ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА - раздел Химия, СБОРНИК ЗАДАЧ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ Электрохимические Методы Анализа Основаны На Изучении И Использовании Окис...
Электрохимические методы анализа основаны на изучении и использовании окислительно-восстановительных процессов, протекающих на поверхности электрода или в приэлектродном слое раствора электролита.
Любой электрический параметр (потенциал, сила тока, сопротивление и др.), функционально связанный с концентрацией определяемого компонента и поддающийся правильному измерению, может служить аналитическим сигналом.
Чувствительные элементы небольших размеров, генерирующие аналитический сигнал, интенсивность которого зависит от концентрации определяемого вещества, называются сенсорами.
Сенсор – это первичное устройство, регистрирующее (откликающееся) на определенные свойства окружающей среды и позволяющее регистрировать этот отклик в виде соответствующего электрического (оптического и др.) сигнала.
Физические сенсоры определяют такие свойства, как температура, давление и пр.
Химические сенсоры дают информацию о присутствии и концентрации различных веществ в этих средах.
Например, для определения концентрации углекислого газа используются кондуктометрические сенсоры, основанные на измерении электрической проводимости водного раствора диоксида углерода. Увеличение электропродности анализируемого раствора (за счет наличия в нем ионов Н+ и НСО32-) по сравнению с холостым (без СО2) является аналитическим сигналом.
Различают прямые и косвенные электрохимические методы. В прямых методах используют зависимость величины измеряемого параметра от концентрации измеряемого компонента. В косвенных методах силу тока (потенциал, сопротивление и т.д.) измеряют с целью нахождения конечной точки титрования определяемого компонента подходящим титрантом, т.е. используют зависимость измеряемого параметра от объема титранта.
Для любого рода электрохимических измерений необходима электрохимическая цепь или электрохимическая ячейка, составной частью которой является анализируемый раствор. Ячейка состоит из пары электродов, погруженных в раствор электролита. Это устройство позволяет пространственно разделить процессы окисления и восстановления. В этом случае перенос электронов от восстановителя к окислителю осуществляется с помощью пары электродов и проводников во внешней цепи. непосредственный контакт окислителя и восстановителя устраняют, помещая их в отдельные сосуды. Если соединить электроды внешним проводником, а растворы солевым мостиком, то электроны, полученные одним электродом от восстановителя, перейдут по внешнему проводнику ко второму электроду и будут отданы окислителю. В результате на поверхности одного из электродов будет протекать реакция окисления (анод), а на другом восстановления (катод). Во внешней цепи потечет электрический ток.
Электрохимические ячейки бывают двух типов: гальванические элементы и электролитические ячейки (электролизеры). В гальваническом элементе химические реакции протекают самопроизвольно на границе раздела электрод/электролит, а электроды соединены друг с другом проводником. Несколько гальванических элементов, соединенных последовательно, образуют батарею – химический источник тока. В электролитической ячейке реакции на границе раздела электрод/электролит протекают за счет внешнего источника электрической энергии; последняя превращается в химическую энергию продуктов реакций, протекающих на электродах. Устройство гальванического элемента представлено на рис. 1, а электролизера – на рис. 2. Отметим, что одна и та же ячейка в зависимости от режима работы может вести себя то как гальванический элемент, то как электролизер. Так, автомобильный свинцовый аккумулятор действует как гальванический элемент, когда используется для запуска двигателя (при этом он разряжается), и как электролизер, когда заряжается от автомобильного генератора или от зарядного устройства.
Рис. 1
Простой гальванический элемент, созданный в 1836 Дж.Даниелем (рис. 1), состоит из двух электродов: цинкового, погруженного в водный раствор сульфата цинка, и медного, погруженного в водный раствор сульфата меди (II). Такой элемент аналогичен медно-цинковым пáрам в вольтовом столбе. При замкнутой внешней цепи атомы цинка на поверхности цинкового электрода окисляются до ионов с высвобождением электронов: Zn → Zn2+ + 2e– . Эти электроны перемещаются по внешней цепи на медный электрод и восстанавливают ионы меди до атомов: Cu2+ + 2e– → Cu. Поток электронов во внешней цепи – это и есть ток, вырабатываемый элементом. Суммарная реакция, приводящая к химическому превращению и к генерации электрической энергии, имеет вид:
Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+
Точно такая же реакция протекает при добавлении металлического цинка в раствор сульфата меди, но в этом случае химическая энергия переходит в тепловую.
Электрохимические ячейки часто представляют схематически, обозначая границу между электродом и электролитом вертикальной или косой чертой (| или /), а солевой мостик – двумя косыми черточками (//). Так, гальваническому элементу на рис. 1 отвечает запись:
Zn / Zn2+ (1М)// Cu2+ (1М)/ Cu
где M – молярная концентрация раствора В электролитической ячейке, изображенной на рис. 2, протекают те же реакции, что и в промышленных электролизерах для получения хлора и щелочи: превращение рассола (концентрированного водного раствора хлорида натрия) в хлор и гидроксид натрия NaOH:
Рис. 2
2Cl- + 2H2O → Cl2 + H2 + 2OH-
Хлорид-ионы на графитовом электроде окисляются до газообразного хлора, а вода на железном электроде восстанавливается до водорода и гидроксид-иона. Электролиты остаются электронейтральными благодаря перемещению ионов натрия через перегородку – ионообменную мембрану. Электрод, на котором осуществляется окисление (цинк на рис. 1 и графит на рис. 2), называется анодом, а электрод, на котором происходит восстановление, – катодом. На катоде протекает реакция: · 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН- При этом происходит накопление отрицательного заряда в растворе за счет образования гидроксид-анионов (ОН-). Для нейтрализации заряда через полупроницаемую перегородку из прианодного раствора поступают катионы натрия (Na+) и формируют NaОН. На аноде протекает реакция:
2Cl- + 2е- → Cl2
При этом в растворе нарушается равновесие количества отрицательного (Cl-) и положительного заряда (Na+), так как уменьшается количество хлорид-анионов. Поэтому начинается перемещение избытка катионов натрия из прианодного раствора к катодному. У катода образуется щелочной раствор, а у анода уменьшается концентрация NaCl (вода опресняется). Один из электродов должен обратимо реагировать на изменение состава анализируемого раствора, чтобы по наличию (или отсутствию) аналитического сигнала и его интенсивности можно было судить о том, есть ли интересующий нас компонент в растворе и сколько его. Этот электрод, являющийся как бы зондом называют индикаторным. Индикаторный электрод не должен реагировать с компонентами ратвора, поэтому для их изготовления применяют химически инертные токопроводящие материалы: благородные металлы (золото, платина, ртуть), углеродные материалы (графит, стеклоуглерод). Бывают мембранные (ионселективные) и металлические индикаторные электроды. Возникновение потенциала мембранного электрода обусловлено ионообменными процессами на границе раздела электрод - раствор, потенциал металлического электрода определяется электронообменными процессами на межфазной границе. Потенциал ионселективного электрода линейно зависит от логарифма активности (lga) определяемого иона в растворе. Потенциал металлического электрода - от логарифма активности собственных ионов в растворе. Для анализа много компонентных смесей используют мультисенсорные системы, т.е. в один раствор опускается несколько мембранных электродов, каждый из которых подает сигнал на наличие определенного вещества в смеси. Второй электрод - это электрод сравнения. Он обладает постоянным, не зависящим от состава раствора потенциалом. В качестве электродов сравнения используют хлоридсеребрянный и каломельный электроды. Хлоридсеребрянный электрод состоит из серебрянной проволочки покрытой слоем хлорида серебра и погруженной в раствор хлорида калия, насыщенный хлоридом серебра.
Факультет экологической медицины... Кафедра биохимии и биофизики...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Пырко А. Н.
Сборник задач и контрольные задания по аналитической химии / А. Н. Пырко. Мн. 2010. 140 с.
Сборник включает теоретические сведения основ аналитической химии
ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
Все расчеты в химии вообще и в аналитической в частности основаны на законе эквивалентов: Вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах.
Эквивалент - это реальная или у
Способы выражения концентрации растворов
Все расчеты в аналитической химии осуществляются с использованием различных выражений концентраций веществ. Определение количества вещества в растворе – это определение его концентрации в данном ра
Связь различных способов выражения концентрации растворов
Очевидно, что значение концентрации растворенного вещества в данном растворе зависит от способа ее выражения, причем, существует определенная зависимость величин концентраций. Например, если концен
Ионная сила и рН растворов
Большинство аналитических определений осуществляется в растворах, поэтому необходимо знать их основные свойства. Важным свойством раствора является его ионная сила, которая определяется как полусум
Расчет рН растворов разных электролитов
При определении концентрации кислот и оснований важное значение имеет расчет рН растворов. Можно выделить несколько видов кислотно-основных растворов: сильной кислоты или основания, слабой кислоты
Решение типовых задач
1. Определить число эквивалентности гидроксида кальция z1 и дигидрофосфата алюминия z2 в реакции: 9 Ca(OH)2 + 2Al(H2PO4)3 = 2Al(OH)
Задачи для самостоятельного решения
1. К 100 мл 0,1 М раствора серной кислоты прибавили 100 мл 0,4 н раствора гидроксида натрия. Определить рН полученного раствора?
Ответ: рН = 13.
2. К 100 мл 0,2 н
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ (ВЕСОВОЙ) МЕТОД АНАЛИЗА
Гравиметрический метод количественного анализа основан на точном измерении массы определяемого компонента, выделенного в свободном состоянии или в виде соединения определенного состава. Это ме
Общая характеристика метода
Гравиметрический метод широко используется для анализа различных объектов с высоким содержанием определяемого компонента. Достоинства метода: а) высокая точность (относительная погрешность
Решение типовых задач
1. При какой концентрации цианид-ионов кадмий (II) количественно осадится в виде Cd(CN)2? Решение:
равновесие Cd(CN)2 = Cd2+ + 2CN- характеризуе
Задачи для самостоятельного решения
1. Выпадет ли осадок SrSO4, если к 0,01 М раствору SrCl2 прибавить равный объем насыщенного раствора сульфата кальция? ПР(CaSO4) = 4,9 .10-5,
Задачи для самостоятельного решения
1. Сколько грамм NaОН необходимо взять чтобы приготовить 250 мл 0,1 н раствора?
Ответ: 2,0 г.
2. Сколько грамм 90%-ной серной кислоты надо взять, чтобы приготовить
Реакции в титриметрическом анализе
Реакции, лежащие в основе титриметрических методов, должны удовлетворять ряду требований. Главными из них являются следующие: 1) реакция должна протекать с большой скоростью, иначе нельзя
Общая характеристика метода
В основе метода лежит реакция передачи протона от титранта к определяемому веществу или наоборот: НА + В → НВ+ + А- кислота основание сопряженная кислота со
Выбор индикатора титрования
1-я т. э. соответствует рН = 4,5. В этой области лежит интервал перехода метилового оранжевого (DрН = 3,5 - 4,5). 2-я т. э. соответствует рН = 9,21. В этой области происходит изменение окр
Решение типовых задач
1. а) Определить молярную массу эквивалента Na3PO4 при титровании стандартным раствором HCl с индикатором метиловым оранжевым.
б) Определить молярную концентрацию экв
Задачи для самостоятельного решения
1 Рассчитать рН и степень диссоциации 0,1 М раствора HNO2. Как изменятся эти величины при добавлении к раствору нитрита калия до концентрации 0,5 моль/л? Kд(HN
МЕТОДЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ТИТРОВАНИЯ
Общая характеристика методов Методы окислительно-восстановительного титрования основаны на использовании окислительно-восстановительных реакций (ОВР). Аналитические возможности методов позв
Перманганатометрия
Основой метода являются реакции окисления восстановителей раствором КМnО4 Основные химические полуреакции: а) в кислой среде (рН<4): МnО4- + 8H
Условия проведения и аналитические возможности метода
Титрование проводят при пониженной или при комнатной температуре, так как при нагревании улетучивается иод, уменьшается чувствительность индикаторной реакции. Титрование проводят в
Задачи для самостоятельного решения
1. Определить фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя в реакции:
а) I2 + 2S2O32- = 2I
Общая характеристика метода
Метод является областью метода комплексометрии и основан на реакции образования прочных комплексов ионов металлов с комплексонами (комплексонатов). Комплексоны это полиаминополикарбоновые кисло
Условия проведения комплексонометрического титрования
1. Необходимо создать оптимальное значение рН. Нижняя граница оптимального для титрования значения рН определяется тем значением рН, при котором комплексонат еще достаточно устойчив. Верхняя границ
Решение типовых задач
1. Определить молярную концентрацию, рабочего раствора ЭДТА (комплексона III), если на титрование навески металлического цинка массой 0,0131 г, растворенного предварительно в кислоте, затратили 18,
Задачи для самостоятельного решения
1. Рассчитать равновесную концентрацию ионов кадмия в 0,1 М растворе [Cd(NH3)4]2+. β([Cd(NH3)4]2+ = 4 . 106
Основные электрохимические методы
Потенциометрия. В потенциометрических методах измеряется разность потенциалов между индикаторным электродом и электродом сравнения в отсутствие тока в электрохимической цепи. В этих условиях
Решение типовых задач
1. Элемент состоит из водородного электрода, опущенного в кровь и каломельного электрода насыщенного раствором KCl, потенциал которо- го равен 0,25В. Определить рН и [Н+] крови п
Задачи для самостоятельного решения
1 Рассчитать окислительно-восстановительный потенциал системы Ag+/Ag0 в 0,1 М растворе AgNO3. Как изменится потенциал при прибавлении к раствору эквивалентного коли
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Хроматография – это способ разделения смеси веществ на отдельные компоненты, основанный на явлении адсорбции и десорбции вещества на поверхности разделяющей подвижную и неподвижную фазы.
СПЕКТРОСКОПИЯ
Спектроскопические методы основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, т.е. на определении характеристик поглощаемого, испускаемого или рассеянного излучения.
Поглощение в УФ- и видимой областях
Спектры поглощения в УФ- и видимой областях содержат как качественную, так и количественную информацию о поглощающем веществе. Последнее и позволяет использовать их в аналитической химии. Поглощени
Люминесценция
Поглотив квант энергии электромагнитного излучения частица вещества переходит из основного, самого нижнего по энергии (S0) электронного состояния, в более высокое по энер
Инфракрасная (ИК) спектроскопия
Спектры поглощения в видимой и УФ-областях, о которых шла речь выше, возникают в результате электронных переходов в атомах и молекулах. Поглощение же в ИК-области обусловлено переходами между колеб
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
Метод ЯМР основан на резонансном поглощении электромагнитной энергии, обусловленном магнетизмом ядер. Это поглощение наблюдается в сильном магнитном поле, под действием которого энергетические уров
Масс-спектрометрия (МС)
Масс-спектрометрия – один из наиболее эффективных и широко применяющихся аналитических методов. Его отличают высокая селективность, чувствительность и точность.
Принцип метода состоит в то
Химические сенсоры
Химические сенсоры являются удобным аналитическим инструментом, который представляет интерес для исследователей и практиков. Постоянное развитие исследований приводит к созданию новых сенсоров, рас
Решение типовых задач
1. Рассчитать молярную концентрацию тирозина в растворе, если известно, что плотность поглощения (D) электромагнитного излучения с длиной волны λмакс. = 275 нм такого раствора в кюв
Задачи для самостоятельного решения
1. Комплекс катиона алюминия с индикатором комплексонометрического титрования ксиленовым оранжевым имеет максимум в спектре поглощения в водном растворе при λмакс. = 540 нм. Определ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ПРОБА
Первой стадией методики анализа является отбор пробы. Погрешность, возникающую на стадии пробоотбора, часто вносят основной вклад в погрешность результата анализа.Аналитическая про
Отбор проб веществ разного агрегатного состояния
Газы: Используют вакуумные мерные колбы или бюретки с соответствующей запорной жидкостью а также контейнеры, а также контейнеры специальные, представляющие собой сосуды из нержавеющей стали, стекла
Получение лабораторной пробы
Генеральную пробу подвергают усреднению, которое подразумевает гомогенизацию и сокращение. Метод сокращения массы пробы - «квартование». Пробу высыпают на поверхность квадрата и делят по диагонали
Разложение пробы
Пробу необходимо перевести в физическую и химическую форму, приемлемую для анализа. Способы разложения пробы зависят от химического состава образца, природы определяемого образца, цели анализа и ис
Дополнение
Основные математические формулы, знание которых необходимо для решения задач по аналитической химии:
рХ = -lgX, при этом Х = 10-рХ = 10lgX; логарифм ч
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Т.1. Титриметические и гравиметрический методы анализа. Москва: Дрофа, 2005. – 366 С.
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. Т.2. Физико-химические мет
Аналитическая химия
(Вопросы к сдаче зачета)
1. Аналитическая химия (аналитика) и химический анализ. Классификация методов аналитической химии. Понятие о химических, физически
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Рис. 1
Рис. 2
ln[Ag+] = Е°(Ag+/Ag) + 
= Е°(Ag+/Ag) + 
ln ПР(Hg2Cl2) - 
Новости и инфо для студентов