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電位分析法的定義、分類和特點(diǎn)

更新時(shí)間:2017-12-06點(diǎn)擊次數(shù):5825

定義:利用測得電極電位與被測物質(zhì)離子濃度的關(guān)系求得被測物質(zhì)含量的方法叫電位分析法。

分類:

直接電位法――利用的指示電極――離子選擇性電極,選擇性地把待測離子的活度(或濃度)轉(zhuǎn)化為電極電位加以測量,根據(jù)Nernst方程式,求出待測離子的活度(或濃度),也稱為離子選擇電極法。這是二十世紀(jì)七十年代初才發(fā)展起來的一種應(yīng)用廣泛的快速分析方法。 

· 電位滴定法――利用指示電極在滴定過程中電位的變化及化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近電位的突躍來確定滴定終點(diǎn)的滴定分析方法。電位滴定法與一般的滴定分析法的根本差別在于確定終點(diǎn)的方法不同。

特點(diǎn):

應(yīng)用范圍廣――可用于許多陰離子、陽離子、有機(jī)物離子的測定,尤其是一些其他方法較難測定的堿金屬、堿土金屬離子、一價(jià)陰離子及氣體的測定。因?yàn)闇y定的是離子的活度,所以可以用于化學(xué)平衡、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)理論的研究及熱力學(xué)常數(shù)的測定。 

· 測定速度快,測定的離子濃度范圍寬。 

· 可以制作成傳感器,用于工業(yè)生產(chǎn)流程或環(huán)境監(jiān)測的自動(dòng)檢測;可以微型化,做成微電極,用于微區(qū)、血液、活體、細(xì)胞等對象的分析。

2.化學(xué)電池

化學(xué)電池是由兩組金屬-溶液體系組成的。每一個(gè)化學(xué)電池有兩個(gè)電極。分別浸入適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液中,用金屬導(dǎo)線從外部將兩個(gè)電極連接起來,同時(shí)使兩個(gè)電解質(zhì)溶液接觸,構(gòu)成電流通路。電子通過外電路導(dǎo)線從一個(gè)電極流到另一個(gè)電極,在溶液中帶正負(fù)電荷的離子從一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域以輸送電荷,后在金屬-溶液界面處發(fā)生電極反應(yīng),即離子從電極上取得電子或?qū)㈦娮咏唤o電極,發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。
    如果兩個(gè)電極浸在同一個(gè)電解質(zhì)溶液中,這樣構(gòu)成的電池稱為無液體接界電池;如果兩個(gè)電極分別浸在用半透膜或燒結(jié)玻璃隔開的、或用鹽橋連接的兩種不同的電解質(zhì)溶液中,這樣構(gòu)成的電池稱為有液體接界電池。
  用半透膜、燒結(jié)玻璃隔開或用鹽橋連接兩個(gè)電解質(zhì)溶液,是為了避免兩種電解質(zhì)溶液的機(jī)械混合,同時(shí)又能讓離子通過。
  在化學(xué)電池內(nèi),發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽極,發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極。          
   單個(gè)電極上的反應(yīng)稱為半電池反應(yīng)。若兩個(gè)電極沒有用導(dǎo)線連接起來,半電池反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),沒有電子輸出;當(dāng)用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連通構(gòu)成通路時(shí),有電流通過,構(gòu)成原電池。    
  用符號表示化學(xué)電池,習(xí)慣將陽極寫在左邊,陰極寫在右邊。兩邊的垂線表示金屬與溶液的相界。此界面上存在的電位差,稱為電極電位。中間的垂線表示不同電解質(zhì)溶液的界面。該界面上的電位差,稱為液體接界電位。它是由于不同離子擴(kuò)散經(jīng)過兩個(gè)溶液界面時(shí)的速度不同導(dǎo)致界面兩側(cè)陽離子和陰離子分布不均衡而引起的。若兩電解質(zhì)溶液用鹽橋連接,則用兩條垂線表示,用這樣兩條線表示液體接界電位已*消除。

3、電極電位與溶液中離子濃度(或活度)的關(guān)系

能斯特方程式是表達(dá)電極電勢跟濃度的關(guān)系式。氧化還原電對的電極電勢是半反應(yīng)式中各物質(zhì)濃度(或氣體的壓強(qiáng))的函數(shù)。設(shè)電對[氧化型]/[還原型]的半反應(yīng)式是氧化型+ne還原型,則該電對的電極電勢跟濃度的關(guān)系是

  

式中E是該電對在非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的電極電勢,E是標(biāo)準(zhǔn)電極電勢,n是半反應(yīng)中得失電子數(shù)。這就是能斯特方程式。在半反應(yīng)中,如果還有其他物質(zhì)參與,則其濃度也應(yīng)寫在方程式中(固體和水除外)。利用奈斯特方程,可以由改變物質(zhì)的濃度(或氣體壓強(qiáng))的方法來改變電對的電極電勢,從而有可能改變氧化還原反應(yīng)的方向。

二、液體接界電位

在兩種含有不同溶質(zhì)的溶液界面上,或者兩種溶質(zhì)相同而濃度不同的溶液界面上產(chǎn)生的擴(kuò)散電位。數(shù)值很小,一般不超過0.03伏。產(chǎn)生的原因是離子的*淌度不同。例如,兩種濃度不同的溶液界面上,將從濃的一邊向稀的一邊擴(kuò)散。因的運(yùn)動(dòng)速度比快,在稀的一邊將出現(xiàn)過剩的離子而帶正電,在濃的一邊則于有過剩的離子而帶負(fù)電,所以在它們之間產(chǎn)生了電位差。電位差的產(chǎn)生使離子的擴(kuò)散速度減慢,同時(shí)加快了離子的擴(kuò)散速度,后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí),兩種離子以相同速度擴(kuò)散,電位差保持恒定。由于擴(kuò)散過程的不可逆性,擴(kuò)散電位不能看作可逆電位。

三、膜電位

將一個(gè)玻璃薄膜置于H濃度不同的兩溶液間,由于玻璃膜的水化作用,膜內(nèi)外便形成雙電層而產(chǎn)生電位差,該電位差稱為膜電位。

小結(jié):1、電位分析法的定義、分類和特點(diǎn)

             2、化學(xué)電池

             3、電極電位與溶液中離子濃度(或活度)的關(guān)系

            4、液體接界電位

5、膜電位

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