电化学分析方法课件.ppt

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电化学分析方法课件

;自我介绍;;;;教学目标与要求 本课程是一门选修课,其目的与任务是指导学生了解电化学分析方法的基本原理和应用领域并能够灵活应用电化学分析方法为材料及器件的性能测试服务。 ;第一章 电化学分析概述;电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。 如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。 电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。 当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。;1、电化学分析概述 (electrochemical analysis) 定义 电化学分析法是建立在物质在溶液中的电化学性质基础上的一类仪器分析方法。 通常将试液作为化学电池的一个组成部分,根据该电池的某种电参数(如电阻、电导、电位、电流、电量或电流-电压曲线等)与被测物质的浓度之间存在一定的关系而进行测定的方法。;(1)根据待测试液的浓度C与某一电参数之间的关系求得分析结果。 电参数可以是电导、电位、电流、电量等 它包括:电导、电位、极谱、库仑分析法 (2)通过测量某一电参数的突变来指示滴定分析终点的方法,又称电滴定分析法。 包括电导滴定、电位滴定、电流滴定等 (3)通过电极反应,将待测物转变为金属或其它形式的氧化物,然后用重量法测定含量的方法。 包括:电解分析法;;元素形态分析: 如Ce(III)及Ce(IV)分析产生电信号,可直接测定。仪器简单、便宜; 多数情况可以得到化合物的活度而不只是浓度,如在生理学研究中,Ca2+或K+的活度大小比其浓度大小更有意义; 得到许多有用的信息:界面电荷转移的化学计量学和速率;传质速率;吸附或化学吸附特性;化学反应的速率常数和平衡常数测定等。 ; (1)袖珍微型化:仪器袖珍化,电极微型化。 (2)生命过程的模拟研究:生命过程的氧化还原反应类似电极上的氧化还原,用电极膜上反应模拟生命过程,???深化认识生命过程。 (3)活体现场检测:(无损伤分析 )。 ? ;;外部电路的电流:电子的移动 溶液中的电流:正、负离子的移动。;原电池;;原电池:如化学能转变为电能装置(如:铜-锌原电池);表示法 ;电解电池;2.1.1、基本概念 2.1.1、化学电池定义:化学电池是化学能与电能互相转换的装置。 2.1.2、 组成化学电池的条件: 1)?电极之间以导线相联; 2)电解质溶液间以一定方式保持接触使离子从一方迁移到另一方; 3) 发生电极反应或电极上发生电子转移。;B)非液接电池:两电极分别与不同溶液接触。如图所示。 据能量转换方式亦可分为两类: A)原电池(Galvanic or voltaic cell):化学能——电能 B)电解池(Electrolytic cell):电能——化学能;2.1.4.2、 液接电位的消除——盐桥(Salt bridge) 盐桥的制作:加入3%琼脂于饱和KCl溶液(4.2M),加热混合均匀,注入到U形管中,冷却成凝胶,两端以多孔沙芯(porous plug)密封防止电解质溶液间的虹吸而发生反应,但仍形成电池回路。由于K+和Cl-离子的迁移或扩散速率相当,因而液接电位很小。通常为 1~2 mV。;盐桥: 饱和KCl溶液中加入3%琼脂,装入U形管,两端分别插入两个溶液当中;K+、Cl-的扩散速度接近,液接电位保持恒定1~2mV。;2.1.5、 电池表达式 (-) 电极a? 溶液(a1)?? 溶液(a2)? 电极b (+) ;; 2.2 能斯特方程(Nernst方程式) 2.2.1 能斯特方程 对于任一电极反应: 电极电位为: 其中,?0为标准电极电位;R为摩尔气体常数(8.3145J/mol?K); T为绝对温度;F为Faraday常数(96485C/mol);z为电子转移数;a为活度。 在常温下,Nernst方程为: 上述方程式称为电极反应的Nernst方程。;若电池的总反应为:aA + bB = cC + dD 电池电动势为: 该式称为电池反应的Nernst方程。其中E0为所有参加反应的组份都处于标准状态时的电动势。 当电池反应达到平衡时,E=0,此时 利用此式可求得反应的平衡常数K。;2.2.2 活度与活度系数 必须注意: A)??若反应物或产物是纯固体或纯液体时,其活度定义为1。 B)? 在分

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