第四章 电解和库仑分析法
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第11章电解与库仑分析法【11-1】解释下列名词。
电解、理论分解电压、实际分解电压、析出电位、控制电流电解法、控制电位电解法、汞阴极电解法、死停终点法、电流效率。
答:电解:将电流通过电解质溶液或熔融态电解质,(又称电解液),在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程,电化学电池在外加直流电压时可发生电解过程。
理论分解电压:使被电解的物质在两个电极上产生迅速的、连续不断的电极反应时所需要的最小外加电压的最小外加电压。
实际分解电压:指使电解质在电极上分解生成电解产物所需施加的最小电压。
析出电位:物质在阴极上产生迅速的连续不断的电极反应而被还原析出时所需要的最正的阴极电位或在阳极上被氧化析出时的阴极电位;或在阳极上被氧化析出时所需要的最负阳极电位。
控制电流电解法:在恒定的电流条件下进行电解,通过称量电解前后电极上沉积的析出物的质量来进行定量分析。
控制电位电解法:控制工作电极(阴极或阳极)电位为一恒定值的条件下进行电解的分离分析方法。
汞阴极电解法:电解时以汞作阴极,铂为阳极的电解法。
死停终点法:指把两个相同的铂电极插入滴定溶液中,在两个电极之间外加一小电压,观察滴定过程中通过两个电极间的电流突变,根据电流的变化情况确定滴定终点。
电流效率:指电解时在电极上实际沉积或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比,通常用符号η表示。
【11-2】什么是电解分析和库仑分析?它们的共同点是什么?不同点是什么?答:电解分析是指在外加电压的作用下通过电极反应将试液中的待测组分转变为固相析出,称量析出物的重量以求得被测组分的含量。
库仑分析是指通过测量被测物质在100%电流效率下电解所消耗的电量来进行定量分析的方法。
共同点:测定的过程中不需要基准物质和标准溶液,且都基于电解反应。
不同点:电解分析采用称量电解后铂阴极的增量来定量的,电极不一定具有100%的电流效率;库仑分析用电解过程中消耗的电量来定量,要求电极反应必须单纯,用于测定的电极反应必须具有100%的电流效率,电量全部消耗在被测物质上。
1.简述仪器分析法的特点;答:1.仪器分析法灵敏度高;2.仪器分析法多数选择性较好;3.仪器分析法分析速度较快,利于批量样品分析;4.易于使分析工作自动化;5.相对误差较大;6.设备复杂、价格昂贵,对仪器工作环境要求较高;第二章电分析导论1.计算Cu2+ = 0.0001 mol/L时,铜电极的电极电位EθCu2+ /Cu=0.337V2.已知电极反应Ag++ e-=Ag的EθAg+ ,Ag为0.799V,电极反应Ag2C2O4+ 2e-=Ag + C2O42-的标准电极电位EθAg2C2O4,Ag为0.490V,求Ag2C2O4的溶度积常数;3. 已知电极反应Zn2++ 2e-=Zn的EθZn2+ ,Zn=-0.763V,ZnCN42-的稳定常数为5×1016;求电极反应ZnCN42-+ 2e-=Zn + 4 CN-的标准电极电位EθZnCN42-,Zn;答案:1.计算Cu2+ = 0.0001 mol/L时,铜电极的电极电位EθCu2+ /Cu=0.337V解:电极反应为:Cu2++ 2e-=Cu按照能斯特方程,铜电极的电位为:E Cu2+ /Cu = EθCu2+ /Cu+RT/nF lnαCu2+ /αCu金属的活度为常数,作为1,在非精度的情况下,可以认为αCu2+=Cu2+;则求得25℃时E Cu2+ /Cu = EθCu2+ /Cu +RT/nF lnCu2+=0.344+0.059/2 lg0.0001=0.226V2.已知电极反应Ag++ e-=Ag的EθAg+ ,Ag为0.799V,电极反应Ag2C2O4+ 2e-=Ag + C2O42-的标准电极电位EθAg2C2O4,Ag为0.490V,求Ag2C2O4的溶度积常数;解:根据能斯特方程:EθAg2C2O4,Ag= E Ag+,Ag=EθAg+,Ag + 0.059lgAg+= EθAg+,Ag + 0.059lgKsp/ C2O42-1/2已知EθAg2C2O4,Ag为0.490V,EθAg+ ,Ag为0.799V,令C2O42-=1得到0.490=0.799+0.059lgKsp/11/2lgKsp=-{0.309×2/0.059}=-10.475Ksp=3.4×10-113. 已知电极反应Zn2++ 2e-=Zn的EθZn2+ ,Zn=-0.763V,ZnCN42-的稳定常数为5×1016;求电极反应ZnCN42-+ 2e-=Zn + 4 CN-的标准电极电位EθZnCN42-,Zn;解:根据电极反应Zn2++ 2e-=Zn,在化学反应Zn2+ + 4 CN-=ZnCN42-建立平衡时,CN-和ZnCN42-均等于时的电极电位,即为EθZnCN42-,Zn;EθZnCN42-,Zn=EθZn2+,Zn= EθZn2+,Zn + 0.059/2lgZn2+已知K稳= ZnCN42- /Zn2+ CN-4=5×1016令ZnCN42- = CN-4=1 mol/L则Zn2+=1/K稳=1/5×1016=2×10-17 mol/L求得:EθZnCN42-,Zn=-0.763+0.059/2lg2×10-17=-0.763-0.493=-1.26V第三章电位分析一、选择题1用银离子选择电极作指示电极,电位滴定测定牛奶中氯离子含量时,如以饱和甘汞电极作为参比电极,双盐桥应选用的溶液为1KNO32KCl 3KBr 4K2.pH 玻璃电极产生的不对称电位来源于1 内外玻璃膜表面特性不同2 内外溶液中H+浓度不同3 内外溶液的H+活度系数不同4 内外参比电极不一样3. M1| M1n+|| M2m+| M2在上述电池的图解表示式中,规定左边的电极为1 正极2 参比电极3 阴极4 阳极4. 用离子选择电极标准加入法进行定量分析时,对加入标准溶液的要求为1 体积要大,其浓度要高 2 体积要小,其浓度要低3 体积要大,其浓度要低4 体积要小,其浓度要高5.离子选择电极的电位选择性系数可用于1 估计电极的检测限2 估计共存离子的干扰程度3 校正方法误差4 计算电极的响应斜率6. 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:1 KNO32 KCl3 KBr4 KI7. 中性载体电极与带电荷流动载体电极在形式及构造上完全相同;它们的液态载体都是可以自由移动的;它与被测离子结合以后,形成 1带电荷的化合物,能自由移动 2形成中性的化合物,故称中性载体 3带电荷的化合物,在有机相中不能自由移动4形成中性化合物,溶于有机相,能自由移动8.pH 玻璃电极产生酸误差的原因是1玻璃电极在强酸溶液中被腐蚀2H +度高,它占据了大量交换点位, pH 值偏低3H +与H 2O 形成H 3O +,结果H +降低, pH 增高4在强酸溶液中水分子活度减小,使H + 传递困难,pH 增高9. 玻璃膜钠离子选择电极对氢离子的电位选择性系数为 100,当钠电极用于测定1×10-5mol/L Na +时,要满足测定的相对误差小于 1%,则试液的 pH 应当控制在大于1 32 53 74 910.玻璃膜钠离子选择电极对钾离子的电位选择性系数为 0.002,这意味着电极对钠离子的敏感为钾离子的倍数是 1 0.002 倍 2 500 倍 3 2000 倍 4 5000 倍11. 钾离子选择电极的选择性系数为6pot Mg ,K 108.12-⨯=++K ,当用该电极测浓度为1.0×10-5mol/L K+,浓度为1.0×10-2mol/L Mg溶液时,由Mg引起的K+测定误差为1 0.00018%2 134%3 1.8%4 3.6%12.碘化银晶体膜电极在测定氰离子时,其电极电位1随试液中银离子浓度的增高向负方向变化2随试液中碘离子浓度的增高向正方向变化3随试液中氰离子浓度的增高向负方向变化4与试液中银离子浓度无关13.氨气敏电极的电极电位1随试液中NH4+ 或气体试样中NH3的增加而减小2与1相反3与试液酸度无关4表达式只适用于NH4+试液二、填空题1.正负离子都可以由扩散通过界面的电位称为______, 它没有_______性和______性, 而渗透膜, 只能让某种离子通过, 造成相界面上电荷分布不均, 产生双电层,形成______电位;2. 用氟离子选择电极的标准曲线法测定试液中F-浓度时, 对较复杂的试液需要加入____________试剂, 其目的有第一________;第二_________;第三___________;3. 用直读法测定试液的pH值, 其操作定义可用式_____________________来表示;用pH玻璃电极测定酸度时, 测定强酸溶液时, 测得的pH比实际数值_______, 这种现象称为________;测定强碱时, 测得的pH值比实际数值______, 这种现象称为__________;4. 由LaF3单晶片制成的氟离子选择电极, 晶体中________是电荷的传递者, ________是固定在膜相中不参与电荷的传递, 内参比电极是________________,内参比电极由_____________________组成;5. 在电化学分析方法中, 由于测量电池的参数不同而分成各种方法:测量电动势为______;测量电流随电压变化的是_____,其中若使用_______电极的则称为______; 测量电阻的方法称为__________;测量电量的方法称为_________;6 电位法测量常以____________________作为电池的电解质溶液, 浸入两个电极, 一个是指示电极, 另一个是参比电极, 在零电流条件下, 测量所组成的原电池______________;三、计算题1.用氟离子选择电极测定某一含F-的试样溶液50.0mL,测得其电位为86.5mV;加入5.00×10-2mol/L 氟标准溶液0.50mL 后测得其电位为68.0mV;已知该电极的实际斜率为 59.0mV/pF,试求试样溶液中F -的含量为多少mol/L2. 氟离子选择电极的内参比电极为Ag -AgCl,E θA g/AgCl =0.2223V;内参比溶液为0.10mol/LNaCl 和1.0×10-3mol/LNaF,计算它在1.0×-5mol/LF -,pH =7的试液中,25o C 时测量的电位值;10.0Pot OH ,F =--K3. 由 AgCl - Ag 2S 混晶膜制成的氯离子选择电极,已知其选择性系数pot ji,K 分别为:pot NO ,Cl 3--K = 1×10-5 pot SO ,Cl 24--K = 5×10-5 pot Br ,Cl --K = 3×102 pot I ,Cl --K = 2×106试回答在测定 Cl - = 1×10-4 mol/L 时,如果允许误差为 5%,若共存KNO 3或 K 2SO 4时,物质的最大容许浓度是多少四、问答题 共 4题 20分1. 用离子选择性电极测定离子活度时,若使用标准加入法,试用一种最简单方法求出电极响应的实际斜率;2. 根据1976年 UPUC 推荐,离子选择性电极可分为几类,并举例说明; 3 简述使用甘汞电极的注意事项;4 为什么测量一电池的电动势不能用一般的电压表 应用什么方法测量之答案:一、选择题1. 12. 13. 44. 45. 26. 17. 18. 49. 410 2 11. 3 12. 3 13. 1二、填空题 共 5题 25分1.扩散电位; 强制; 选择; Donnan;2. 总离子强度调节剂TISAB ;维持试样与标准试液有恒定的离子活度;使试液在离子选择电极适合的pH 范围内,避免H +或OH -干扰; 使被测离子释放成为可检测的游离离子; 3. 0592.0pH pH SX S X E E -+=; 偏高; 酸差; 偏低; 碱差或钠差;4. F -; La 3+; Ag|AgCl ; 0.1mol/LNaCl 和0.1mol/LNaF 溶液;5. 电位分析法; 伏安法;滴汞;极谱法; 电导分析法; 库仑分析法;6..待测试液;电动势;三、计算题 共 4题 20分1. 根据标准加入法公式:mol/L 1072.41101000.511040.590.65.864/F ---∆⨯=-⨯=-∆=-SE c c2 答:3.答1. 选用 KNO 3时 1×10-4×5KNO3= ─────── = 0.5 mol/L1×10-5×1002. 选用K2SO4时1×10-4×5K2SO4= ─────── = 0.01 mol/L5×10-5×100四、问答题共4题20分1.答使用标准加入法计算公式计算时必须知道该电极Nernst 响应的实际斜率S;不用作标准曲线,求算实际斜率的实验方法是,在完成试样的测定后,此时E = b + S lg f·c x,用空白溶液将试液稀释1 倍,此时E ' = b + S lg fc x/2,因此可按下试计算实际斜率:S = E - E '/lg22.根据1976年 UPAC推荐,通常离子选择电极可以分为两大类:1原电极2敏化离子选择电极,它们又可分为若干种;例如用单晶膜的氟离子选择电极属原电极;3. 答1. 使用前将橡皮帽及侧管口橡皮塞取下,管内应充满饱和KCl 溶液,且有少许KCl 晶体存在,并注意随时补充KCl 溶液;2. 不能将甘汞电极长时间浸在待测液中,以免渗出的KCl 污染待测溶液;3. 检查电极是否导通;4. 用完后洗净,塞好侧管口及橡皮帽,以防止KCl 溶液渗出管外,将甘汞电极浸泡在饱和KCl 溶液里;4.答电池的电动势是指电池没有电流通过时两端的端电压,当用一般的电压表来测量时,由于电池中有电流通过,而电池有内阻,这就产生电压降E - iR = U此时用电压表测得的仅仅是端电压U ;另外,由于电流通过电池,在电池两电极上发生电化学反应,产生极化现象,也将影响电动势的准确测量;所以不能用一般的电压表来测量电池的电动势,而应用电位差计,利用补偿法原理使i = 0 来测之;第四章电解和库仑分析一、选择题1.由库仑法生成的Br2来滴定Tl+, Tl++ Br2─→ Tl+ 2Br-到达终点时测得电流为10.00mA,时间为102.0s,溶液中生成的铊的质量是多少克A r Tl = 204.41 7.203×10-42 1.080×10-3 3 2.160×10-3_4 1.8082.用银电极电解1mol/L Br-、1mol/L CNS-、0.001mol/L Cl-,0.001mol/L IO3-和0.001 mol/LCrO42-的混合溶液,E AgBr/Ag = +0.071V , E AgCNS/Ag = +0.09V,EAgCl/Ag =+0.222V,E AgIO3/Ag = +0.361V, E Ag2CrO4/Ag = +0.446V,在银电极上最先析出的为1 AgBr2 AgCNS3 AgCl4 AgIO33. 电解分析的理论基础是1电解方程式2法拉第电解定律3Fick扩散定律41、2、3都是其基础4. 以镍电极为阴极电解NiSO4溶液, 阴极产物是1H22O23H2O 4Ni5.用Pt电极在含有盐酸肼NH2-NH2·HCl的氯化物溶液中电解Cu2+,阴极反应是12Cl-→Cl2↑+2e-2Pt+4Cl-→PtCl42-+2e-3Pt+6Cl-→PtCl62-+4e- 4 N2H5+──→ N2↑ +5H++4e-6. 微库仑滴定分析时,加入大量去极剂是为了1 增加溶液导电性2 抑制副反应,提高电流效率3 控制反应速度4 促进电极反应7.在恒电流库仑滴定中采用大于45V 的高压直流电源是为了1 克服过电位2 保证100% 的电流效率3 保持电流恒定4 保持工作电极电位恒定8. 在控制电位电解法中,被测物电解沉积的分数与1电极面积A,试液体积V,搅拌速度v,被测物质扩散系数D和电解时间t 有关2A,V, ,D,t有关,还有被测物初始浓度c0有关3与A,V, ,D,t有关,而与c0无关4与A,V, ,D,t及c0无关9.高沸点有机溶剂中微量水分的测定,最适采用的方法是1直接电位法2电位滴定法3电导分析法4库仑分析法10 库仑分析与一般滴定分析相比1需要标准物进行滴定剂的校准2很难使用不稳定的滴定剂3测量精度相近4不需要制备标准溶液,不稳定试剂可以就地产生11.在库仑分析中,为了提高测定的选择性,一般都是采用1 大的工作电极2 大的电流3 控制电位4 控制时间12. 用2.00A 的电流,电解CuSO4的酸性溶液,计算沉积400mg 铜,需要多少秒A r Cu = 63.541 22.42 59.03 304 4 60713.微库仑分析与库仑滴定相比,前者主要特点是1也是利用电生滴定剂来滴定被测物质2也是利用电生滴定剂来滴定被测物质,而且在恒流情况下工作3也是利用电生滴定剂来滴定被测物质,不同之处是电流不是恒定的4也是利用电生滴定剂来滴定被测物质,具有一对工作电极和一对指示电极二、填空题1. 在测定S2O32-浓度的库仑滴定中, 滴定剂是_________. 实验中, 将_________ 极在套管中保护起来, 其原因是____________________________, 在套管中应加足_______________溶液, 其作用是_______________________.2. 用于库仑滴定指示终点的方法有______________,____________,_______________,______________;其中, ____________方法的灵敏度最高;3. 在库仑分析中, 为了达到电流的效率为100%, 在恒电位方法中采用_______________在恒电流方法中采用________________;4. 控制阴极电位电解的电流--时间曲线按_____________衰减,电解完成时电流______________________;5. 电解某物质的外加电压通常包括_____________, _______________和________;6. 随着电解的进行,阴极电位将不断变________ ,阳极电位将不断变_______ ,要使电流保持恒定值,必须_________ 外加电压;7. 法拉第电解定律是库仑分析法的理论基础;它表明物质在电极上析出的质量与通过电解池的电量之间的关系;其数学表达式为_____________ ;8.微库仑分析法与库仑滴定法相似, 也是利用________滴定剂来滴定被测物质, 不同之处是微库仑分析输入电流_______________, 而是随_____________自动调节, 这种分析过程的特点又使它被称为_________库仑分析;9. 恒电流库仑分析, 滴定剂由_______________________, 与被测物质发生反应, 终点由___________________来确定, 故它又称为______________________________;三、计算题1. 将9.14mg纯苦味酸试样溶解在0.1mol/L盐酸中, 用控制电位库仑法-0.65V, vs SCE测定, 通过电量为65.7C, 计算此还原反应中电子数n, 并写出电池半反应. 苦味酸摩尔质量=229g/mol2.用控制电位库仑法测定溴离子,在100mL 酸性试液中进行电解,Br-在铂阳极上氧化为Br2;当电解电流降低至最低值时,测得所消耗的电量为105.5C,试计算试液中Br-的浓度;3. 沉积在10.0cm2试片表面的铬用酸溶解后,用过硫酸铵氧化至+6价态:2S2O82-+2Cr3++7H2O Cr2O72-+14H+ +6SO42-煮沸,除去过量的过硫酸盐,冷却,然后用50mL 0.10mol/L Cu2+发生的CuⅠ进行库仑滴定,计算当滴定用32.5mA电流,通过7min33s到达终点时,每平方厘米试片上所沉积的铬的质量Cr的相对原子质量为52.00;4.库仑滴定法常用来测定油样中的溴价100克油样与溴反应所消耗的溴的克数,现称取1.00g的食用油,溶解在氯仿中,使其体积为100mL,准确移取1.00mL 于含有CuBr2电解液的库仑池中,通入强度为50.00mA的电流30.0s,数分钟后反应完全;过量Br2用电生的CuⅠ测定,使用强度为50.00mA的电流;经12.0 s到达终点;试计算该油的溴价为多少溴的相对原子质量为79.90四、问答题1.试比较微库仑分析法与库仑滴定法的主要异同点;2.简述用库仑滴定法测定化学需氧量COD原理和计算COD的表达式;3. 库仑分析要求100%的电流效率,请问在恒电位和恒电流两种方法中采用的措施是否相同,是如何进行的4. 应用库仑分析法进行定量分析的关键问题是什么一、选择题1. 22. 43. 44. 45. 46. 27. 38. 39. 4 10. 4 11. 3 12. 4 13. 3二、填空题1.I2, 阴极, 防止试液酸度改变, KI, 起导电作用.2. 化学指示剂法、电位法、光度法、永停终点法;永停终点法;3. 恒定电位;加入辅助电解质;4. 指数函数;趋近于零;5.理论分解电压、超电压和溶液的电压降;6.负;正;不断增大;7. m = M/nF ×it8. 电生;不是恒定的;被测物质的量;动态;9. 电极反应产生;化学指示剂或电化学方法;库仑滴定法;三、计算题1. 答n=172答2Br- = Br2 + 2e-则析出B的浓度:Q×1000c Br-= ──── = 1.09×10-2 mol/LF×1003..答:4. 解:四、问答题1.相同点:原理上相似,都是利用电解产生的滴定剂来测定被测物质;不同点:微库仑分析法输入的电流不是恒定的,而是随被测物质含量的大小自动调节⎰=t t iQd而库仑滴定法输入的电流是恒定的,Q=it;2.化学需氧量COD是评价水质污染的重要指标之一;它是指在1升水中可被氧化的物质有机物或其它可还原性物质氧化所需要的氧量;在硫酸介质中,以K2Cr2O7为氧化剂,将水样回流10 多分钟,通过Pt阴极电解产生的Fe2+与剩余的K2Cr2O7作用,由消耗的电量计算COD值;其中t0为电解产生Fe2+标定K2Cr2O7所需的电解时间,t1为测定剩余的K2Cr2O7浓度所需时间,V为水样体积;3. 恒电位法是恒定电位,但电量的测量要求使用库仑计或电积分仪等装置;恒电流法是通入恒定的电流,采用加入辅助电解质,产生滴定剂的方法,电量的计算采用i×t,但要求有准确确定终点的方法;4. 1. 保证电极反应的电流效率是 100% 地为欲测离子所利用或者说电极上只有主反应,不发生副反应;2. 能准确地测量出电解过程中的电量;3. 能准确地指示电解过程的结束;第五章 伏安与极谱分析一、选择题.1.在下列极谱分析操作中哪一项是错误的1通N 2除溶液中的溶解氧2加入表面活性剂消除极谱极大3恒温消除由于温度变化产生的影响4在搅拌下进行减小浓差极化的影响2交流极谱的灵敏度为 10-5 mol/L 左右,和经典极谱法相当,其灵敏度不高的主要原因是 1 在电解过程中没有加直流电压2 采用了快速加电压方式,有较大的充电电流3 迁移电流太大4 电极反应跟不上电压变化速度3..对ed x R e O ⇔+-n 可逆电极反应, 下列哪种说法是正确的1 E 1/2=O x /R ed2 E 1/2与条件电位完全相等3 O x的阴极波的半波电位与R ed的阳极波的半波电位相等4 阴极波和阳极波的半波电位不等4.经典的直流极谱中的充电电流是1其大小与滴汞电位无关2其大小与被测离子的浓度有关3其大小主要与支持电解质的浓度有关4其大小与滴汞的电位, 滴汞的大小有关5.极谱分析时在溶液中加入表面活性物质是为了消除下列哪种干扰电流1 极谱极大电流2 迁移电流3 残余电流4 残留氧的还原电流6. 极谱扣除底电流后得到的电流包含1残余电流2扩散电流3电容电流4迁移电流7. 在电化学分析中溶液不能进行搅拌的方法是1电解分析法2库仑分析法3极谱分析法4离子选择电极电位分析法8 在酸性底液中不能用于清除溶解氧的方法是1通入氮气2通入氢气3加入Na2CO34加入Na2SO39..在极谱分析方法中较好消除了充电电流的方法是1 经典极谱法2 方波极谱法3 交流极谱法4 单扫描极谱法10.在极谱分析中与被分析物质浓度呈正比例的电流是1极限扩散电流2迁移电流3残余电流4极限电流11. 在任何溶液中都能除氧的物质是1 N2 2 CO23 Na2SO34 还原铁粉12.某未知液10.0mL 中锌的波高为4.0cm,将0.50mL 1×10-3mol/L 的锌标准溶液加到该未知液中去,混合液中锌的波高增至9.0cm,未知液中锌的浓度是多少mol/L1 1.34×10-42 2×10-43 3.67×10-4 4 4×10-413 交流极谱与经典极谱相比1交流极谱的充电电流大, 但分辨率高2交流极谱的充电电流大, 分辨率也差3交流极谱的充电电流小, 分辨率也差4交流极谱的充电电流小, 分辨率高二、填空题1.在极谱分析中滴汞电极称______,又称______,饱和甘汞电极称为_______,又称______.2.充电电流的大小,相当于浓度为__________的物质所产生的扩散电流,其电性符号为_______,它限制了普通直流极谱的灵敏度;新的极谱技术, 如___________、__________就是克服了它的影响;3 可逆波, 电极反应速度__________, 极谱波上任何一点的电流都是受__________所控制;不可逆波, 电极反应速度__________只有达到____________电流时才受扩散控制;4.金属离子M与配体L-发生如下的配位、扩散、解离、电极上还原等一系列过程,从而产生一极谱还原波:M n+ +p L-=ML p───→ ML p配位扩散↓M n+ + n e-─→ MHg+ 还原p L-试回答:1 受________ 控制时该极谱波是可逆波2 受________ 控制时该极谱波是不可逆波3 受________ 控制时该极谱波是动力波;5. 在经典极谱法中, 极谱图上会出现电流峰, 这个现象在极谱中称为_________________,它是由于滴汞表面的__________________不均, 致使表面运动导致电极表面溶液产生______, 使还原物质增多;此干扰电流可加入______________消除;6.极谱分析的创始人是______________________________.三、计算题1. 在一底液中测得1.25×10-3mol/L Zn2+的扩散电流为7.12 A,毛细管特性t=3.47s,m=1.42mg·s-1;试计算Zn2+在该试液中的扩散系数;2. 试证明半波电位是极谱波方程E =E1/2 + RT/z ln i d-i/I所代表曲线的转折点;3.用极谱法测定未知铅溶液;取25.00mL的未知试液,测得扩散电流为1.86 A;然后在同样实验条件下,加入2.12×10-3mol/L的铅标准溶液5.00mL,测得其混合液的扩散电流为5.27 A;试计算未知铅溶液的浓度;4. 25℃时氧在水溶液中的扩散系数为2.65×10-5cm2/s, 使用一个m2/3 t1/6=1.85mg2/3 s-1/2的直流极谱仪测定天然水样, 第一个氧波的扩散电流为2.3μA, 请计算水中溶解氧的浓度;四、问答题1. 何谓迁移电流怎样消除2.溶出伏安法分哪几种,为什么它的灵敏度高3. 在0.1 mol/L KNO3电解质中,Cd2+的极谱还原波是可逆的,试回答:1 若无KNO3存在时,测得的极谱还原电流会有何变化为什么2 若将汞柱高度降低,测得的极谱还原电流会有何变化为什么3 若温度提高后,测得的极谱还原电流会有何变化4. 发射光谱用内标原理进行定量分析;极谱分析有时也可用内标法进行定量分析;参考发射光谱内标选择条件指出极谱分析用内标分析时内标的选择条件;答案一、选择题1. 42. 23. 34. 45. 16. 27. 38. 49. 2 10 1 11. 1 12. 3 13. 1二、填空题1.工作电极极化电极参比电极去极化电极2.10-5mol/L 正或负方波极谱脉冲极谱3. 很快扩散速度较慢极限扩散4.. 扩散作用;电极反应;化学离解反应;5. 极谱极大表面张力切向运动表面活性物质6. J. Heyrovsky三、计算题1.解由尤考维奇方程:2 解E = E1/2 + RT/zF ln i d-i/Id E RT i d RT 1 1微分:── = - ── ──── = - ─── ─ + ───d i zF ii d-i zF i i d-id2E RT i d i d-2i─── = ── ·───────d i2zF i2i d-i2d2E当─── = 0 的条件是i d - 2i= 0 i = i d/2d i2i = i d/2 时正是极谱波的半波电位处,而 1/2就是极谱波的转折点;3.解:4.解2.3=607×2×2.65×10-51/2×1.85×cc=0.20mmol/L四、问答题1.答由于电解池的正极和负极对被测定离子存在着静电引力,使电解电流增加的那部分电流称为迁移电流,也称非法拉第电流;加入足够浓度的支持电解质,就可以消除迁移电流;2. 溶出伏安法根据工作电极发生氧化反应还是还原反应,可以分为阳极溶出伏安法和阴溶出伏安法两种;溶出伏安法灵敏度比相应的极谱法灵敏度高,主要是溶出伏安法是分两步进行的,因为第一步进行了被测物质的富集,第二步很快地溶出,因为i富t富≈i溶t溶,而t富>>t溶, 则i溶>>i富所以它的灵敏度高;3.答1 在无KNO3存在时测得的该金属离子的极谱还原电流比有KNO3存在时要大;因为无KNO3存在时除扩散电流外还加上电迁移电流;2 Cd2+的极谱还原电流亦下降;因为i d∝h Hg1/2 ;3 Cd2+的极谱还原电流增大;可逆波的温度系数为1.7% /℃,即温度每提高1度,可逆波极谱电流增加约1.7% ;4.若用内标法进行极谱分析时,内标离子应满足以下条件:1两者半波电位不宜相差太大,以相差200毫伏为宜2两者电极反应电子数相等3两者在溶液中的扩散系数相近第六章色谱法原理一、选择题1.反映色谱柱柱型特性的参数是:A.分配系数B.分配比C.相比.D.保留值2.对某一组分来说,在一定的柱长下,色谱峰的宽或窄主要决定于组分在色谱柱中的:A.保留值B.扩散速度C.分配比D.理论塔板数3.载体填充的均匀程度主要影响A.涡流扩散B分子扩散 C.气象传质阻力 D.液相传质阻力4.指出下列哪些参数改变会引起相对保留值的增加A.柱长增加B.相比率增加C.降低柱温.D.流动相速度降低5. 在色谱分析中,柱长从1m 增加到4m ,其它条件不变,则分离度增加1 4 倍2 1 倍3 2 倍4 10 倍6. 相对响应值s'或校正因子f'与下列哪个因素无关1基准物2检测器类型3被测试样4载气流速7..试指出下述说法中, 哪一种是错误的1 根据色谱峰的保留时间可以进行定性分析2 根据色谱峰的面积可以进行定量分析3 色谱图上峰的个数一定等于试样中的组分数4 色谱峰的区域宽度体现了组分在柱中的运动情况8.以电子积分仪的积分方法计算色谱峰的峰面积,适用于何种类型的色谱峰1呈高斯分布的色谱峰2不对称的色谱峰3同系物的色谱峰4所有的色谱峰二、问答题色谱图上的色谱峰流出曲线可以说明什么问题三、计算题1.在5%DNP柱上,分离苯系物,测得苯、甲苯的保留值时间为2.5和5.5min,死时间为1min,问:1甲苯停留在固定相中的时间是苯的几倍2甲苯的分配系数是苯的几倍2.已知某色谱柱的理论塔板数为3600,组分A与B在该柱上的保留时间为27mm和30mm,求两峰的底宽和分离度;答案一、选择题1. 32.23.14.35.16.47. 38.4二、问答题解答:可以说明1根据色谱峰的数目,可判断样品中所含组分的最少个数;2根据峰的保留值进行定性分析3根据峰的面积或高度进行定量分析;4根据峰的保留值和区域宽度,判断色谱柱的分离效能;5根据峰间的距离,可评价固定相及流动相是否合适;三、计算题1. 解:1tR1甲苯/ tR1苯=5.5-1/2.5-1=4.5/1.5=3倍2K甲苯/K苯= tR1甲苯/ tR1苯=4.5/1.5=3倍2. 解:∵n=16t R/Y2∴ Y=tR/n/161/2Y1=27/3600/161/2=27/15=1.8mmY2=30/3600/161/2=30/15=2.0mmRs=2t R2-t R1/Y1+Y2=230-27/1.8+2.0=1.6第七章气相色谱法一、选择题1.在气相色谱分析中, 用于定性分析的参数是1保留值2峰面积3分离度4半峰宽2在气相色谱分析中, 用于定量分析的参数是1保留时间2保留体积3半峰宽4峰面积3. 良好的气-液色谱固定液为1蒸气压低、稳定性好2化学性质稳定3溶解度大, 对相邻两组分有一定的分离能力 4 1、2和34. 使用热导池检测器时, 应选用下列哪种气体作载气, 其效果最好1H22He 3Ar 4N25. 试指出下列说法中, 哪一个不正确气相色谱法常用的载气是1 氢气2 氮气3 氧气4 氦气6. 色谱体系的最小检测量是指恰能产生与噪声相鉴别的信号时1进入单独一个检测器的最小物质量2进入色谱柱的最小物质量3组分在气相中的最小物质量4组分在液相中的最小物质量7. 在气-液色谱分析中, 良好的载体为1粒度适宜、均匀, 表面积大2表面没有吸附中心和催化中心3化学惰性、热稳定性好, 有一定的机械强度 4 1、2和38.. 热导池检测器是一种1浓度型检测器2质量型检测器3只对含碳、氢的有机化合物有响应的检测器4只对含硫、磷化合物有响应的检测器9. 使用氢火焰离子化检测器, 选用下列哪种气体作载气最合适1H22He 3Ar 4N2二、填空题。
第四章电解和库仑分析法[教学要求]1.了解电解分析法和库仑分析法的基本原理、基本仪器装置和各种方法的特点及应用。
2.掌握分解电压、析出电位、极化现象和过电位等基本概念。
3 掌握法拉弟电解定律,恒电流库仑滴定。
[教学重点]1.电解分析法与库仑分析法基本原理及定量方法。
2. 电解时离子的析出次序及完全程度的计算过程。
[教学难点]死停终点法。
[教学时数] 7 学时[教学方法] 采用多媒体课件讲授,并结合实验进行辅助教学。
[教学内容]电解分析法:是将被测溶液置于电解装置中进行电解,使被测离子在电极上以金属或其它形式析出,由电解所增加的重量求算出其含量的方法。
这种方法实质上是重量分析法,因而又称为电重量分析法。
另外电解分析用于物质的分离,则叫电解分离法。
库仑分析法:是在电解分析法的基础上发展起来的一种分析方法。
它不是通过称量电解析出物的重量,而是通过测量被测物质在100%电流效率下电解所消耗的电量来进行定量分析的方法。
共同点:分析时不需要基准物质和标准溶液,是一种绝对的分析方法,并且准确度高。
不同点:电重量法只能用来测量高含量物质,而库仑分析法特别适用于微量、痕量成分的测定。
本章讨论的方法遵守Faraday电解定律。
采用大面积电极,即A/V比值大,电解期间尽可能减小或消除浓差极化现象,使溶液中被测物质的浓度发生很大的变化或趋于零。
按实验所控制的参数(E或i)不同,本章的方法可分为控制电位法和控制电流法。
控制电位法是控制电极电位在某一恒定值,使电位有一定差值的几种离子能够分别进行测定,因而选择性较高,但分析时间较长;控制电流法是控制通过电解池的电流,一般为2~5A,电解速度较快,分析时间较短,但选择性较差,需要有适当的指示电解完全或电流效率100%的方法。
第一节电解分析法电解过程电流与电压的关系、分解电压与析出电位、过电压与过电位、电解时离子的析出次序及完全程度。
一、电解分析的基本原理(一) 电解过程中电流和电压的关系当外加电压很小时,有一个逐渐增加的微小电流通过电解池,这个微小电流称为残余电流(主要由电解液中杂质的电解产生)。
当外加电压增大到某一数值时,电流迅速增大,并随着电压的增大直线上升,这时电解池内发生了明显的电极反应:2+ + 2e- = Cu阴极反应Cu阳极反应2H2O = O2+ 4H++ 4e-(二) 分解电压和析出电位由阳极(用螺旋状Pt 并旋转,使生成的气体尽量扩散出来),阴极(用网状Pt ,大的表面)和电解液。
(以电解CuSO 4为例子) 1.什么叫残余电流?当外加电压很小时,有一个逐渐增加的微小电流通过电解池,这个微小电流称为残余电流(主要由电解液中杂质的电解产生)。
2.什么是分解电压?使被电解物质在两电极上产生迅速的、连续的电极反应所需要的最小外加电压。
通常将两电极上产生迅速的连续不断的电极反应所需的最小电压称为理论分解电压 (U d ).3..什么是反电动势?电解时产生了一个极性与电解池相反的原电池,其电动势称为“反电动势”(E 反)。
因比,要使电解顺利进行,首先要克服这个反电动势。
理论分解电压 U d 为 U d =E 反=φ正-φ负4、实际分解电压:电解反应按一定速度进行所需的实际电压称为实际分解电压(U )。
由于电池回路的电压降和阴、阳极的极化所产生的超电位,使得实际上的分解电压 要比理论分解电压大:U=U d +iR= -E+iR5.什么是析出电位?物质在电极上析出时所需的电位(阴极上还原时所需的最正阴极电位;阳极上氧化时所需的最负阳极电位),为理论电极电位与过电位之和。
理论上讲,析出电位应等于其相应的理论电极电位,可用能斯特方程算出,但过电位不能计算,只能实测。
分解电压是对电解电池而言的;析出电位是对电极而言的。
以0.2 mol ·L -1H 2SO 4 -0.1 mol ·L -1CuSO 4的电解为例:阴极反应:Cu 2++2e = Cu阴极电位:ϕc =ϕθ+0.059/2lg[Cu 2+]= 0.337+0.059/2lg0.1= 0.308V阳极反应:1/2O 2 + 2H + +2e = H 2O 阳极电位:ϕa = ϕθ+0.059/2lg{P O21/2[H +]2} = 1.23+0.059/2lg(11/2⨯0.22)= 1.189V 电池电动势:E=-E=ϕa -ϕc=1.189-0.308= 0.881V 因此, 理论分解电压值=电池电动势值= 0.881V电解0.1mol ·L -1CuSO 4溶液时,需要外加电压 U=1.65V ,而不是U d =0.881V 。
多加的0.769V,就是用于克服iR 电位降和由于极化产生的阳极反应和阴极反应的过电位。
6.极化现象及过电位当电流流过电池时,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。
(1)极化与过电位浓差极化-物质的迁移速度跟不上电解需要的物质时(电极上有净电流流过时) ,使实际电位偏离理论电位的现象。
电化学极化-由于电极反应迟缓(电极上聚集了一定的电荷),而使实际电位偏离理论电位的现象。
由于极化现象,阳极析出电位比平衡电位正;阴极析出电位比平衡电位负。
设Pt 阴极面积流密度为100cm 2, 电流为0.1A ,O 2在Pt 阴极上的超电位为0.72V ,阴极无过电位,电解池内阻为0.5Ω,即电池电压降约为0.05V 实际分解电压:U=(ϕc +ηc ) -(ϕa -ηa)+iR =[(1.189+0.72)-(0.308-0)+0.1⨯0.5]=1.65V故实际其外加电压为 1.65V 时,电解才能开始。
(2)去极化方法①减小电流、②增加温度、 ③搅拌溶液、④增大电极面积等,可减小浓差极化和电化学极化;⑤加入去极化剂-稳定电位、消除过电位、排除干扰;例如:为防止氢在阴极析出,加入硝酸根(氧化剂);为阴极去极化剂。
为防止氯在阳极析出,加入羟胺(还原剂);为阳极去极化剂。
NH 2OH=N 2O+4H ++H 2O+4e二、电解分析方法和应用电解分析方法有哪几种?控制电流电解法(基本装置、阴极电位随时间的变化曲线)、控制电位电解法(基本装置、阴极电位的选择、电流-时间曲线、特点及应用)、汞阴极电解分离法。
d U U iR iR ηηηϕϕηϕϕηϕηϕηϕϕηη=阳阴电池阳平(阳)析(阳)平(阴)阴析(阴)阳平(阳)平(阴)阴d 阳外平(阳)平(阴)阴=-=+=+=(+)-(+)=U +(-)+(-)+3421083NO OH e NH H O--+++⇔+(一)、控制电流电解法(Constant current electrolysis)在恒定的电流条件下进行电解,然后直接称量沉积于电极上的物质的量的分析方法。
1.过程:控制电解电流保持不变,随着电解的进行,外加电压不断增加,因此电解速度很快。
特点:电解速度快,但选择性差。
工作电极为什么要做成网状?其好处是什么?去极剂:加入阴极或阳极去极剂可以克服选择性差的问题。
如在电解Cu 2+ 时,为防止 Pb2+ 同时析出,可加入 NO 3-作阴极去极剂。
此时 NO 3- 可先于Pb 2+ 析出。
当被电解物浓度降低时,适度增加外加电压,以保持电流不变;当被电解物的浓度降低到不能达到电解电流,并出现增加电压突变而停止;随后称量电极上析出物质的质量以确定物质含量的电化学分析法,又称恒电流电重量分析法。
2.阴极电位随时间变化曲线随着电解的进行,阴极表面附近M n+浓度不断降低,为了维持电解电流恒定,就必须增大外加电压,使阴极电位更负。
这样由于静电引力作用使M n+以足够快的速度迁移到阴极表面,并继续发生电极反应以维持电解电流恒定, M n+继续在阴极上还原析出,直到电解完全.3.特点及其应用范围(1)电流的控制(0.5-5A )(2)应用分析速度快,准确度高,但选择性低,用于分离氢前后的金属。
(二)、控制电位电解分析1.什么是控制电位电解法?控制工作电极(阴极或阳极)电位为恒定值的电解分析。
控制电位电解分析与恒电流电解法不同之处,在于具有测量工作电极电位的装置,电解电流通过工作电极和辅助电极而不通过参比电极。
在控制电位下,可选择性的还原物质,开始时,物质浓度较大,电解电流也较大;随着浓度的降低,电解电流减小;直到电解电流为零时停止。
2、控制阴极电位电解分析当试样中存在两种以上离子时,随着电解反应的进行,离子浓度将逐渐下降,电池电流也逐渐减小,此时通过外加电压方式达不到好的分别电解的效果。
即第二种离子亦可能被还原,从而干扰测定。
因此,常以控制阴极电位的方式进行电解分析。
将工作电极(阴极)和参比电极放入电解池中,控制工作电极电位(或控制工作电极与参比电极间的电压)不变。
开始时,电解速度快,随着电解的进行,浓度变小,电极反应速率↓,当i=0时,电解完成。
控制电位电解法的原理是什么?金属离子的电极电位不同,它们在电极上析出的顺序有先后,因此,通过控制电 极电位的大小,就可以逐个测定金属离子。
金属离子的电极电位相差多大的时候才能进行分离测定呢? 3421083NO OH e NH H O--+++⇔+一般说来,一价离子相差0.3V ;二价离子相差0.15V ;三价离子相差0.1V 可以分离。
3.电流—时间曲线电流随时间增长而不断减小,由于残余电流的存在,电流最后达到恒定的背景电流值 。
电流效率为100%时,电流和时间的关系为:i t =i 0· 10-kt浓度和时间的关系:c t =c 0· 10-kt k 为常数,它与电极表面积、溶液体积、搅拌速度以及电极反应类别等因素有关。
4. 特点及应用(1)选择性高(2)既可作定量测定,又可以广泛地用作分离技术,常用于多种金属离子共存情况下某一离子含量的测定。
Ag (与Cu 分离),Cu (与Bi ,Pb ,Ag ,Ni 等分离),Bi (与Pb ,Sn ,Sb 等分离),Cd (与Zn 分离)等。
例:在Pt 电极上电解0.1mol ·L -1 H 2SO 4中的0.01 mol ·L -1Ag +, 1mol ·L -1 Cu 2+。
已知铜的标准电极电位为0.337V ,银的标准电极电位为0.779V 。
问:1)首先在阴极上析出的是铜还是银?2)电解时两者能否完全分离?解:1)首先求出两者的析出电位:它们的析出电位等于它们的平衡电位加上超电位。
由于超电位很小,可忽略不记,因此:银的析出电位更正,银先析出。
2)电解时两者能否完全分离?Ag +完全析出时的外加电压在电解过程中,随着Ag +的析出,其浓度逐渐降低。
当其浓度降为10-6mol/L 时,可认为已202/0059lg[]20.0590337lg120.337Cu Cu Cu Cu ϕϕ++⋅=+=⋅+=析还比铜的析出电位正,所以可以通过电解将两者分离。