、离子交换和扩散C 、电流D 、电子扩散3.璃电极测量溶液pH 值时,采用的定量方法为( )A 、校正曲线法B 、直接比较法C 、一次加入法D 、增量法差4.下列关于玻璃电极叙述不正确的是( )A 、玻璃电极属于离子选择性电极B 、玻璃电极可测定任意溶液的pH 值C 、玻璃电极可用作指示电极D 、玻璃电极可用于测量混浊溶液的pH 值5.测定溶液pH 时,用标准缓冲溶液进行校正的主要目的是消除( )。
A 、不对称电位B 、液接电位C 、不对称电位和液接电位D 、温度6.在电位法中离子选择性电极的电位应与待测离子的浓度( )A 、成正比B 、对数成正比C 、符合扩散电流公式的关系D 、符合能斯特方程式7.pH 玻璃电极产生的不对称电位来源于( )A 、内外玻璃膜表面特性不同B 、内外溶液中H +浓度不同C 、内外溶液的H +活度系数不同D 、内外参比电极不一样8.玻璃电极使用前必须在水中浸泡,其主要目的是( )。
A 、清洗电极B 、活化电极C 、校正电极D 、清除吸附杂质9.理论上,pH 玻璃电极在1-14范围内,E 与pH 应成线性关系,实际上pH >9时测定电极电位比理论值高,则测得pH ( )A 、等于真实值B 、大于真实值C 、小于真实值D 、无规律10.在电位滴定中,以∆E /∆V -V(E 为电位,V 为滴定剂体积)作图绘制滴定曲线,滴定终点为( )A 、曲线的最大斜率点B 、曲线的最小斜率点C 、峰状曲线的最高点D 、∆E /∆V 为零时的点11.电位滴定中,以△2E/△V2~V作图绘制滴定曲线,滴定终点为( )A 、△2E/△V2为零的点B 、曲线的最大斜率点C 、曲线的最小斜率点D 、曲线的斜率为零时的点12.电位滴定法中用于确定终点最常用的二次微商法计算滴定终点时所需要的在滴定前后滴定液消耗的体积数和对应的电动势的数据记录最少不少于( )组.A 、2B 、3C 、4D 、513.以下的原电池经改进后可用于测定( )。
(-)Ag ∣AgN03溶液‖HCl 溶液,AgCl(s)∣Ag(+)A 、AgCl 的溶度积常数B 、Ag +的活度C 、Cl -的活度D 、A+B+C14.设溶液中有CN -共存时Fe 3+/Fe 2+的条件电位从0.77V 降低到0.36V ,由以下的标准电极电位判断( )离子和CN -的络合反应的生成物更为稳定。
A 、Fe 2+B 、Fe 3+C 、[Fe(CN)6]4- D 、不一定 15.用AgN03标准溶液电位滴定测定水中的微量氯时最常用的电极系统是( )。
A 、银电极一甘汞电极B 、双铂电极C 、氯电极一甘汞电极D 、玻璃电极一甘汞电极16.用NaOH 滴定草酸的滴定体系中应选用( )为指示电极。
A 、玻璃电极B 、甘汞电极C 、银电极D 、铂电极17.使用离子选择性电极,在标准溶液和样品溶液中加TISAB 的目的是(A 、提高测定结果的精密度B 、维持溶液具有相同的活度系数和副反应系数C 、增大响应线性范围D 、提高离子响应速度18.用离子选择电极以校正曲线法进行定量分析时,要求( )A 、试样溶液与标准系列溶液的离子强度一致B 、试样溶液与标准系列溶液的离子强度大于1C 、试样溶液与标准系列溶液中待测离子的活度一致D 、试样溶液与标准系列溶液中待测离子的离子强度一致19.离子选择性电极的电位选择性系数越大,表明( )A 、共存离子的干扰程度越大B 、共存离子的干扰程度越小C 、电极的线性响应范围越大D 、电极的线性响应范围越小20.下列关于氯离子选择性电极的电位说法正确的是( )。
A 、随溶液氯离子的浓度增高向正方向变化B 、随溶液氯离子的活度增高向正方向变化C 、随溶液氯离子的活度增高向负方向变化D 、与溶液氢氧根离子的浓度无关21.氟化镧晶体膜离子选择性电极膜电位的产生是由于( )。
A 、氟离子进入晶体膜表面的晶格缺陷形成双电层结构B 、氟离子在晶体膜表面氧化而传递电子C 、氟离子穿透晶体膜使膜内外氟离子产生浓度差形成双电层结构D 、氟离子在晶体膜表面进行离子交换和扩散形成双电层结构22.用氯化银晶体膜离子选择电极测定氯离子时如以饱和甘汞电极作为参比电极,应选用的盐桥为( )。
A 、KNO 3B 、KClC 、KBrD 、KI23.现需测定浓度为1×10-5mol /L Na +溶液时,要使测定的相对误差小于1%,则试液的pH应当控制在大于( )。
A 、3B 、5C 、7D 、924.玻璃膜钠离子选择性电极对钾离子的选择性系数为0.002,这说明电极对钠离子的敏感性为钾离子的( )倍。
'A 、0.002B 、500C 、2000D 、500025.用钙离子选择性电极直接电位法测定海水中的钙时,若Mg 2+的浓度为1.300 × 10-6g/mL ,Ca 2+的浓度为4.00 x 10-6g /mL ,钙电极对镁的选择性系数是0.014,则由于钙离子的干扰产生的相对误差为( )。
A 、1.4%B 、0.046C 、0.014D 、4.6%26.在含有Ag +、[Ag(NH 3)]+和[Ag(NH 3)2]+的溶液中,用银离子选择性电极采用直接电位法测得的活度是( )。
A 、Ag +B 、[Ag(NH 3)]+ C 、[Ag(NH 3)2]+ D 、Ag ++[Ag(NH 3)]++[Ag(NH 3)2]+ 27.已知Tl 3+离子选择性电极的选择性系数K T13+,K +=3.4x10-4,当溶液中加入K +使其浓度由10-5mol /L 增加 10-1 mol /L 时,电极电位的改变值是( )。
A 、0.0986VB 、0.29mVC 、-0.29 mVD 、0.0983V28.下列( )对永停滴定法的叙述是错误的。
A 、滴定曲线是电流一滴定剂体积的关系图B 、滴定装置使用双铂电极系统C 、滴定过程存在可逆电对产生的电解电流的变化D 、要求滴定剂和待测物至少有一个为氧化还原电对29.电位滴定法与永停滴定法的主要区别是( )A 、电极与溶液组成的电池类型不同B 、滴定过程中测定的电物理量不同C 、使用的电极不同D 、确定终点的方法不同30.下列( )不能用永停滴定法指示终点进行定量测定。
A 、用碘标准溶液测定硫代硫酸钠的含量B 、用基准碳酸钠标定盐酸溶液的浓度C 、用亚硝酸钠标准溶液测定磺胺类药物的含量D 、用Karl Fischer 法测定药物中的微量水分二、填空1.应用电化学原理进行物质成分分析的方法称为电化学分析。
电化学分析方法根据其方法原理,按测量的电信号性质可分为--------、--------、--------、---------。
2.盐桥的作用是-----------。
3.电位固定不变,不受溶液组成变化影响的电极称为参比电极。
常用的参比电极为------、-----------、------------。
4.玻璃电极转换系数S的表达式是----------------------。
5.在pH大于9的溶液中测定溶液pH值时,测定值---------于真实值,这一误差称作------------。
6.根据电极电位测量值确定待测物含量的分析方法。
若根据电极电位测量值直接求算待测物的含量称为---------------。
若应用滴定方法根据滴定过程电极电位的变化确定滴定终点求算待测物的含量称为--------------.7.永停滴定法中所用的电极是----------,测量的物理量是--------------。
8.电化学生物传感器根据敏感物不同,主要分为------------。
9.离子选择性电极测定某离子时,需用电磁搅拌溶液,其目的是--------------。
10.用离子选择性电极测定时,常需于标准系列溶液和试样中加入------------;用标准加入法定量分析时,加入的标准溶液体积要-----------------,浓度要-----------,其目的是-------------。
三、简答题1.使用玻璃电极测定溶液pH值前,为何用水充分浸泡?2.什么叫相界电位?什么叫液接电位?1.何谓指示电极和参比电极?它们在电位法中的作用是什么?2.什么是玻璃电极的碱误差和酸误差?如何减免?5.与使用指示剂指示终点比较,电位滴定法的优点和局限性是什么?6.用离子选择电极标准加入法定量分析应注意哪些问题?7.试述用氟离子选择电极测溶液中氟离子时,所用TISAB中各组分的作用。
四、计算题1.有下列电池Pt ∣UO22+(0.0150mol/L),U4+(0.200mol/L),H+(0.0300mol/L)‖Fe2+(0.0100mol /L),Fe3+(0.0250mol/L)︱Pt已知:ϕ°Fe3+=0.771V,ϕ°UO2+=0.334V。
(1)写出电池两个电极的反应,并指出哪个/Fe2+是正极?哪个是负极?(2)计算电池电动势,并说明是原电池还是电解池?2.根据下述电池HgY2-(0.005 OOmol/L),Y(0.0150mol/L)︱Hg(l)‖标准氢电极测定HgY2-的稳定常数K HgY。
(已知负极所在的溶液中含0.500mmol Hg2-,2.OOmmol EDTA(Y),另加入100mL pH=6.00缓冲液,测得的电动势为0.331V。
pH=6时,㏒αY(H)=4.65) 3.下述电池标准氢电极︱HCl溶液或NaOH溶液‖ SCE在HCl溶液中测得电动势为0.276V;在NaOH溶液中测得电动势为1.036V;在100mL HCl 及NaOH的混合溶液中,测得电动势为0.954V。
计算该lOOmL混合溶液中HCl及NaOH 溶液各有多少毫升?4.用下列电池按直接电位法测定草酸根离子浓度。
Ag︱AgCl(s)︱KCl(饱和)‖C2O42-(未知浓度)︱Ag2C204(s)︱Ag(1)导出pC204与电池电动势之间的关系式。
(Ksp, Ag2C204=2.95×10-11)(2)若将一未知浓度的草酸钠溶液加入此电解池,在25℃测得电池电动势为0.402V,Ag-AgCl电极为负极。
计算未知溶液的pC204。
5.已知25℃下列电池电动势为0.3674V。
Mg2+ 膜电极︱Mg2+(6.87×10-3mol/L)‖SCE求:(1)当用未知溶液代替上述已知Mg2+ 溶液时,测得电池电动势为O.4467V,此未知溶液的pMg为多大?(2)若溶液替代引起液接电位Ej的不稳定性为±lmV,Mg2+ 浓度测定产生的相对误差有多大?浓度波动范围为多少?6.下述电池中的溶液当pH=9.18时测得电动势为0.418V;若换另一个未知溶液测得电动势为0.312V,计算未知溶液的pH。