第二章電導分析法

1、第二章電導分析電導分析 導體: 有導電能力的物質稱為導體。利用超導材料的抗磁性，將利用超導材料的抗磁性，將超導材料放在一塊永久磁體超導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體，磁體和超不能穿過超導體，磁體和超導體之間會產生排斥力，使導體之間會產生排斥力，使超導體懸浮在磁體上方。利超導體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應可以制作用這種磁懸浮效應可以制作高速高速超導磁懸浮列車超導磁懸浮列車。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質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時作用作用下，下，會對變會對變化的化的電磁場產

2、電磁場產生生強烈強烈的共振的共振吸收吸收現(xiàn)現(xiàn)象。利用象。利用高溫超導體高溫超導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產生生極強極強的磁的磁場場，可，可以比一般磁以比一般磁場場高高兩倍數兩倍數量量級級，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強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。導導體體電子導體：依靠電子的定向流動而電子導體：依靠電子的定向流動而導電。如：金屬導體導電。如：金屬導體( (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

3、體離子導體( (又稱電解質導體又稱電解質導體) )：借助：借助離子在電極作用下的定向移動進行離子在電極作用下的定向移動進行導電。如：電解質溶液和某些固體導電。如：電解質溶液和某些固體電解質。電解質。 電解質溶液能導電，而且當溶液電解質溶液能導電，而且當溶液中離子濃度發(fā)生變化時，其電導也隨中離子濃度發(fā)生變化時，其電導也隨之發(fā)生變化。用電導來指示溶液中離之發(fā)生變化。用電導來指示溶液中離子的濃度就形成了電導分析法。子的濃度就形成了電導分析法。電導分析法電導分析法: :依據物質電導與濃度之間關依據物質電導與濃度之間關系，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 電導分析的基本

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

5、 / l （單位：（單位：S m-1）3、電導池常數：電導池常數：電導池裝置一定，面積電導池裝置一定，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 用電導率直接來衡量導電能力。用電導率直接來衡量導電能力。 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，計算電導池常數和溶液的，計算電導池常數和溶液的電導率。電導率。 解：解：已知已知A=1.2510- 4m2, l=0.105m, R=1995.6 池常數

6、池常數 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，所以電導率不截面積不好測量，所以電導率不能直接準確測得，一般是用已知能直接準確測得，一般是用已知電導率的標準溶液測出其電導池電導率的標準溶液測出其電導池常數，再測出待測液的電導率。常數，再測出待測液的電導率。 二、二、摩爾電導率與極限摩爾電導率摩爾電導率與極限摩爾電導率1 1、摩爾電導率摩爾電導率( 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，時，它們

7、之間有它們之間有1mol1mol的電解質溶液，此時該體的電解質溶液，此時該體系所具有的電導，用符號系所具有的電導，用符號 m表示表示。它與電導它與電導率率的關系為：的關系為： 1000mVc （單位：（單位：S m2 mol-1） 1m2m1m 例例2：某電導池內裝有兩個直徑為某電導池內裝有兩個直徑為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，若池內盛，若池內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，則所測電流強度為電壓，則所測電流強度為0.1976A。試計算池常數、溶液的電。試計算池常數

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

9、值稱為無限稀電導率得到最大值，此值稱為無限稀釋摩爾電導率，用符號釋摩爾電導率，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溶液導電能力的特征常數。解質溶液導電能力的特征常數。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率（稀釋摩爾電導率（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：用電導池常數為用電導池常數為0.53cm-1的電導池測的電導池測得某硝酸溶液的電導為得某硝酸

10、溶液的電導為22.7mS，計算該，計算該硝酸溶液的物質的量的濃度。硝酸溶液的物質的量的濃度。 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，用面積為時，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，其理論值為多少？水的電導，其理論值為多少？解：解：純水的極限摩爾電導率；純水的極限摩爾電導率；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由純水的電導率為由純水的電導率為k=cm=5.474210-6Sm-1所以純水電導為所以純水電導為G=kA/l=5.474210-61.1110-2 =6.0810-8S五、五、電解質溶液的電導與其濃度關系電解質溶液的電導與其濃度關系的理論解釋的理論解釋1、弱電解質弱電解質: 電離理論電離理論-摩爾電導率隨濃度摩爾電導率隨濃度的增大而降低由于電解質電離度減少的緣故。的增大而降低由于電解質電離度減少的緣故。2、強電解質：離子互吸理論、強電解質：離子互吸理論-電解質

12、中每個電解質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。當中心離子不做運動時，離包圍形成離子氛。當中心離子不做運動時，離子氛處于穩(wěn)定狀態(tài)，球形對稱。當中心離子在子氛處于穩(wěn)定狀態(tài)，球形對稱。當中心離子在外電場的作用下移動時，離子氛對稱性受到破外電場的作用下移動時，離子氛對稱性受到破壞。壞。-+-+運動過程：運動過程：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。離子氛松弛時間：離子氛松弛時間：離子氛生成和消失的時間。離子氛生成和消失的時間。 10-710-9s運動過程產生兩種效應：運動過程產生兩種效應：1）電泳效應：）電泳效

13、應：當中心離子及其溶劑化分子在當中心離子及其溶劑化分子在一起作定向運動時，離子氛中帶相反電荷的離一起作定向運動時，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受到一種阻力中心離子的前進受到一種阻力(電泳力電泳力)，減慢，減慢了中心離子的運動速度，因此降低了溶液電導。了中心離子的運動速度，因此降低了溶液電導。2）松弛效應：）松弛效應：當中心離子向某一電極運動當中心離子向某一電極運動時，離子氛的對稱性受到破壞，它必須在其移時，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離子氛，而在后邊不斷減少動方向的前面恢復離子氛，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方向受到一種向后的拉力進方向受到一種向后的拉力(松弛力松弛力)，它阻礙，它阻礙了離子的運動速度，因此降低了溶液電導。了離子的運動速度，因此降低了溶液電導。作業(yè)：作業(yè)：已知已知0.0200molL-1KCl溶液在溶液在25時的電時的電導率導率=0.002765S-1，實驗測得此溶液，實驗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，試求電導池常數和，試求電導池常數和磺胺水溶液的磺胺水溶液的及及m。2-3 2-3 電導分析及其應用電導分析及其應用一、直接電導法的應用：一、直接電導法的應用： 直接電導法是直接根據溶液的電導直接電導法是直接根據溶液的電導與被待離子濃度的關系進行分析的方法。與被待離子濃度的關系進行分析的方法。主要應用在以下幾個方面：主要應用在以下幾個方面： 水質純度及水質純度及土壤、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的含量。水的純度取決于水中可溶性電解質的含量。通過測定電導率可以鑒定水的純度。通過測定電導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 實驗室實驗用水的檢測：實驗室實驗用水的檢測：(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。結果使溶液吸收。結果使溶液的電導率改變，根據電導率在吸收前后的電導率改變，根據電導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??？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，利用反應前后電導率一定的吸收液，利用反應前后電導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 后電導率增加，由此可計后電導率增加，由此可計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 - 烯烴生產中裂解氣烯烴生產中裂解氣H2S的測定的測定電導液電導液CdCl2參比池參比池反應管反應管222H SCdClCdSHCl+=+測量池測量池(5) 色譜檢測器色譜檢測器 原理原理: 電導池里含有能吸收氣體形成離子電導池里含有能吸收氣體形成離子溶液或沉淀的物質，常使用雙電導池，其溶液或沉淀的物質，常使用雙電導池，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，根據兩池的電導之差來測定氣通過氣體，根據兩池的電導之差來測定氣體含量。體含量。二、電導滴定法及其應用二、電導滴定法及其應用電導滴定原理：

19、滴定過程溶液電導率的改電導滴定原理：滴定過程溶液電導率的改變，化學計量點出現(xiàn)突躍。變，化學計量點出現(xiàn)突躍。(1) 強堿滴定強酸強堿滴定強酸: 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摩爾電導率摩爾電導率 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：電導滴定法還可以測定用化學指示例如：電導滴定法還可以測定用化學指示劑法無法直接準確測定的相當弱的酸，劑

20、法無法直接準確測定的相當弱的酸，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) 氧化還原反應氧化還原反應 （Ka=5.110-10）33223422H AsOIH OH AsOHI+-+=+計量點前：迅速上升計量點前：迅速上升計量點后：不變計量點后：不變(6) 絡合反應絡合反應222222MNa

21、 H YNaMYH+-+=+ 可以加緩沖溶液嗎？可以加緩沖溶液嗎？v為了減小稀釋效應的影響和提高方為了減小稀釋效應的影響和提高方法的準確度，法的準確度，應使用濃度較大的滴定應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。滴定終點確定的方法：滴定終點確定的方法： 作作GV關系圖：以兩條斜率不同的直線關系圖：以兩條斜率不同的直線或其延長線的交點作為滴定終點?；蚱溲娱L線的交點作為滴定終點。 準確度：準確度：0.51% 三、某些物理化學常數的測定：三、某些物理化學常數的測定：1、 電離度與電離度與平衡常數平

22、衡常數如如: HAc = H+ + Ac- c(1- ) c c 212(1)1acccKc00035041391HAcHAc由實驗測定由實驗測定HAc的濃度為的濃度為1.11410-4 mol/L時的電時的電導率導率127.7，計算：，計算：127.70.327391251.77 10(1)1acccKc當弱電解質在溶液里達到電當弱電解質在溶液里達到電離平衡時，溶液中已經電離離平衡時，溶液中已經電離的電解質分子數占原來總分的電解質分子數占原來總分子數的百分數叫做電離度子數的百分數叫做電離度。 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，時，實驗測定實驗測定AgBr飽和水溶液的電導飽和水溶液的電導率率: =1.57610-6 S/cm；純水的電導率：純水的電導率： =1.51910-6 S/cm校正后校正后 AgBr 的電導率：的電導率： 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：如：乙酸乙脂的皂化反應：3、 化學反應常數的測定化學反應常數的測定