武漢大學(xué)分析化學(xué)下冊(cè)考研課件-電分析

電分析化學(xué)考研內(nèi)容概述電分析化學(xué)的基本概念電化學(xué)反應(yīng)電分析化學(xué)研究的是利用電化學(xué)方法對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析和結(jié)構(gòu)分析，以及對(duì)物質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)性質(zhì)的研究。電極電極是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的地方，一般由金屬或半導(dǎo)體材料制成，通過(guò)電極表面的電子轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)。電位電位是電化學(xué)反應(yīng)中電子的勢(shì)能，是電化學(xué)分析方法的核心指標(biāo)。電極電位的測(cè)量1測(cè)量方法使用高阻抗伏特計(jì)測(cè)量2參考電極使用標(biāo)準(zhǔn)氫電極或其他參考電極3指示電極使用與被測(cè)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)的電極電極電位的測(cè)量是電化學(xué)分析的基礎(chǔ)。通過(guò)使用高阻抗伏特計(jì)，我們可以精確測(cè)量電極之間的電位差。為了獲得準(zhǔn)確的電位測(cè)量，我們需要一個(gè)參考電極，例如標(biāo)準(zhǔn)氫電極，作為電位測(cè)量的基準(zhǔn)。同時(shí)，指示電極與被測(cè)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生相應(yīng)的電位變化。標(biāo)準(zhǔn)電極電位定義在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，將某電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成電池，該電池反應(yīng)的平衡電勢(shì)即為該電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。意義衡量電極得失電子的能力，數(shù)值越高，得電子能力越強(qiáng)。電池電勢(shì)與自發(fā)反應(yīng)1電勢(shì)正值2自發(fā)反應(yīng)進(jìn)行3電勢(shì)負(fù)值4非自發(fā)需要外加能量電池電勢(shì)計(jì)算方法公式應(yīng)用場(chǎng)景能斯特方程E=E°-(RT/nF)lnQ計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)條件下的電池電勢(shì)吉布斯自由能變化ΔG=-nFE計(jì)算反應(yīng)的自發(fā)性法拉第定律Q=It=nFΔm/M計(jì)算電解過(guò)程中電解產(chǎn)物的質(zhì)量電位滴定法原理電位滴定法是利用指示電極和參比電極測(cè)量溶液電位變化來(lái)確定滴定終點(diǎn)的方法。方法滴定過(guò)程中，指示電極的電位會(huì)隨著滴定劑的加入而發(fā)生變化，當(dāng)?shù)味ńK點(diǎn)到達(dá)時(shí)，電位會(huì)發(fā)生突變。應(yīng)用電位滴定法廣泛用于酸堿滴定、氧化還原滴定、絡(luò)合滴定等，可用于測(cè)定各種物質(zhì)的含量。電位滴定法操作步驟1準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備滴定裝置，包括滴定管、電極、電位計(jì)等，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇合適的溶液和指示劑。2溶液配制根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求配制標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測(cè)溶液，并進(jìn)行必要的校正和標(biāo)定。3滴定過(guò)程將標(biāo)準(zhǔn)溶液滴入待測(cè)溶液中，不斷監(jiān)測(cè)電極電位變化，并記錄數(shù)據(jù)。4數(shù)據(jù)分析根據(jù)滴定曲線確定滴定終點(diǎn)，并計(jì)算待測(cè)物質(zhì)的濃度或含量。電位滴定的應(yīng)用酸堿滴定用于測(cè)定酸堿度，例如測(cè)定醋酸、氨水等弱酸弱堿的濃度。沉淀滴定測(cè)定鹵化物、硫化物、氰化物等離子的濃度，例如測(cè)定銀離子的濃度。氧化還原滴定測(cè)定氧化劑或還原劑的濃度，例如測(cè)定鐵離子的濃度。絡(luò)合滴定測(cè)定金屬離子的濃度，例如測(cè)定鈣離子的濃度。電流滴定法原理電流滴定法是利用電流的變化來(lái)指示滴定終點(diǎn)的分析方法。特點(diǎn)靈敏度高選擇性好適用范圍廣電流滴定法原理1反應(yīng)電極反應(yīng)發(fā)生在指示電極表面，產(chǎn)生電流2滴定加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，導(dǎo)致電流變化3終點(diǎn)滴定終點(diǎn)與反應(yīng)當(dāng)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)電流滴定法操作步驟準(zhǔn)備準(zhǔn)備滴定裝置，包括滴定管、電解池、指示電極、參比電極和電流計(jì)。滴定用已知濃度的滴定劑滴定待測(cè)溶液，同時(shí)用電流計(jì)監(jiān)測(cè)電流變化。終點(diǎn)判定根據(jù)電流變化曲線確定滴定終點(diǎn)，即電流變化最大處。計(jì)算根據(jù)滴定終點(diǎn)消耗的滴定劑體積和濃度，計(jì)算待測(cè)物質(zhì)的濃度。電流滴定法的應(yīng)用1酸堿滴定確定樣品中酸或堿的濃度，例如分析食品中的酸度。2沉淀滴定確定樣品中離子濃度，例如測(cè)定水樣中的鹵素含量。3絡(luò)合滴定確定樣品中金屬離子的濃度，例如測(cè)定水中重金屬含量。電位分析法電位分析法的定義電位分析法是一種根據(jù)電極電位變化來(lái)測(cè)定溶液中待測(cè)物質(zhì)濃度的方法。電位分析法的原理電位分析法基于電化學(xué)電池中的電極電位與待測(cè)物質(zhì)濃度之間的關(guān)系。電位分析法的類型電位分析法可以分為直接電位法和電位滴定法。電位分析法的特點(diǎn)高靈敏度電位分析法對(duì)目標(biāo)物質(zhì)濃度的變化非常敏感，可以檢測(cè)到很低的濃度。選擇性強(qiáng)電位分析法可以通過(guò)選擇合適的電極來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定物質(zhì)的檢測(cè)，不受其他物質(zhì)的影響。操作簡(jiǎn)便電位分析法操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備和操作步驟。電位分析法的應(yīng)用pH測(cè)量電位分析法可以精確地測(cè)量溶液的pH值，這在化學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)中至關(guān)重要。離子濃度測(cè)定電位分析法可以用于測(cè)定各種離子的濃度，例如金屬離子、鹵素離子和有機(jī)酸。環(huán)境監(jiān)測(cè)電位分析法可以用于監(jiān)測(cè)水質(zhì)、土壤和空氣中的污染物，例如重金屬和農(nóng)藥殘留。醫(yī)藥分析電位分析法可以用于分析藥物的有效成分和雜質(zhì)，確保藥物的質(zhì)量和安全。伏安法原理伏安法通過(guò)改變電解池中工作電極的電位，測(cè)量對(duì)應(yīng)電解電流的變化，獲得伏安曲線。伏安曲線記錄的是電流對(duì)電壓的變化關(guān)系，反映了電解過(guò)程中電極反應(yīng)的規(guī)律。優(yōu)勢(shì)伏安法具有靈敏度高、選擇性好、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的定性、定量分析。伏安法的基本原理1電極反應(yīng)電解池中，在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。2電流-電壓關(guān)系施加電壓，控制電極反應(yīng)速率，通過(guò)測(cè)量電流變化研究電極反應(yīng)。3伏安曲線以電流為縱坐標(biāo)，電壓為橫坐標(biāo)，繪制伏安曲線。伏安法的定性分析不同物質(zhì)在一定條件下，會(huì)產(chǎn)生特征的伏安曲線，可以用于物質(zhì)的定性分析。通過(guò)分析伏安曲線的形狀、峰位和峰高，可以識(shí)別物質(zhì)的種類和含量。可以將未知物質(zhì)的伏安曲線與已知物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)伏安曲線進(jìn)行比較，從而確定物質(zhì)的種類。伏安法的定量分析標(biāo)準(zhǔn)曲線法在一定條件下，測(cè)定一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的伏安曲線，以峰電流或峰高為縱坐標(biāo)，以濃度為橫坐標(biāo)作圖，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)加入法向待測(cè)溶液中加入已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定加入前后溶液的伏安曲線，根據(jù)峰電流或峰高的變化，計(jì)算待測(cè)溶液的濃度。伏安法的應(yīng)用定量分析伏安法可以用于測(cè)定金屬離子的濃度，例如，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中測(cè)定重金屬的含量。定性分析伏安法可以用于識(shí)別和區(qū)分不同的金屬離子，例如，在食品安全檢測(cè)中區(qū)分不同的重金屬污染物。動(dòng)力學(xué)研究伏安法可以用于研究電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，例如，研究金屬的腐蝕機(jī)理。極譜分析法電解過(guò)程利用汞滴電極在不斷更新的電極表面上進(jìn)行電解，測(cè)量電流-電壓曲線。擴(kuò)散控制電流主要由被測(cè)物質(zhì)向電極表面的擴(kuò)散速度決定，不受電極表面反應(yīng)速率影響。靈敏度高能測(cè)定濃度很低的物質(zhì)，最低可達(dá)10-6mol/L。極譜分析法的原理原理在一定條件下，用滴汞電極作為工作電極，通過(guò)改變外加電壓，測(cè)定溶液中被測(cè)物質(zhì)在滴汞電極上被還原或氧化的電流與外加電壓之間的關(guān)系曲線，即極譜曲線，從而進(jìn)行定性和定量分析核心滴汞電極不斷產(chǎn)生新的汞滴，使其表面始終保持清潔，避免電極表面的污染特點(diǎn)靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)單極譜分析法的特點(diǎn)高靈敏度：極譜法具有很高的靈敏度，可以檢測(cè)濃度很低的物質(zhì)。較好的選擇性：通過(guò)選擇合適的電解電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種物質(zhì)的分析。應(yīng)用廣泛：極譜法可以用于分析金屬離子、有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)化合物等。極譜分析法的定性分析半波電位半波電位是極譜波曲線上的一個(gè)重要參數(shù)，它與被測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，可用于定性分析。極譜圖不同物質(zhì)的極譜圖具有不同的特征，可以通過(guò)比較半波電位和波形來(lái)識(shí)別物質(zhì)。極譜分析法的定量分析標(biāo)準(zhǔn)曲線法通過(guò)繪制已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的極譜圖，得到一系列電流與濃度對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并進(jìn)行線性擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后測(cè)定未知樣品的極譜圖，根據(jù)其擴(kuò)散電流值在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查找相應(yīng)的濃度。內(nèi)標(biāo)法在待測(cè)樣品中加入已知濃度的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的極譜波與待測(cè)物質(zhì)的極譜波不重疊。通過(guò)比較待測(cè)物質(zhì)和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的擴(kuò)散電流，計(jì)算待測(cè)物質(zhì)的濃度。極譜分析法的應(yīng)用1無(wú)機(jī)物分析測(cè)定金屬離子的濃度，如鉛、鎘、汞等重金屬。2有機(jī)物分析測(cè)定有機(jī)化合物的濃度，如維生素、藥物、農(nóng)藥等。3環(huán)境監(jiān)測(cè)分析水體、土壤、空氣中的污染物，如重金屬、農(nóng)藥殘留等。電化學(xué)分析方法比較速度電化學(xué)分析方法通常速度很快，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速分析。靈敏度電化學(xué)分析方法可以檢測(cè)低濃度的物質(zhì)，靈敏度較高。成本電化學(xué)分析方法通常比其他分析方法成本更低