第二章電導(dǎo)分析法

1、第二章電導(dǎo)分析電導(dǎo)分析 導(dǎo)體: 有導(dǎo)電能力的物質(zhì)稱為導(dǎo)體。利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線的上方，由于磁體的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，磁體和超不能穿過超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會產(chǎn)生排斥力，使導(dǎo)體之間會產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速高速超導(dǎo)磁懸浮列車超導(dǎo)磁懸浮列車。所所謂謂核磁共振核磁共振，是具有核磁矩的物，是具有核磁矩的物質(zhì)質(zhì)在一定的在一定的恒定恒定磁磁場場和交和交變變磁磁場場同同時(shí)時(shí)作用作用下，下，會對變會對變化的化的電磁場產(chǎn)

2、電磁場產(chǎn)生生強(qiáng)烈強(qiáng)烈的共振的共振吸收吸收現(xiàn)現(xiàn)象。利用象。利用高溫超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)體的的線線圈可以圈可以通通過極過極大的大的電電流而流而產(chǎn)產(chǎn)生生極強(qiáng)極強(qiáng)的磁的磁場場，可，可以比一般磁以比一般磁場場高高兩倍數(shù)兩倍數(shù)量量級級，檢測檢測的的靈靈敏度取敏度取決于決于所加磁所加磁場場的大小，磁的大小，磁場場越大，越大，氫氫的共振的共振訊號訊號越越強(qiáng)強(qiáng)得到的得到的圖圖越清晰，提越清晰，提高早期高早期診斷診斷可能性可能性。導(dǎo)導(dǎo)體體電子導(dǎo)體：依靠電子的定向流動而電子導(dǎo)體：依靠電子的定向流動而導(dǎo)電。如：金屬導(dǎo)體導(dǎo)電。如：金屬導(dǎo)體( (電線、電纜電線、電纜) )、某些金屬氧化物、石墨等。某些金屬氧化物、石墨等。離子導(dǎo)

3、體離子導(dǎo)體( (又稱電解質(zhì)導(dǎo)體又稱電解質(zhì)導(dǎo)體) )：借助：借助離子在電極作用下的定向移動進(jìn)行離子在電極作用下的定向移動進(jìn)行導(dǎo)電。如：電解質(zhì)溶液和某些固體導(dǎo)電。如：電解質(zhì)溶液和某些固體電解質(zhì)。電解質(zhì)。 電解質(zhì)溶液能導(dǎo)電，而且當(dāng)溶液電解質(zhì)溶液能導(dǎo)電，而且當(dāng)溶液中離子濃度發(fā)生變化時(shí)，其電導(dǎo)也隨中離子濃度發(fā)生變化時(shí)，其電導(dǎo)也隨之發(fā)生變化。用電導(dǎo)來指示溶液中離之發(fā)生變化。用電導(dǎo)來指示溶液中離子的濃度就形成了電導(dǎo)分析法。子的濃度就形成了電導(dǎo)分析法。電導(dǎo)分析法電導(dǎo)分析法: :依據(jù)物質(zhì)電導(dǎo)與濃度之間關(guān)依據(jù)物質(zhì)電導(dǎo)與濃度之間關(guān)系，確定待測組分含量的方法。系，確定待測組分含量的方法。2-1 2-1 電導(dǎo)分析的基本

4、原理電導(dǎo)分析的基本原理 提提綱綱12345電導(dǎo)及電導(dǎo)率電導(dǎo)及電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率與極限摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率與極限摩爾電導(dǎo)率離子獨(dú)立移動定律離子獨(dú)立移動定律離子淌度離子淌度電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)與其濃度關(guān)系的理論解釋電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)與其濃度關(guān)系的理論解釋2-1 2-1 電導(dǎo)分析的基本原理電導(dǎo)分析的基本原理一、電導(dǎo)及電導(dǎo)率一、電導(dǎo)及電導(dǎo)率1、電導(dǎo)：衡量導(dǎo)體導(dǎo)電能力的物理、電導(dǎo)：衡量導(dǎo)體導(dǎo)電能力的物理量，與電阻互為倒數(shù)關(guān)系。量，與電阻互為倒數(shù)關(guān)系。 G = 1/R = I / V單位：西門子單位：西門子 S，1S=1 -1 2、電導(dǎo)率：單位體積的導(dǎo)體所具有的電導(dǎo)電導(dǎo)率：單位體積的導(dǎo)體所具有的電導(dǎo)。 G = A

5、 / l （單位：（單位：S m-1）3、電導(dǎo)池常數(shù)：電導(dǎo)池常數(shù)：電導(dǎo)池裝置一定，面積電導(dǎo)池裝置一定，面積A 與與L固定不變，因此固定不變，因此l /A為定值。為定值。 =l / A （單位：（單位：m-1） = G 用電導(dǎo)率直接來衡量導(dǎo)電能力。用電導(dǎo)率直接來衡量導(dǎo)電能力。 例例1：在電池中，放有兩支面積為在電池中，放有兩支面積為1.2510-4m2的平行電極，相距的平行電極，相距0.105m，測得溶液的，測得溶液的電阻為電阻為1995.6，計(jì)算電導(dǎo)池常數(shù)和溶液的，計(jì)算電導(dǎo)池常數(shù)和溶液的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率。 解：解：已知已知A=1.2510- 4m2, l=0.105m, R=1995.6 池常數(shù)

6、池常數(shù) m-1 由由 G=1/R=k/ 得到：得到： k= /R=840/1995.6=0.421Sm-140.1058401.25 10lA 由于兩極間的距離及板的橫由于兩極間的距離及板的橫截面積不好測量，所以電導(dǎo)率不截面積不好測量，所以電導(dǎo)率不能直接準(zhǔn)確測得，一般是用已知能直接準(zhǔn)確測得，一般是用已知電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)溶液測出其電導(dǎo)池電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)溶液測出其電導(dǎo)池常數(shù)，再測出待測液的電導(dǎo)率。常數(shù)，再測出待測液的電導(dǎo)率。 二、二、摩爾電導(dǎo)率與極限摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率與極限摩爾電導(dǎo)率1 1、摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率( m)：定義定義: : 兩塊平行的大面積電極相距兩塊平行的大面積電極相距1m1m時(shí)，時(shí)，它們

7、之間有它們之間有1mol1mol的電解質(zhì)溶液，此時(shí)該體的電解質(zhì)溶液，此時(shí)該體系所具有的電導(dǎo)，用符號系所具有的電導(dǎo)，用符號 m表示表示。它與電導(dǎo)它與電導(dǎo)率率的關(guān)系為：的關(guān)系為： 1000mVc （單位：（單位：S m2 mol-1） 1m2m1m 例例2：某電導(dǎo)池內(nèi)裝有兩個直徑為某電導(dǎo)池內(nèi)裝有兩個直徑為4.010-2m并相互平行的圓形電極，并相互平行的圓形電極，電極之間的距離為電極之間的距離為0.12m，若池內(nèi)盛，若池內(nèi)盛滿濃度為滿濃度為0.1molL-1 的的AgNO3溶液，溶液，并施加并施加20V電壓，則所測電流強(qiáng)度為電壓，則所測電流強(qiáng)度為0.1976A。試計(jì)算池常數(shù)、溶液的電。試計(jì)算池常數(shù)

8、、溶液的電導(dǎo)、電導(dǎo)率和導(dǎo)、電導(dǎo)率和AgNO3的摩爾電導(dǎo)率。的摩爾電導(dǎo)率。解：已知解：已知A=3.14410-4=1.25610-3m2, l=0.12m, c=0.1molL-1=100molm-3 池常數(shù)池常數(shù)=l/A=0.12/(1.25610-3)=95.5m-1 溶液的電導(dǎo)溶液的電導(dǎo) G = I/E=9.8810-3S 電導(dǎo)率：電導(dǎo)率： k=G=9.8810-395.5=0.943Sm-1 m=k/c=9.4310-3Sm2mol-10,mmA c2、極限摩爾電導(dǎo)率、極限摩爾電導(dǎo)率( 0, m)：定義定義: :當(dāng)電解質(zhì)溶液無限稀釋后，摩爾當(dāng)電解質(zhì)溶液無限稀釋后，摩爾電導(dǎo)率得到最大值，此

9、值稱為無限稀電導(dǎo)率得到最大值，此值稱為無限稀釋摩爾電導(dǎo)率，用符號釋摩爾電導(dǎo)率，用符號 0, m表示表示。 0, m不隨濃度而改變，因此它可以作為電不隨濃度而改變，因此它可以作為電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的特征常數(shù)。解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的特征常數(shù)。下面是一些常見離子在水溶液的無限下面是一些常見離子在水溶液的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率（稀釋摩爾電導(dǎo)率（25C）陽離子陽離子m+陰離子陰離子m-H+349.82OH-197.6Na+50.11Cl-76.34K+73.52Br-78.3Mg2+53.06 SO42-80.0例例3：用電導(dǎo)池常數(shù)為用電導(dǎo)池常數(shù)為0.53cm-1的電導(dǎo)池測的電導(dǎo)池測得某硝酸溶液的電導(dǎo)為得某硝酸

10、溶液的電導(dǎo)為22.7mS，計(jì)算該，計(jì)算該硝酸溶液的物質(zhì)的量的濃度。硝酸溶液的物質(zhì)的量的濃度。 6 .2810)44.7182.349(53107 .2243mGc 解：已知解：已知=l/A = 53m-1, G = 22.7mS得得 G=cm/, m=H+ +NO3-則則 molm-3即即c = 0.0286molL-1例例4：在在25時(shí)，用面積為時(shí)，用面積為1.11cm2,相距相距1.00cm的兩個平行的鉑黑電極來測定純的兩個平行的鉑黑電極來測定純水的電導(dǎo)，其理論值為多少？水的電導(dǎo)，其理論值為多少？解：解：純水的極限摩爾電導(dǎo)率；純水的極限摩爾電導(dǎo)率；m=H+ +OH-=547.4210-4S

11、m2mol-1純水中氫離子、氫氧根離子的濃度均為純水中氫離子、氫氧根離子的濃度均為10-7molL-1，即，即c=10-4molm-3由純水的電導(dǎo)率為由純水的電導(dǎo)率為k=cm=5.474210-6Sm-1所以純水電導(dǎo)為所以純水電導(dǎo)為G=kA/l=5.474210-61.1110-2 =6.0810-8S五、五、電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)與其濃度關(guān)系電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)與其濃度關(guān)系的理論解釋的理論解釋1、弱電解質(zhì)弱電解質(zhì): 電離理論電離理論-摩爾電導(dǎo)率隨濃度摩爾電導(dǎo)率隨濃度的增大而降低由于電解質(zhì)電離度減少的緣故。的增大而降低由于電解質(zhì)電離度減少的緣故。2、強(qiáng)電解質(zhì)：離子互吸理論、強(qiáng)電解質(zhì)：離子互吸理論-電解質(zhì)

12、中每個電解質(zhì)中每個中心離子都被帶有相反電荷離子和溶劑化分子中心離子都被帶有相反電荷離子和溶劑化分子包圍形成離子氛。當(dāng)中心離子不做運(yùn)動時(shí)，離包圍形成離子氛。當(dāng)中心離子不做運(yùn)動時(shí)，離子氛處于穩(wěn)定狀態(tài)，球形對稱。當(dāng)中心離子在子氛處于穩(wěn)定狀態(tài)，球形對稱。當(dāng)中心離子在外電場的作用下移動時(shí)，離子氛對稱性受到破外電場的作用下移動時(shí)，離子氛對稱性受到破壞。壞。-+-+運(yùn)動過程：運(yùn)動過程：是離子氛不斷生成和破壞的過程。是離子氛不斷生成和破壞的過程。離子氛松弛時(shí)間：離子氛松弛時(shí)間：離子氛生成和消失的時(shí)間。離子氛生成和消失的時(shí)間。 10-710-9s運(yùn)動過程產(chǎn)生兩種效應(yīng)：運(yùn)動過程產(chǎn)生兩種效應(yīng)：1）電泳效應(yīng)：）電泳效

13、應(yīng)：當(dāng)中心離子及其溶劑化分子在當(dāng)中心離子及其溶劑化分子在一起作定向運(yùn)動時(shí)，離子氛中帶相反電荷的離一起作定向運(yùn)動時(shí)，離子氛中帶相反電荷的離子也隨溶劑化分子一起向相反方向移動，它使子也隨溶劑化分子一起向相反方向移動，它使中心離子的前進(jìn)受到一種阻力中心離子的前進(jìn)受到一種阻力(電泳力電泳力)，減慢，減慢了中心離子的運(yùn)動速度，因此降低了溶液電導(dǎo)。了中心離子的運(yùn)動速度，因此降低了溶液電導(dǎo)。2）松弛效應(yīng)：）松弛效應(yīng)：當(dāng)中心離子向某一電極運(yùn)動當(dāng)中心離子向某一電極運(yùn)動時(shí)，離子氛的對稱性受到破壞，它必須在其移時(shí)，離子氛的對稱性受到破壞，它必須在其移動方向的前面恢復(fù)離子氛，而在后邊不斷減少動方向的前面恢復(fù)離子氛，而

14、在后邊不斷減少電荷密度。在中心離子的前方，新的離子氛未電荷密度。在中心離子的前方，新的離子氛未完全形成，在其后邊，原來的離子氛未完全破完全形成，在其后邊，原來的離子氛未完全破壞的瞬間，因離子氛的變形使中心離子在其前壞的瞬間，因離子氛的變形使中心離子在其前進(jìn)方向受到一種向后的拉力進(jìn)方向受到一種向后的拉力(松弛力松弛力)，它阻礙，它阻礙了離子的運(yùn)動速度，因此降低了溶液電導(dǎo)。了離子的運(yùn)動速度，因此降低了溶液電導(dǎo)。作業(yè)：作業(yè)：已知已知0.0200molL-1KCl溶液在溶液在25時(shí)的電時(shí)的電導(dǎo)率導(dǎo)率=0.002765S-1，實(shí)驗(yàn)測得此溶液，實(shí)驗(yàn)測得此溶液的電阻為的電阻為240，測得，測得0.01mol

15、L-1磺胺水磺胺水溶液電阻為溶液電阻為60160，試求電導(dǎo)池常數(shù)和，試求電導(dǎo)池常數(shù)和磺胺水溶液的磺胺水溶液的及及m。2-3 2-3 電導(dǎo)分析及其應(yīng)用電導(dǎo)分析及其應(yīng)用一、直接電導(dǎo)法的應(yīng)用：一、直接電導(dǎo)法的應(yīng)用： 直接電導(dǎo)法是直接根據(jù)溶液的電導(dǎo)直接電導(dǎo)法是直接根據(jù)溶液的電導(dǎo)與被待離子濃度的關(guān)系進(jìn)行分析的方法。與被待離子濃度的關(guān)系進(jìn)行分析的方法。主要應(yīng)用在以下幾個方面：主要應(yīng)用在以下幾個方面： 水質(zhì)純度及水質(zhì)純度及土壤、海水鹽度土壤、海水鹽度的測定：的測定：水的純度取決于水中可溶性電解質(zhì)的含量。水的純度取決于水中可溶性電解質(zhì)的含量。通過測定電導(dǎo)率可以鑒定水的純度。通過測定電導(dǎo)率可以鑒定水的純度。超純

16、水超純水 蒸餾水蒸餾水 好水源好水源 0.5%NaCl 海水海水 30%硫酸硫酸 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)用水的檢測：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)用水的檢測：(2) 鋼材中碳硫含量的測定鋼材中碳硫含量的測定：如如: SO2 被被K2Cr2O7氧化，生成硫酸；氧化，生成硫酸；CO2被堿液被堿液 Ba(OH)2吸收。結(jié)果使溶液吸收。結(jié)果使溶液的電導(dǎo)率改變，根據(jù)電導(dǎo)率在吸收前后的電導(dǎo)率改變，根據(jù)電導(dǎo)率在吸收前后之差來確定其含量。之差來確定其含量。(3) 大氣污染物測定大氣污染物測定：由各種污染源排放的大氣污染氣體主由各種污染源排放的大氣污染氣體主要有要有SO2 、CO、 CO2及及 NXOY等?？傻取？衫脷怏w吸收裝置，將這些氣體

17、通過利用氣體吸收裝置，將這些氣體通過一定的吸收液，利用反應(yīng)前后電導(dǎo)率一定的吸收液，利用反應(yīng)前后電導(dǎo)率的變化來間接反映氣體的濃度的變化來間接反映氣體的濃度.SO2H2O2、H2OH2SAg2SO4KHSO4HClH2C2O4NH3CO2NaOH例：大氣中例：大氣中SO2的測定，的測定，SO2氣體氣體用用H2O2吸收，吸收，SO2被被H2O2氧化為氧化為H2SO4 后電導(dǎo)率增加，由此可計(jì)后電導(dǎo)率增加，由此可計(jì)算出大氣中算出大氣中SO2的含量。的含量。 SO2 + H2O2 H2SO4 + H2O工業(yè)流程控制工業(yè)流程控制：- 化肥生成中測定微量化肥生成中測定微量CO、CO21051102522223

18、2552oCCOI OICOCONaOHNa COH O - 烯烴生產(chǎn)中裂解氣烯烴生產(chǎn)中裂解氣H2S的測定的測定電導(dǎo)液電導(dǎo)液CdCl2參比池參比池反應(yīng)管反應(yīng)管222H SCdClCdSHCl+=+測量池測量池(5) 色譜檢測器色譜檢測器 原理原理: 電導(dǎo)池里含有能吸收氣體形成離子電導(dǎo)池里含有能吸收氣體形成離子溶液或沉淀的物質(zhì)，常使用雙電導(dǎo)池，其溶液或沉淀的物質(zhì)，常使用雙電導(dǎo)池，其一為參比池，不通氣體；另一為檢測池，一為參比池，不通氣體；另一為檢測池，通過氣體，根據(jù)兩池的電導(dǎo)之差來測定氣通過氣體，根據(jù)兩池的電導(dǎo)之差來測定氣體含量。體含量。二、電導(dǎo)滴定法及其應(yīng)用二、電導(dǎo)滴定法及其應(yīng)用電導(dǎo)滴定原理：

19、滴定過程溶液電導(dǎo)率的改電導(dǎo)滴定原理：滴定過程溶液電導(dǎo)率的改變，化學(xué)計(jì)量點(diǎn)出現(xiàn)突躍。變，化學(xué)計(jì)量點(diǎn)出現(xiàn)突躍。(1) 強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸: 下降部分下降部分: :HCl+NaCl 上升部分上升部分: :NaOH+NaCl +-+-+-2H +Cl+ Na +OH= Na +Cl+H O摩爾電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率 H+ OH- Na+ (2) 弱酸、弱酸、 混合酸的混合酸的滴定滴定:() () ()-2HACNaOHNaACH O+=+() () ()-442HACNHOHNHACH O+=+例如：電導(dǎo)滴定法還可以測定用化學(xué)指示例如：電導(dǎo)滴定法還可以測定用化學(xué)指示劑法無法直接準(zhǔn)確測定的相當(dāng)弱的酸，劑

20、法無法直接準(zhǔn)確測定的相當(dāng)弱的酸，例如，硼酸（例如，硼酸（Ka=5.810-10）。）。33232H BONaOHH BONaH O+-+=+(3) 用用KCl滴定滴定AgNO3; (4) 用用LiCl 滴定滴定 AgAc 離子淌度：離子淌度： K+ Ag+ Li+ () () ()() () ()-33-KClAgNOKNOAgClLiClAgACLiACAgCl+=+=+(5) 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng) （Ka=5.110-10）33223422H AsOIH OH AsOHI+-+=+計(jì)量點(diǎn)前：迅速上升計(jì)量點(diǎn)前：迅速上升計(jì)量點(diǎn)后：不變計(jì)量點(diǎn)后：不變(6) 絡(luò)合反應(yīng)絡(luò)合反應(yīng)222222MNa

21、 H YNaMYH+-+=+ 可以加緩沖溶液嗎？可以加緩沖溶液嗎？v為了減小稀釋效應(yīng)的影響和提高方為了減小稀釋效應(yīng)的影響和提高方法的準(zhǔn)確度，法的準(zhǔn)確度，應(yīng)使用濃度較大的滴定應(yīng)使用濃度較大的滴定劑，一般是滴定劑濃度比被滴溶液濃劑，一般是滴定劑濃度比被滴溶液濃度大度大1020倍，被測溶液為稀溶液。倍，被測溶液為稀溶液。滴定終點(diǎn)確定的方法：滴定終點(diǎn)確定的方法： 作作GV關(guān)系圖：以兩條斜率不同的直線關(guān)系圖：以兩條斜率不同的直線或其延長線的交點(diǎn)作為滴定終點(diǎn)?；蚱溲娱L線的交點(diǎn)作為滴定終點(diǎn)。 準(zhǔn)確度：準(zhǔn)確度：0.51% 三、某些物理化學(xué)常數(shù)的測定：三、某些物理化學(xué)常數(shù)的測定：1、 電離度與電離度與平衡常數(shù)平

22、衡常數(shù)如如: HAc = H+ + Ac- c(1- ) c c 212(1)1acccKc00035041391HAcHAc由實(shí)驗(yàn)測定由實(shí)驗(yàn)測定HAc的濃度為的濃度為1.11410-4 mol/L時(shí)的電時(shí)的電導(dǎo)率導(dǎo)率127.7，計(jì)算：，計(jì)算：127.70.327391251.77 10(1)1acccKc當(dāng)弱電解質(zhì)在溶液里達(dá)到電當(dāng)弱電解質(zhì)在溶液里達(dá)到電離平衡時(shí)，溶液中已經(jīng)電離離平衡時(shí)，溶液中已經(jīng)電離的電解質(zhì)分子數(shù)占原來總分的電解質(zhì)分子數(shù)占原來總分子數(shù)的百分?jǐn)?shù)叫做電離度子數(shù)的百分?jǐn)?shù)叫做電離度。 或利用作圖法或利用作圖法:（2）式代入）式代入 （1）式，得：）式，得：22()111aaacKCKCK 以對作圖，截矩為，根據(jù)斜率求得2、 難溶鹽的溶度積難溶鹽的溶度積5001 0 0 01 0 0 08 .8 2 71 0oc如如: 25 C時(shí)，時(shí)，實(shí)驗(yàn)測定實(shí)驗(yàn)測定AgBr飽和水溶液的電導(dǎo)飽和水溶液的電導(dǎo)率率: =1.57610-6 S/cm；純水的電導(dǎo)率：純水的電導(dǎo)率： =1.51910-6 S/cm校正后校正后 AgBr 的電導(dǎo)率：的電導(dǎo)率： AgBr =5.710-8 S/cm0061.9;78.4AgBrKsp=(4.06 10-7) 2 =1.648 10-13如：乙酸乙脂的皂化反應(yīng)：如：乙酸乙脂的皂化反應(yīng)：3、 化學(xué)反應(yīng)常數(shù)的測定化學(xué)反應(yīng)常數(shù)的測定