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1.方法原理
恒电流库仑分析法又称库仑滴定法,是控制恒定的电流通过电解池,在工作电极上产生一种滴定剂,与溶液中被测物质反应,生成的滴定剂与进行电解时所消耗的电量成正比。由于电解过程电流恒定,因此可由电解过程所需的时间来计算生成的滴定剂的数量。
库仑滴定和一般滴定一样,需用某种方法来检测化学计量点,常用双铂电极电位法指示滴定终点的到达,此时可在双铂指示电极上施加2uA的小电流,由电位突变来确定终点。也可使用双铂电极电流法指示终点的到达,此时可在双铂指示电极上施加10~100mv的低电压使电极极化,达终点时,电流产生突变使指示针偏向一侧(即完全导通或完全断路)而不再变化,此法又称死停终点法。
与经典的容量分析方法比较,库仑滴定的主要优点是省掉了标准溶液的制备、标定和储存等步骤,此优点对C12、 Br2、Ti3+等不稳定的试剂特别重要,它们被电解后立即与被测物反应而不会损失。
本法的优点是不但能做常量分析,而且能测定微量物质,具有灵敏、快速和准确的特点。
2.仪器装置
(1)库仑滴定装置(I)恒电流库仑滴定装置(I)如图2-18所示,由两部分构成:电解控制系统和终点指示系统。电解控制系统由库仑滴定池、恒流电源和计时器组成;终点指示系统由双铂指示电极和控制器组成。库仑滴定池的阳极为工作电极,它可为Pt、Au、Ag、Pb、W或石墨碳(可为片状或网状),在此电极上可产生滴定试剂。滴定池的阴极为铂片或悬汞电极,它为辅助电极,安装在底部带有多孔陶瓷(或微孔玻璃砂芯)的玻璃套管内,与工作电极分开,以避免阴极电解时产生气体(H2)而干扰测定。恒流电源可在1~30mA范围内调节电解电流,
图2-18恒电流库仑滴定装置
1-恒流电源;2-计时器;3-库仑滴定池;4-死停终点法控制器;5-辅助电极;6-工作电极;7-双铂指示电极;8-电流表;9-可变电阻;10-电池
根据被测物的含量而定。计时器多为电子计时器,可准确计量电解时间。指示电极可采用双铂丝或双铂片电极,用电位法或死停终点法指示终点的到达。
应用示例酸碱滴定
利用库仑滴定装置(I),将一定量KBr溶液作为电解液,插入pH玻璃电极和饱和甘汞电极,连接pH计,以指示终点。铂片为工作电极,银丝为辅助电极。加入一定体积(V)的含酸样品,搅拌,并开始电解、计时。此时,
FA极上的反应为:2H2O+2e-=H2+2OH-
阳极上的反应为:Ag+Br-=AgBr↓+e-
阴极上产生的OH-与样品中的H+中和,当pH计指针回到未加样品前的数值时即为终点,立即停止电解,记录电流强度(mA)和时间(S)。
样品的含酸量:
式中,[H+]的单位为mol/L; V的单位为mL。
(2)库仑滴定装置(Ⅱ)如图2-19所示,本装置属于双池式库仑滴定装置,阴极和阳极分置于两个电解池内,以盐桥相连。终点可以用指示剂,也可用电化学方法指示。电解电流强度的测量是借电子管电压表测量电路中R(一个100Ω的精密电阻)上的电压降,再由欧姆定律算出,
图2-19库仑滴定装置(Ⅱ)
双池式库仑滴定装置,可以防止各种电极反应的干扰。
应用示例氧化还原滴定
利用库仑滴定装置(Ⅱ),在右边电解池中,加入75mL含H2S的水样、2g KI和1mL (10g/L)淀粉指示剂,插入铂电极,开动电磁搅拌器进行搅拌。在左边的电解池中,加入75mL 1mol/L Na2SO4溶液,插入铂电极,连接好线路后开始电解并计时,以20mA恒电流电解,此时:
阳极反应2I--2e-=I2
阴极反应2H2O+2e-=H2+2OH-
阳极产生的I2与试液中H2S反应: H2S+I2=S+2HI。若等到153s时,溶液变浅蓝色,表明已达滴定终点,立即停止电解,记录电流强度和电解时间。
库仑滴定法由于能准确测量电解电流和电解时间,测定结果的精密度和准确度都很高,可达0.2%,是准确测量物质含量的基准方法。
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