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电化学部分

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实验一 电导法测定水质纯度

一、 实验目的

1. 掌握电导分析法的基本原理。

2. 学会用电导法测定水纯度的实验方法。 3. 掌握电导池常数的测量技术。 二、 方法原理

水溶液中的离子,在电场作用下具有导电能力。导电能力称为电导(G ),其单位是西门子(S )。电导G 与电阻R 的关系为:

1

G

R =

(12—1)

而导体的电阻与其长度(l )和截面积(A )的关系可用下式表示:

/R

l A ρ=

(12—2)

式中ρ称为电阻率,单位为Ω2㎝。电阻率的倒数(1/ρ)称为电导率(κ),由此,电导与电导率关系可表示为:

//G

A L κκθ=

= (12—3)

式中θ称为电导池常数,是电极间距离(l )与其面积(A )之比。一支电导电极的池常数为确定值。

水质纯度的一项重要指标是其电导率的大小。电导率愈小,即水中离子总量愈小,水质纯度就高;反之,电导率愈大,离子总量愈大,水质纯度就低。普通蒸馏水的电导率约为3~5310-6S 2cm -1,而去离子水可达1310-7S 2cm -1。 三、 仪器和试剂

1.电导仪,电导电极(光亮电极和铂黑电极)。 2.水样:去离子水、蒸馏水、自来水。 3.氯化钾标准溶液。 四、 实验步骤

1. 测定电导池常数

(1) 仔细阅读电导仪的使用说明书,掌握电导仪的使用,电导电极的使用。 (2) 将电导仪接上电源,开机预热。装上电导电极,用蒸馏水冲洗几次,并用滤纸吸去水珠。

(3) 将洗净的电极再用氯化钾标准溶液清洗,并用滤纸沾去水珠。随后浸入欲

测的KCl 标准溶液中,启动测量开关进行测量。由测量结果确定电导池常

数。

2. 水样电导率的测定

取去离子水、蒸馏水、自来水分别置于3个50mL 烧杯中,用蒸馏水、欲测水样依次清洗电极,逐一进行测量。

五、结果处理

1. 计算出所使用的电导电极的池常数。

2.计算出测定水样的电导率和电阻率。

六、问题讨论

1.测量电导,为什么要用交流电源?能不能用直流电源?

2.电导法测量高纯水时,随试液在空气中的放置时间增长,电导而增大,可能影响的因素是什么?

实验二玻璃电极响应斜率和溶液pH的测定

一、实验目的

1.学习酸度计的基本操作。

2.了解酸度计的基本工作原理。

二、实验原理

在进行测定时,把玻璃电极与饱和甘汞电极插入试液组成下列电池:

AgCl,Ag︱内参比溶液︱玻璃膜︱试液¦¦饱和KCl︱Hg2Cl2,Hg

E玻E液接E SCE

E电池=E SCE-E玻+E液接

E玻=k-0.059pH

在一定条件下,E

和E SCE为一常数,因此,电动势可写为

液接

E电池=K+0.059pH(25℃)

就能计算出被测溶液的pH,但实际上由于K值若上式中K值已知,则由测得的E

电池

不易求得,因此,在实际工作中,用已知的标准缓冲溶液作为基准,比较待测溶液和标准溶液两个电池的电动势来确定待测溶液的pH。所以在测定pH时,先用标准缓冲溶液校正酸度计(亦称定位),以消除K值的影响。

三、仪器和试剂

1.pHS—3C型酸度计。

2.玻璃电极和232型饱和甘汞电极。

3.pH标准缓冲溶液。

4.未知pH试液。

5.pH=4.00标准缓冲溶液称取在110℃烘干1~2h的邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)

10.21g在烧杯中溶解后移至1000mL容量瓶中,稀释至刻度,摇匀(也可用市售袋

标准缓冲溶液试剂,按规定配制)。

6.pH=6.86标准缓冲溶液称取磷酸二氢钾(KH2PO4)3.39g和磷酸氢二钠(Na2HPO4)

3.53g于烧杯中,用水溶解,移至1000mL容量瓶中,稀释至刻度,摇匀。

7.pH=9.18标准缓冲溶液称取3.80g硼砂(Na2B4O7·10H2O),在烧杯溶解后,移至1000mL容量瓶中,稀释至刻度(所用蒸馏水需煮沸以除去CO2),摇匀。

四、实验步骤

1.pHS—3C型酸度计的使用,详见仪器使用说明。

2.玻璃电极响应斜率的测定。

一支功能良好的玻璃电极,应该有理论上的Nernst响应,即在不同pH的缓冲溶液中测得的电极电位与pH呈直线关系,在25℃其斜率为59mV/pH。测定方法如下:

(1)接通仪器电源,按使用说明调零、校正,安装好玻璃电极和甘汞电极。在50mL烧杯中盛20mL左右的邻苯二甲酸氢钾缓冲溶液,将电极浸入其中,按下-mV

档。不时摇动烧杯,使指针稳定后读数,记下数据E(单位为mV)。

(2)用蒸馏水轻轻冲洗电极,用滤纸吸干。在50mL烧杯中盛20mL左右的硼砂溶液,按下+mV档,按上述方法操作。

(3)同(2)的操作,更换pH=6.86的缓冲溶液,测其E值。

3.试液的pH测定

(1)将电极用水冲洗干净,用滤纸吸干。

(2)先用广泛pH试纸初测试液的pH,再用与试液pH相近的标准缓冲溶液校正仪

器(例如:若测pH为9.0左右的试液,应选用pH=9.18的标准缓冲溶液定位)。

4.校正完毕后,不得再转动定位调节旋钮,否则应重新进行校正工作。用蒸馏水冲洗电极,用滤纸吸干后,将电极插入试液中,摇动烧杯,使指针稳定后由仪器刻度表

读出pH。

5.取下电极,用水冲洗干净,妥善保存,实验完毕。

五、结果处理

1.用以上测得的E值对pH作图,求其直线的斜率。该斜率即为玻璃电极的响应斜率,若电极响应斜率偏离理论值(59mV/pH)很多,则此电极不能使用。

2.记录所测试样溶液pH结果。

六、思考题

1.测定pH时,为什么要选用与待测溶液的pH相近的标准缓冲溶液来定位?

2.为什么普通的毫伏计不能测量pH?

实验三用氟离子选择性电极测定水中微量F-离子

一、实验目的

学习氟离子选择性电极测定微量F-离子的原理和测定方法。

二、实验原理

氟离子选择性电极的敏感膜为LaF

3单晶膜(掺有微量EuF

2

,利于导电),电极管内放入

NaF+NaCl混合溶液作为内参比溶液,以Ag-AgCl作内参比电极。当将氟电极浸入含F-离子溶液中时,在其敏感膜内外两侧产生膜电位△φ

M

△φ

M

= K-0.059 lg a F- (25℃)

以氟电极作指示电极,饱和甘汞电极为参比电极,浸入试液组成工作电池:

Hg,Hg

2Cl

2

| KCl(饱和)‖F- 试液| LaF

3

| NaF,NaCl(均为0.1mol/L) | AgCl,Ag

工作电池的电动势

E = K ′- 0.059 lg a F- (25℃)

在测量时加入以HAc,NaAc,柠檬酸钠和大量NaCl配制成的总离子强度调节缓冲液(TISAB)。由于加入了高离子强度的溶液(本实验所用的TISAB其离子强度μ>1.2),可以在测定过程中维持离子强度恒定,因此工作电池电动势与F-离子浓度的对数呈线性关系:

E = k - 0.059 lg C F-

本实验采用标准曲线法测定F-离子浓度,即配制成不同浓度的F-标准溶液,测定工作电池的电动势,并在同样条件下测得试液的E x,由E - lg C F-曲线查得未知试液中的F-离子浓度。当试液组成较为复杂时,则应采取标准加入法或Gran作图法测定之。

氟电极的适用酸度范围为pH=5~6,测定浓度在100~10-6mol/L范围内,△φ

M

与lg C F-

呈线性响应,电极的检测下限在10-7mol/L左右。

三、仪器与试剂

仪器:

1. 酸度计

2. 氟离子选择性电极

3. 饱和甘汞电极

4. 电磁搅拌器

试剂:

1. 0.100mol/L F-离子标准溶液:准确称取120℃干燥2h并经冷却的优级纯NaF4.20g 于小烧杯中,用水溶解后,转移至1000mL容量瓶中配成水溶液,然后转入洗净、干燥的塑料瓶中。

2. 总离子强度调节缓冲液(TISAB):于1000mL烧杯中加入500mL水和57mL冰乙酸,

58gNaCl,12g柠檬酸钠(Na

3C

6

H

5

O

7

?2H

2

O),搅拌至溶解。将烧杯置于冷水中,在pH计的监测

下,缓慢滴加6 mol/L NaOH溶液,至溶液的pH=5.0~5.5。冷却至室温,转入1000mL容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀。转入洗净、干燥的试剂瓶中。

3. F-离子试液,浓度约在10-1~10-2mol/L。

四、实验步骤

1. 按酸度计操作步骤调试仪器,按下-mV按键。摘去甘汞电极的橡皮帽,并检查内电极是否浸入饱和KCl溶液中,如未浸入,应补充饱和KCl溶液。安装电极。

2. 准确吸取0.100mol/L F-离子标准溶液10.00mL,置于100mL容量瓶中,加入TISAB10.0mL,用水稀释至刻度,摇匀,得pF=2.00溶液。

3. 吸取pF=2.00溶液10.00mL,置于100mL容量瓶中,加入TISAB9.0mL,用水稀释至刻度,摇匀,得pF=3.00溶液。

仿照上述步骤,配制pF=4.00,pF=5.00,pF=6.00溶液。

4. 将配制的标准溶液系列由低浓度到高浓度逐个转入塑料小烧杯中,并放入氟电极和饱和甘汞电极及搅拌子,开动搅拌器,调节至适当的搅拌速度,搅拌3min,至指针无明显移动时,读取各溶液的-mV值。读取时注意使眼睛、指针和镜中的影像三者在一直线上。

如分档开关指向2,负刻度读数为0.25,则溶液的-mV值为(2+0.25)3100=225。

5. 吸取F-离子试液10.00mL,置于100mL容量瓶中,加入10.0mLTISAB,用水稀释至刻度,摇匀。按标准溶液的测定步骤,测定其电位E x值。

五、数据及处理

3. 在标准曲线上找出与E X值相应的pF值,求得原始试液中F-离子的含量,以g/L表示。

六、思考题

1. 本实验测定的是F-离子的活度,还是浓度?为什么?

2. 测定F-离子时,加入的TISAB由哪些成份组成?各起什么作用?

3. 测定F-离子时,为什么要控制酸度,pH值过高或过低有何影响?

4. 测定标准溶液系列时,为什么按从稀到浓的顺序进行?

实验四硫酸铜电解液中氯离子的电位测定

一、实验目的

1.学习电位滴定的基本原理和操作技术;

2.掌握电位滴定分析确定滴定终点的方法。

二、方法原理

电位滴定法是根据滴定过程中指示电极电位的变化来确定终点的定量分析方法。

用电解法精练铜时,硫酸铜电解液中的氯离子浓度不能过大,需要经常加以测定。由于硫酸铜溶液本身具有很深的蓝色,无法用指示剂来确定终点,所以不能用普通容量法进行滴定。

用电位滴定法测定氯离子时,以硝酸银为滴定剂,在滴定过程中,氯离子和银离子的浓度发生变化,可用银电极或氯离子选择性电极作为指示电极,指示在化学计量点附近发生的电位突跃。本实验以银电极作指示电极。

银指示电极的电位可以根据能斯特公式计算:

化学计量点前,电极的电位决定于Cl-的浓度。

E=E⊙Ag+/Ag-0.059㏒[Cl-]

化学计量点时,[Ag+]=[Cl-],可由K sp,AgCl求出Ag+的浓度,由此计算出Ag电极的电位。

化学计量点后,电极电位决定于Ag+的浓度,其电位由下式计算:

E=E⊙Ag+/Ag+0.059㏒[Ag+]

在化学计量点前后,Ag电极的电位有明显的突跃。

因为测定的是氯离子,所以要用带硝酸钾盐桥的饱和甘汞电极作为参比电极,也可采用饱和硫酸亚汞电极,以避免氯离子的沾污,饱和硫酸亚汞电极的电位为+0.620V。

滴定终点可由电位滴定曲线来确定。即E—V曲线、△E/△V—V一次微商曲线和△2E/△V2—V二次微商曲线。

三、仪器及试剂

1.滴定装置。

2.自动电位滴定仪。

3.10mL滴定管。

4.银离子选择性电极。银电极事先用金相砂纸擦去表面氧化物。

5.0.0500mol2L-1硝酸银标准溶液准确称取8.500g分析纯硝酸银,用水溶解后稀释至1L。此溶液最好用标准氯化钠溶液进行标定。

6.硫酸铜电解液若没有硫酸铜电解液,可用含有氯离子的硫酸铜溶液代替。称取

0.12g~0.14gNaCl溶于2000mL硫酸铜溶液中即为硫酸铜电解液。

四、实验步骤

1.手动电位滴定

将银离子选择性电极及饱和甘汞电极(带盐桥)装在滴定台的夹子上。按使用说明设置好仪器。

准确吸取硫酸铜电解液25.00mL,置于150mL烧杯中,加水约25mL,放入搅拌磁子,置于电磁搅拌器上。将两电极浸入试液,按下读数开关,读取初始电位,一边搅拌,一边按动装置的滴定开始按键。

每加入一定体积的硝酸银溶液,记录一次电位值,读数时停止搅拌。开始滴定

时,每次可加1.00mL ;当达到化学计量点附近时(化学计量点前后约0.5mL ),每次加0.10mL ;过了化学计量点后,每次仍加1.00mL ,一直滴定到9.00mL 。 2. 自动电位滴定

根据手动电位滴定曲线图(△2E/△V 2—V 图),可求得终点电位。以次电位值

为控制依据,进行自动电位滴定。

取试液25.00 mL ,加水约25 mL ,插入电极,按下滴定开始按键,此时终点指示灯亮,滴定指示灯时亮时暗,随着AgNO 3溶液的加入,电表指针向终点逐渐接近,当电表指针到达终点时,终点指示灯熄灭,滴定结束,记下AgNO 3用量。

实验结束,将仪器复原,洗净电极,擦干,干燥保存。

五、 结果处理

1. 根据手动电位滴定的数据,绘制电位(E )对滴定剂体积(V )的滴定曲线以及△E/△V —V 、△2

E/△V 2

—V 曲线。并用二次微商法确定终点体积。

2. 根据滴定终点所消耗的硝酸银溶液的体积,计算试液中Cl -的质量浓度(以g·L -1表示)。 六、思考题

1. 硝酸银滴定氯离子时,是否可以用碘化银电极作指示电极? 2. 化学分析中的容量分析法相比,电位滴定法有何特点?

实验五 乙酸的电位滴定分析及其离解常数的测定

一、目的要求

1.学习电位滴定的基本原理和操作技术:

2.运用pH-V 曲线和(ΔpH/ΔV )-V 曲线与二级微商法确定滴定终点; 3.学习测定弱酸离解常数的方法。

二、基本原理

乙酸CH 3COOH (简写作HAc)为一弱酸,其pK a =4.74,当以标准碱溶液滴定乙酸试液时,在化学计量点附近可以观察到pH 值的突跃。

以玻璃电极和饱和甘汞电极插入试液即组成如下的工作电池:

Hg Cl Hg KCl HAc L mol HCl AgCl

Ag ,)

1.0(,221

(饱和)

试液

玻璃膜-?

该工作电池的电动势在酸度计上反映出来,并表示为滴定过程的pH 值,记录加入标准碱溶液的体积V 和相应被滴定溶液的pH 值,然后由pH-V 曲线或(ΔpH/ΔV )-V 曲线求得终点时消耗的标准碱溶液的体积,也可用二级微商法,于Δ2pH/ΔV 2 =0处确定终点。根据标准碱溶液的浓度,消耗的体积和试液的体积,即可求得试液中乙酸的浓度或含量。

根据乙酸的离解平衡

HAc

H ++Ac -

其离解常数

当滴定分数为50 %时,[Ac-] =[HAc],此时

K a =[H+] 即pK

a

= pH

因此在滴定分数为50%的pH值,即为乙酸的pK

a

值。

三、仪器

1.自动电位滴定计(酸度计)

2.玻璃电极

3.甘汞电极

四、试剂

1. 1.000mol2L-1草酸标准溶液

2.0.1mol2L-1NaOH标准溶液(浓度代标定)

3.乙酸试液(浓度约为1mol2L-1)

4.0.05mol2L-1邻苯二甲酸氢钾溶液,pH=4.00(20℃)

5.0.05mol2L-1 Na

2HPO

4

+ 0.05mol2L-1 KH

2

PO

4

混合溶液,pH=6.88(20℃)

五、实验步骤

1.按照自动电位滴定仪操作步骤调试仪器,将选择开关置于pH滴定档。

摘去饱和甘汞电极的橡皮帽,并检查内电极是否浸入饱和KCl溶液中,如未浸入,应补充饱和KCl溶液。在电极架上安装好玻璃电极和饱和甘汞电极,并使饱和甘汞电极稍低于玻璃电极,以防止烧杯底碰坏玻璃电极薄膜。

2.将PH=4.00(20℃)的标准缓冲溶液置于100 mL小烧杯中,放入搅拌子,并使两支电极浸入标准缓冲溶液中,开动搅拌器,进入酸度计定位,再以pH=6.88(20℃)的标准缓冲溶液校核,所得读数与测量温度下的缓冲溶液的标准值PHS之差应在±0.05 单位之内。

3.准确吸取草酸标准溶液10 mL,置于100 mL容量瓶中用水稀释至刻度,混合均匀。

4.准确吸取稀释后的草酸标准溶液

5.00mL,置于10 0mL烧杯中,加水至30mL,放入搅拌子。

5.以待定的NaOH溶液装入微量滴定管中,使液面在0.00mL处。

6.开动搅拌器,调节至适当的搅拌速度,进行粗测,即测量在加入NaOH溶液0,1,2,。。。8,9,10mL时的各点的pH值。初步判断发生pH值突跃时所需的NaOH体积范围(ΔVex)。

7.重复4,5操作,然后进行细测,即在化学计量点附近取较小的等体积增量,以增加测量点的密度,并在读取滴定管读数时,读准至小数点后第二位。如在粗测时ΔVex 为8-9m L,则在细测时以0.10mL为体积增量,测量加入NaOH溶液8.00,8.10,8.20。。。。8.90和9.00mL各点的pH值。

8.吸取乙酸试液10.00mL,置于100mL容量瓶中,稀释至刻度,摇匀。吸取稀释后的乙酸溶液10.00mL,置于100mL烧杯中,加水至约30mL。

9.仿照标定NaOH时的粗测和细测步骤,对乙酸进行测定。

在细测时于?ΔVex 处,也适当增加测量点的密度,如ΔVex 为4-5mL,可测量加入

2.00,2.10,。。。,2.40和2.50mLNaOH溶液时各点的pH值。

六、数据处理

1.NaOH溶液浓度的标定。

(1)实验数据及计算

粗测

ex 细测

(2)于方格纸上作 pH-V 和(ΔpH/ΔV )-V 曲线,找出终点体积V ep 。 (3)用内插法求出Δ2

pH/ΔV 2

=0处的NaOH 溶液的体积 V ep 。

(4)根据(2),(3)所得的V ep ,计算 NaOH 标准溶液的浓度。 2. 乙酸浓度及离解常数K a 的测定 (1)实验数据及计算

粗测 ΔV ex =_____mL

细测

仿照上述 NaOH 溶液浓度标定的数据处理方法,画出曲线,求出终点V ep . (2)计算原始试液中乙酸的浓度,以 g2L -1表示。

在pH-V 曲线上,查处体积相当于1/2 V ep 时的pH 值,即为乙酸的pK a 值. 七、思考题

1.如果本次实验只要求测定HA C 含量,不要测定PK S ,实验中哪些步骤可以省略?

2.在标定NaOH 溶液浓度和测定乙酸含量时,为什么都采用粗测和细测两个步骤?

实验六 循环伏安法测定电极反应参数

一、实验目的

1、 学习循环伏安法测定电极反应参数的基本原理

2、 熟悉伏安法测量的实验技术

二、基本原理

循环伏安法(CV )是重要的电分析化学研究方法之一。在电化学、有机化学、生物化学的研究领域应用广泛。由于它的仪器简单,操作方便,图谱解析直观,因此是最常用方法之一。

CV 方法是将循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间,记录工作电极上得到的电流与施加的电压之间的关系曲线。这种方法也常被称为三角波线性电位扫描方法。当工作电极被施加的扫描电压激发时,其上将产生响应电流。以该电流对电位作图,称为循环伏安图。典型的循环伏安图入下图所示。该图是在1.0 mol/L KNO 3电解质溶液中,6x10-3

mol/L K 3Fe(CN)6在Pt 工作电极上的反应所得到的结果。

6x10-3 mol/L K 3Fe(CN)6在1.0 mol/L KNO 3电解质溶液中的循环伏安图

扫描速度: 50 mV/s 铂电极面积: 2.54 mm 2

由图可见,起始电位Ei 为+0.8 V (a 点), 电位比较正的目的是为了避免电极接通后Fe(CN)63-发生电解。然后沿负的电位扫描,如箭头所指方向,当电位至Fe(CN)63-可以还原时,即析出电位,将产生阴极电流(b 点)。其电极反应为:

Fe Ⅲ(CN)63- + e - → Fe Ⅱ(CN)64-

随着电位的变负,阴极电流迅速增加(b →d ),直至电极表面的Fe Ⅲ

(CN)63-

浓度趋近于零,电流在d 点达到最高峰。然后电流迅速衰减(d →g ), 这是因为电极表面附近溶液中的Fe(CN)63-几乎全部电解转变为Fe(CN)64-而耗尽,即所谓的贫乏效应。当电压扫描至-0.15 V (f 点)处,虽然已经转向开始阳极化扫描,但这时的电极电位仍然相当的负,扩散至电极表面的Fe(CN)63-仍然在不断还原,故仍呈现阴极电流,而不是阳极电流。当电极电位继续正向变化至Fe(CN)64-的析出电位时,聚集在电极表面附近的还原产物Fe(CN)64-被氧化,其反应为:

Fe(CN)64- - e - → Fe(CN)63-

这时产生阳极电流(i →k )。阳极电流随着扫描电位正移迅速增加,当电极表面的Fe(CN)64-浓度趋于零时,阳极化电流达到峰值(j )。扫描电位继续正移,电极表面附近的Fe(CN)64-

耗尽,阳极电流衰减至最小(k 点)。当电位扫描至0.8 V 时,完成第一次循环,获得了循环伏安图。

简言之,在正向扫描(电位变负)时,Fe(CN)63-在电极上还原产生阴极电流而指示电极表面附近它的浓度变化的信息。在反向扫描(电位变正)时,产生的Fe(CN)64-重新氧化产生阳极电流而指示它是否存在和变化。因此,CV 法能迅速提供电活性物质电极反应过程的可逆性,化学反应历程、电极表面吸附等许多信息。

循环伏安图中可以得到的几个重要参数是:阳极峰电流(ipa ),阴极峰电流(ipc ),阳极峰电位(Epa )和阴极峰电位(Epc )。测量确定ip 的方法是:沿基线作切线外推至峰下,从峰顶作垂线至切线,其间高度即为ip 。Ep 可直接从横轴与峰顶对应处二读取。

对可逆氧化还原电对的式量电位E θ与Epa 和Epc 的关系可表示为:

E θ = (Epa - Epc) / 2 (1) 而两峰间的电位差为:

?Ep = Epa – Epc ≈ 0.056 / 2 (2)

对于铁氰化钾电对,其反应为单电子过程,可从实验中测出?Ep并与理论值比较。

对可逆体系的正向峰电流,由Randles-Savcik方程可表示为:

ip = 2.69 x 105 n3/2AD1/2v1/2 c (3)

其中:ip为峰电流(A),n为电子转移数,A为电极面积(cm2),D为扩散系数(cm2/s), v为扫描速度(V/s),c为浓度(mol/L)。

由上式,ip与v1/2和c都是直线关系,对研究电极反应过程具有重要意义。在可逆电极反应过程中,ipa / ipc ≈ 1 (4)

对一个简单的电极反应过程,式(2)和式(4)是判断电极反应是否可逆体系的重要依据。

三、仪器与试剂

电化学综合测试系统一套

铁氰化钾溶液:2.0 x 10-2 mol / L

抗坏血酸溶液:2.0 x 10-2 mol / L

硝酸钾溶液:1.0 mol / L

磷酸二氢钾溶液:0.5 mol / L

四、实验步骤

1、Pt工作电极的预处理

将铂工作电极在金相砂纸上轻轻擦拭至光亮,用超声波清洗1-2 min。

2、配置溶液

按教师说明配置系列铁氰化钾、抗坏血酸等溶液。

3、循环伏安法测定

将配置的系列铁氰化钾溶液逐一转移至电解池中,插入干净的电极系统。以50 mV / s 的扫描速度测量,并记录结果。当测量较高浓度溶液时,可逐步改变扫描速度进行测量。

在完成每一个扫描的测定后,需要轻轻搅动几下电解池的试液,使电极附近溶液恢复至初始条件。

如上述操作3处理抗坏血酸试液。

五、结果处理

1、列表总结铁氰化钾和抗坏血酸的测量结果。

2、绘制铁氰化钾和抗坏血酸的循环伏安图

3、求算铁氰化钾电极反应的n和E 。

4、绘制抗坏血酸的Epa与v的关系曲线。

六、问题讨论

1、铁氰化钾溶液与抗坏血酸溶液的循环伏安图有何差异,如何解释?

2、铁氰化钾的Epa对其相应的v是什么关系,由此表明什么?

3、由循环伏安图解释两种物质在电极上的可能反应机理。

色谱分析部分

实验一填充色谱柱的制备

一、实验目的

3、学习固定液的涂渍方法

4、学习装填色谱柱的操作和色谱柱的老化方法

二、基本原理

色谱柱是气相色谱仪的关键部件之一,制备气液色谱的色谱柱,一般应考虑以下几方面:1、担体的选择与预处理

依据被测组分的极性大小选择不同的担体,并通过酸洗、碱洗或硅烷化、釉化等方式进行预处理,以改进担体孔径结构和屏蔽活性中心,从而提高柱效。担体的颗粒度常用80 ~ 120目。常用的部分担体及其性能见下表:

部分常用的气液色谱担体

担体名称国内生产厂特点用途国外相应商

品名称

红色硅藻土6201 大连催化剂厂有一般红色

担体特点

分析非极性和弱极

性物质

Chromosorb

P

上试201 上海试剂一厂

白色硅藻土上试101 上海试剂一厂有一般白色

担体特点

宜于配合极性固定

液,分析极性或碱

性物质

Celite 545 上试102 上海试剂一厂Gas Chrom

A,Q

非硅藻土类担体高分子多

孔微球

GDX-101

-104

天津试剂二厂随聚合材料

的不同,极性

有所变化

分析气相和液相中

的水、低级醇、CO、

CH

4

、H

2

S、SO

2

、NH

3

Chromosorb

101-103

Porapak P

有机担体

401、402

上海试剂一厂Cekachom

1-3

玻璃微珠

载体

上海试剂一厂比表面积小分析高沸点和易分

解物质,固定液含

量<1%

Anaport

glass bead

2、固定液的选择

依据相似相溶的原理和被测组分的极性,选择合适的固定液

3、确定固定液和担体的比例

一般的固定液预担体的比例为5:100 ~ 25:100,该比例直接影响担体表面固定液液膜的厚度,因而影响色谱柱的柱效

4、柱管的选择与清洗

一般填充柱的柱长为0.5 ~ 5米,柱的内径为2 ~ 6 毫米,柱管材质有不锈钢、玻璃等,使用前需要用酸碱反复清洗。

5、色谱柱的装填与老化

固定相在柱管内应该装填得均匀紧密,并在装填过程中不被破碎,才能获得高的柱效。固定相在装填后还需要进行老化处理,以除去残留的溶剂和低沸点杂质,并使固定液液膜牢固、均匀地涂布在担体表面。

三、仪器和试剂

1、气相色谱仪

2、干燥箱

3、筛子 80目~ 100目

4、真空泵

5、色谱柱管长2米,内径2 毫米的螺旋状不锈钢管

6、氮气钢瓶

7、固定液

8、担体 102白色担体

9、乙醚、盐酸、氢氧化钠等

四、实验步骤

1、担体的预处理

称取100克80目~ 100目的白色担体,用80目和100目筛子过筛,在105°C烘箱中烘干4-6小时,以除去担体吸附的水分,冷却后保存在干燥器内备用。

2、固定液的涂渍

称取固定液1.0克于150 mL蒸发皿中,加入适量乙醚溶解,乙醚的加入量应能够浸没担体并保持有3~5 mm的液层。然后加入20g 处理好的白色担体,搅拌均匀后置于通风橱内使乙醚自然挥发,并不时轻缓搅拌,待乙醚挥发完毕后,用红外灯适当烘干,即可准备装填。

3、色谱柱的装填

将色谱柱管一端和水泵连接,另一端接一漏斗,倒入50 mL 1~2 mol.L-1的盐酸溶液,浸泡5~6 分钟,然后用水抽洗至中性;再用50 mL 1~2 mol.L-1的氢氧化钠溶液浸泡抽洗,然后用水抽洗至中性;如此反复2~3次,最后用水抽洗至中性,烘干备用。

实验室多用真空泵抽洗装填。在备用的不锈钢管的末端垫一层干净的玻璃棉,启动真空泵,通过小漏斗将固定相填料迅速吸入柱管,同时用小木棒轻轻敲打柱管的各个部位,使固定相填料均匀而且紧密地装填在柱管内,直到固定相填料不再继续进入柱管为止。

4、色谱柱的老化

(1)把装填好的色谱柱的进气口与色谱仪上载气口相连接,色谱柱的出气口直接接通大气。不能接检测器,以免检测器受杂质污染。

(2)开启载气,使其流量为2~5 mL.min-1,并检查系统有无漏气。

(3)开启色谱仪上的总电源和柱箱温度控制器开关,调节柱箱温度至250°C,进行老化处理4~8小时。然后接上检测器,开启记录仪电源,待记录的基线平直,说明

老化处理完毕,即可用于测定。

思考题

1、通过本实验,考虑影响填充色谱柱柱效的因素有哪些?

2、色谱柱为什么需要进行老化?

实验二自制备填充色谱柱的柱效测定

一、实验目的

1、了解气相色谱仪的基本结构、工作原理和操作技术

2、学习色谱柱柱效的测定方法

二、基本原理

色谱柱的柱效能(柱效)是评价色谱柱性能的一项重要指标,混合物能否在色谱柱中得到分离,除需要合适的固定相外,还与色谱操作条件及色谱柱的装填状况等因素有关。在一定的色谱操作条件下,色谱柱的柱效可以用理论塔板数或理论塔板高度来衡量。在实际工作

中,使用有效塔板数n

有效及有效塔板高度H

有效

来表示柱效更为准确,更加能够反映色谱柱

分离的好坏:

n

有效 = 5.54 (t

R

’ / Y

1/2

) 2 = 16 (t

R

’ / Y ) 2

H

有效 = L / n

有效

; t

R

’= t

R

- t

M

由于各组分在固定相和流动相之间的分配系数不同,因而同一色谱柱对各组分的柱效也不同,所以在报告柱效时,应说明操作条件和对何种组分而言的。

三、仪器和试剂

1.有记录仪的气相色谱仪,热导池检测器

2.色谱柱:柱长2m,内径2 mm,白色担体上涂渍SE-30(5%/))固定液

3.微量进样器:1 μL,100μL

4.柱温70°C,气化温度150°C

5.热导池检测温度100°C

6.正己烷、正庚烷、正辛烷(均为A.R)

四、实验步骤

1.在开启仪器之前,对照仪器读懂气相色谱仪的操作说明。

2.在教师指导下,开启仪器:

(1)打开氢气钢瓶,调节减压阀,使出口压力为0.5MPa;

(2)打开转子流速计,调节载气流速为25~35mL/min;

(3)接通柱炉、气化室和检测器的电流,用温控旋钮它们的温度至设定值

(4)打开记录仪(或色谱工作站)。

3.分别注射正己烷、、正庚烷、正辛烷等纯试剂0.5μL,各2~3次,记录色谱图上各峰的色谱数据

4.分别注射空气100μL,并重复2~3次,记录色谱图上的有关数据

5.完成实验后,按仪器操作中的有关细节关闭仪器

五、数据及处理

1、记录色谱条件

包括色谱柱长、内径、固定相、固定液及配比、载气及流量、柱温、检测温度、桥流等2、处理空气色谱图,并记录空气峰的死时间t

M

3、处理各个试样的色谱图,并记录图中正己烷、正庚烷、正辛烷的保留时间t

R

及其峰底

宽Y或半高峰宽Y

1/2

(以相同单位表示)

4、分别计算正己烷、正庚烷、正辛烷在该色谱柱上的n

有效和H

有效

,并求出各自的平均值。

六、思考题

1、由本实验测定的有效塔板数可以说明什么问题?

2、用同一根色谱柱,分离不同组分时,其塔板数是否一样,为什么?

实验三 气相色谱的定性和定量分析

一、 实验目的

1. 进一步学习计算色谱峰的分辨率。

2. 熟练掌握根据保留值,用已知物对照定性的方法。 3. 熟练用归一化法定量测定混合物各组分的含量 二、 方法原理

对一个混合试样成功地分离是气相色谱法完成定性定量分析的机春和前提。衡量一对色谱峰分离的程度可用分离度R 表示:

)

(699.1)(2)(2)1(2/1)2(2/1)1()2()

1()2()1()2(Y Y t t Y Y t t R R R R R +-=

+-=

分离度R 为相邻两色谱峰保留值之差与两峰低宽平均值之比。当R<1.0, 两峰有重叠,当R =1.0,两峰98%分离,当R =1.5,两峰完全分离。在实际应用中,R =1.0 一般可以满足需要。

色谱法定性分析的任务是确定色谱图上任意—个峰所代表的物质.在色谱条件一定时,任何物质都有确定的保留值、保留时间、保留体积及相对保留值等保留参数.因此,在相同的色谱操作条件下,通过比较已知纯样和未知物的保留参数即可确定未知物为何种物质。

在一定色谱条件下,组份i 的质量(mi)或其在流动相中的浓度,与检测器响应信号(峰面积A i 或峰高h i 成正比。

m i =f A i

A i (1-1)

m i =f h i

h i (1-2)

式(1-1)和(1-2)是色谱定量的依据。峰高等于峰顶与基线距离,峰面积可以通过电学积分仪测得,也可手工计算。

A i =1.065 h i Y 2

1 对称峰

A i =

2

1h i (Y 15.0+Y 85.0) 不对称峰

Y 15.0和Y 85.0分别为峰高0.15和0.85处的峰宽值。峰面积较峰高更适于定量分析。f A

i , f h

i 为绝对校正因子,是某组分通过检测器的量与检测器对其响应信号之比。相对校正因子是某组分与基准组分的绝对校正因子之比,即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。

i

s s

i s

s i i s

i i A A m m A m A m f f f ?

=

=

=

//'

因绝对校正因子很少使用,一般文献上提到的校正因子就是相对校正因子。

根据不同情况可以采用不同定量方法。归一化法是将样品中所有组分含量之和按100%计算,以它们相应的响应信号为定量参数,通过下式计算各组分的质量分数:

100)

(100%1

'

'

21???=

?+++=

=n

i i i i

i n

i

i A f A f m m m m c (1-3)

归一化法简便、准确,进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大,但仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。

三、 仪器和试剂

1. 有记录仪的气相色谱仪,热导池检测器。

2. 有减压阀的氢气钢瓶。 3. 秒表。 4. 色谱柱:柱长2m ,内径2~4mm ,6201担体上涂渍邻苯二甲酸二壬酯(100:(10~15))固定液。

5. 注射器:10μL ,100μL 。

6. 正己烷、环己烷、苯、甲苯(均为A.R ) 7.未知的混合试样 四、 实验步骤

1. 在开启仪器之前,对照仪器读懂气相色谱仪的操作说明。

2. 在教师指导下,开启仪器:

(1) 打开氢气钢瓶,调节减压阀,使出口压力为0.5MPa ;

(2) 打开转子流速计,调节载气流速为25~35mL/min ;

(3) 接通柱炉、气化室和检测器的电流,用温控旋钮,使它们的温度分别为

85~90℃,120~140℃,100~120℃。 (4) 打开记录仪(或色谱工作站)。

3.准确配制正己烷:环己烷:苯:甲苯=1:1:1.5:2.5(质量比)的标准溶液,以备测量校正因子。

4. 分别注射空气20~40μL 和未知混合试样1.4~2.0μL ,各2~3次,记录色谱图上各峰的保留时间t R 和死时间t M 。

5. 分别注射正己烷、环己烷、苯、甲苯等纯试剂0.2μL ,各2~3次,记录色谱图上

各峰的保留时间t R 。

6.注射配制好的标准溶液,各2~3次,记录色谱图上各峰的保留时间t R 。 五、结果处理

1. 根据步骤6数据,计算每两个峰的分辨率。

2. 根据步骤4和5数据,指出未知试样中各色谱峰对应的物质。

3. 根据步骤6数据,计算以苯为基准物质,计算各组分的质量校正因子。 4. 根据步骤4数据及公式(1-3),计算未知混合试样中各组分的质量分数。 六、 问题讨论

1.本实验中,进样量是否需要非常准确?为什么?

2.将测得的质量校正因子与文献值比较。

3.试根据混合试样各组分及固定液的性质,解释各组分的流出顺序。

实验四气相色谱法测定混合醇

一、实验目的

1. 了解气相色谱仪的基本结构、性能和操作方法。

2. 掌握气相色谱法的基本原理和定性、定量方法。

3. 学习纯物对照定性和归一化法定量。

二、实验原理

色谱法具有极强的分离效能。一个混合物样品定量引入合适的色谱系统后,样品在流动相携带下进入色谱柱,样品中各组分由于各自的性质不同,在柱内与固定相的作用力大小不同,导致在柱内的迁移速度不同,使混合物中的各组分先后离开色谱柱得到分离。分离后的组分进入检测器,检测器将物质的浓度或质量信号转换为电信号输给记录仪或显示器,得到色谱图。利用保留值可定性,利用峰高或峰面积可定量。

三、仪器与试剂

仪器毛细管气相色谱仪;微量注射器1μL、5μL

色谱柱OV-101毛细管柱

柱温150℃;检测器200℃;汽化室200℃

试剂乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇,均为分析纯(有条件的最好用优级纯或色谱纯)含有混合醇的水样

四、实验内容

1.在开启仪器之前,对照仪器读懂气相色谱仪的操作说明。

2.在教师指导下,开启仪器:

(1)打开氢气钢瓶,调节减压阀,使出口压力为0.5MPa;

(2)打开转子流速计,调节载气流速为25~35mL/min;

(3)接通柱炉、气化室和检测器的电流,用温控旋钮,使它们的温度分别达到设定温度。

(4)打开记录仪(或色谱工作站)。

3.待基线稳定后,用微量注射器取1~3μL含有混合醇的水样注入色谱仪,记录每一色谱峰的保留时间t R。重复3次。

4.在相同色谱条件下,取少量(约0.5μL)纯物质注入色谱仪,每种物质重复做3次。记录纯物质的保留时间t R。

五、实验结果记录与计算

2. 面积归一化法定量

将计算结果与计算机打印结果比较。

六、思考题

1. 本实验中是否需要准确进样?为什么?

2. FID检测器是否对任何物质都有响应?

实验五用反相液相色谱法分离芳香烃

一、实验目的

1.学习高效液相色谱仪的操作。

2.了解反相液相色谱法分离非极性化合物的基本原理。

3.掌握用反相液相色谱法分离芳香烃化合物。

二、方法原理

高效液相色谱法是重要的液相色谱法。它选用颗粒很细的高效固定相,采用高压泵输送流动相,分离、定性及定量全部分析过程都通过仪器来完成。除了有快速、高效的特点外,它能分离沸点高、分子量大、热稳定性差的试样。

根据使用的固定相及分离相理不同,一般将高效液相色谱法分为分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和空间排斥色谱等。

在分配色谱中,组分在色谱柱上的保留程度取决于它们在固定相和流动相之间的分配系数K:

K=组分在固定相中的浓度/组分在流动相中的浓度

显然,K越大,组分在固定相上的停留时间越长,固定相与流动相间的极性差值也越大。因此,相应出现了流动相为非极性而固定相为极性物质的正相液相色谱法和以流动相为极性而固定相为非极性物质的反相液相色谱法。目前应用最广的固定相是通过化学反应的方法将固定相键合到硅胶表面上,即所谓的键合固定相。若将正构烷烃等非极性物质(如n—C18烷)键合到硅胶基质上,以极性溶剂(如甲醇和水)为流动相,则可分离非极性或弱极性的化合物。据此,采用反相液相色谱法可分离烷基苯类化合物。

三、仪器和试剂

1.高效液相色谱仪,UV(254nm)检测器。

2.色谱柱:250㎜34.6㎜,n—C18柱。

3.流动相:80%甲醇+20%水(使用前超声波脱气)。

4.注射器:10μL。

5.苯、甲苯、乙苯、n—丙基苯(均为A.R)。

6.未知样品。

四、实验步骤

1.用流动相溶液(80%甲醇+20%水)配制浓度为10mg/mL的标准样品。

2.在教师指导下,按下述条件操作色谱仪。

柱温:室温,流动相流速1.3mL/min;

UV检测器灵敏度调到0.32~0.64AUFS;

3.待记录仪基线稳定后,分别进苯、甲苯、乙苯、n—丙基苯标准样;进样同时,按标记钮(MARKER)。

4.获得四种标准样的色谱图后,按步骤3进教师给的未知试样10μL,记录色谱图。

五、结果处理

1.测定每一个标准样的保留距离(进样标记至色谱峰顶间的距离)。

2.测定未知试样中每一个峰的保留距离,与标准样色谱图比较,标出未知试样中每一个峰代表什么化合物。

3.用标样峰的峰面积,估算未知试样中相应化合物的含量。

六、问题讨论

1.解释未知试样中各组分的洗脱顺序。

2.试说明苯甲酸在本实验的色谱柱上,是强保留还是弱保留?为什么?

光化学分析部分

实验一、ICP-AES测定水样中的微量Cu

一、实验目的

1.掌握ICP-AES的工作原理和操作技术;

2.掌握ICP-AES的基本操作技术;

3.了解ICP-AES的基本应用。

二、实验原理

通过测量物质的激发态原子发射光谱线的波长和强度进行定性和定量分析的方法叫发射光谱分析法。根据发射光谱所在的光谱区域和激发方法不同,发射光谱法有许多技术,用等离子炬作为激发源,使被测物质原子化并激发气态原子或离子的外层电子,使其发射特征的电磁辐射,利用光谱技术记录后进行分析的方法叫电感耦合等离子原子发射光谱分析法(ICP-AES)。ICP光源具有环形通道、高温、惰性气氛等特点。因此,ICP-AES具有检出限低(10-9~10-11g/L)、稳定性好、精密度高(0.5%~2%)、线性范围宽、自吸效应和基体效应小等优点,可用于高、中、低含量的70个元素的同时测定。

原子吸收光谱仪工作流程图如下:

载气携带由雾化器生成的试样气溶胶从进样管进入等离子体焰中央被激发,发射光信号先后经过单色器分光,光电倍增管或其它固体检测器将信号转变为电流进行测定。此电流与分析物的浓度之间具有一定的线性关系,使用标准溶液制作工作曲线可以对某未知试样进行定量分析。

三、仪器和试剂

1.电感耦合等离子体光谱仪(Optima 2100 DV,美国PerkinElmer公司);

2.铜储备液:准确称取0.126g CuSO4(A.R.)于50 ml容量瓶,加入1%(v/v)硝酸(G. R.)定容至50 ml,配置1 mg/mL Cu2+储备液。

四、实验步骤

1.ICP-AES测定条件:工作气体:氩气; 冷却气流量:14 L/min; 载气流量:1.0 L/min; 辅助气流量:0.5 L/min; 雾化器压力:30.06 psi。分析波长:Cu:324.754 nm。

2.标准溶液的配制:取1 mg/mL Cu2+标准溶液配制成浓度为0.010,0.030,0.100,0.300,

1.00,3.00,10.00,30.00,100.00μg/mL的标准系列溶液。空白溶液:配制1%(v/v)

硝酸溶液。

3.在教师的指导下,按照ICP-AES仪器的操作要求开启仪器。

4.分别测定标准溶液和样品溶液发射信号强度。

5.精密度:选择一定浓度的Cu溶液,重复测定10次,计算ICP-AES方法测定Cu的精密度。

6.检出限:重复10次测定空白溶液,计算相对于Cu的检出限。

五、数据处理

1.标准工作曲线和样品分析:应用ICP软件,制作Cu2+标准工作曲线并计算试样溶液和空

白中Cu的浓度。扣除空白值,计算原试样中Cu的含量。

2. 线性范围:根据标准工作曲线,进行线性拟合。线性范围上限为较线性拟合曲线计算值

下降10%的浓度;线性范围下限可以视为相当于5倍检出限的浓度。

3. 精密度:重复10次测定一低浓度Cu标液,计算RSD。

4. 检出限:检出限通常与可区别背景信号(噪声)的最小信号相关,IUPAC的一种定义为

对应于3×S b的浓度,S b为背景信号的标准偏差。检出限=3×S b / S ,S为工作曲线的斜率,S b为空白溶液重复10次测定结果。

六、问题讨论

1.简述ICP的工作原理;

2.说明光谱定性分析的具体过程。

实验二、火焰原子吸收光谱法测定矿泉水中的钙

一、实验目的

1.掌握火焰原子吸收光谱仪的工作原理;

2.掌握火焰原子吸收光谱仪的操作技术;

3.熟悉原子吸收光谱法的应用。

二、实验原理

原子吸收光谱法是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的一种方法。气态基态原子外层的电子对共振线有吸收且气态的基态原子数与物质的含量成正比,故可用于进行定量分析。利用火焰的热能使样品转化为气态基态原子的方法称为火焰原子吸收光谱法。

原子吸收光谱仪工作流程图如下:

图1—1 原子吸收光谱仪工作流程图

当试样组成复杂,配制的标准溶液与试样组成之间存在较大差别时,常采用标准加入法。该法是取若干份体积相同的试液(c X),依次按比例加入不同量(倍增)的待测物的标准溶液(c O),定容后浓度依次为:c X,c X +c O,c X +2c O,c X +3c O,……;分别测得吸光度为:A X,A1,A2,A3,……。以加入标样的为横坐标,相应的吸光度为纵坐标,绘出标准曲线,如图1—2所示。图中横坐标与标准曲线延长线的交点至原点的距离x即为容量瓶中所含试样的浓度(c x),从而求得试样的含量。以A对浓度C做图得一直线,图中c X点即待测溶液浓度。

图1—2 标准加入法

A x=kc x

A0=k(c0+c x)

c x=[A x /(A0-A x)] c0

2020届高考化学二轮复习新型电化学装置的原理分析专题卷

新型电化学装置的原理分析 1.用粗硅做原料,熔融盐电解法制取硅烷的原理如图。下列叙述正确的是( ) A.电源的B极为负极 B.可选用石英代替粗硅 C.电解时,熔融盐中Li+向粗硅移动 D.阳极反应:Si+4H--4e-SiH4↑ D【微探究】根据装置图可知,该装置为电解池,总反应为Si+2H2SiH4。H2生成H-,发生还 原反应,Si发生氧化反应。根据电解池原理,阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应,故通入H2的那一极是阴极,故A极是负极,B极是正极,A项错误;阳极粗硅失电子,若换成石英,即SiO2,SiO2中Si 已经是+4价,无法再失电子,B项错误;电解时,熔融盐中Li+向阴极移动,C项错误;阳极粗硅生成SiH4,故电极反应为Si+4H--4e-SiH4↑,D项正确。 [微纠错] 易错点一:原电池和电解池没有正确区分,此装置有外接电源,属于电解池;易错点二:受思维定势影响,不能注意到此电解池的工作环境是非水体系;易错三:不能正确判断电解质中传导的带电粒子,电子不能直接通过熔融电解质或电解质溶液,此装置中电解质中存在的可以自由移动的离子有Li+、Cl-、H-。 2.纳米氧化亚铜在制作陶瓷等方面有广泛应用。利用电解的方法可得到纳米Cu2O,电解原理如图所示。下列有关说法不正确的是( ) A.b极为负极 B.铜极的电极反应式为2Cu-2e-+2OH-Cu2O+H2O C.钛极附近逸出O2

D.每生成1 mol Cu2O,理论上有2 mol OH-从离子交换膜左侧向右侧迁移 C【微探究】铜为阳极,钛为阴极,阴极与负极相连,所以b极为负极,A项正确;铜极上发生氧化反应生成氧化亚铜,B项正确;C项,钛极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,C项错误;左侧生成OH-,右侧消耗OH-,且每生成1 mol Cu2O时,消耗2 mol OH-,为维持电荷平衡,则理论上有2 mol OH-从离子交换膜左侧向右侧迁移,D项正确。 3.研究人员研制出一种可快速充、放电的超性能铝离子电池,其中Al、C n为电极,由有机阳离子与阴离子(AlC l4-、Al2C l7-)组成的离子液体为电解质。如图为该电池放电过程示意图。下列说法错误的是( ) A.充电时,Al做阴极,C n做阳极 B.充电时,每生成1 mol铝,同时消耗4 mol Al2C l7- C.放电时,电解质中的有机阳离子向铝电极移动 D.放电时,正极反应式为C n[AlCl4]+e-C n+AlC l4- C【微探究】由图示可知,该电池放电时,Al做负极,C n做正极,因此充电时,Al做阴极,C n做阳极,A项正确;充电时,阴极反应式为4Al2C l7-+3e-Al+7AlC l4-,B项正确;放电时,电解质中的有机阳离子向正极(C n电极)方向移动,C项错误;放电时,正极反应式为C n[AlCl4]+e-C n+AlC l4-,D项正确。 4.如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度在700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应产物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是( )

电化学练习题练习题及答案

第七章电化学练习题 一、是非题,下列各题的叙述是否正确,对的画√错的画× 1、设ZnCl 2水溶液的质量摩尔浓度为b ,离子平均活度因子为 ± γ,则离子平均活度θγαb b B ±=34。( ) 2、298K 时,相同浓度(均为)的KCl 、CaCl 2和LaCl 3三种电解质水溶液,离子平均活度因子最大的是LaCl 3。( ) 3、 BaCl 2水溶液,其离子强度I=。( ) 4、实际电解时,在阴极上首先发生还原作用的是按能斯特方程计算的还原电势最大者。( ) 5、对于一切强电解质溶液—I Z AZ -+-=±γln 均适用。( ) 6、电解质溶液与非电解质溶液的重要区别是电解质溶液含有由电解质离解成的正负离子。( ) 7、电解质溶液可以不偏离理想稀溶液的强电解质溶液。( ) 8、离子迁移数 t ++t -<1。( ) 9、离子独立移动定律只适用于无限稀的强电解质溶液。( ) 10、无限稀薄时,KCl 、HCl 和NaCl 三种溶液在相同温度、相 同浓度、相同单位电场强度下,三种溶液中的Cl -迁移数 相同。( ) 11、在一定的温度和较小的浓度情况下,增大弱电解质溶液的 浓度,则该弱电解质的电导率增加,摩尔电导率减少。( )

12、用Λm 对C 作图外推的方法,可以求得HAC 的无限稀释之摩尔电导。( ) 13、恒电位法采用三电极体系。( ) 14、对于电池()() ()() s Ag b AgNO b NO Ag s Ag 2313,b 较小的一端 为负极。( ) 15、一个化学反应进行时,10220--=?mol KJ G m r ..,如将该化学反应安排在电池中进行,则需要环境对系统做功。( ) 16、原电池在恒温、恒压可逆的条件下放电时,0=?G 。( ) 17、有能斯特公式算得电池的E 为负值,表示此电池反应的方向是朝正向进行的。( ) 18、电池()()()() s Ag s AgCl kg mol Cl Zn s Zn 01002012.,..,=±-γ其反应为 ()()()()010*******.,..,=+→+±-γkg mol ZnCl s Ag s Zn s AgCl , 所以其电动势的计算公式为 ()010020222..ln ln ?-=-=F RT E F RT E E ZnCl θθα。( ) 19、标准电极电势的数据就是每个电极双电层的电势差。( ) 20、电池反应的E 与指定电池反应计量方程式的书写无关,而 电池反应的热力学函数m r G ?等则与指定电池反应计量方 程式的书写有关。( ) 21、锌、银两金属片同时插入HCl 水溶液中,所构成的电池是可逆电池。( ) 22、电解池中阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。( )

电化学原理及其应用(习题及答案)

第六章电化学原理及其应用 一、选择题 1.下列电极反应中,溶液中的pH值升高,其氧化态的氧化性减小的是(C) A. Br2+2e = 2Br- B. Cl2+2e=2Cl— C. MnO4—+5e+8H+=2Mn2++4H2O D. Zn2++2e=Zn 2.已知H2O2在酸性介质中的电势图为O2 0.67V H2O2 1.77V H2O,在碱性介质中的电势图为O2-0.08V H2O2 0.87V H2O,说明H2O2的歧化反应(C) A.只在酸性介质中发生 B.只在碱性介质中发生 C.无论在酸、碱性介质中都发生D.与反应方程式的书写有关 3.与下列原电池电动势无关的因素是Zn |Zn2+‖H+,H2 | Pt (B) A. Zn2+的浓度 B. Zn电极板的面积 C.H+的浓度 D.温度 4.298K时,已知Eθ(Fe3+/Fe)=0.771V,Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.150V,则反应2Fe2++Sn4+=2Fe3++Sn2+的△r G mθ为(D)kJ/mol。 A. -268.7 B. -177.8 C. -119.9 D. 119.9 5.判断在酸性溶液中下列等浓度的离子哪些能共存(D) A Sn2+和Hg2+ B. SO32—和MnO4— C. Sn4+和Fe D. Fe2+和Sn4+ 已知Eθ(Hg2+/Hg)=0.851V,Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.15V ,Eθ(MnO4—/Mn2+)=1.49V Eθ(SO42—/H2SO3)=1.29V ,Eθ(Fe2+/Fe)= —0.44V 6.已知下列反应在标准状态下逆向自发进行 Sn4++Cu = Sn2++Cu2+ Eθ(Cu2+/Cu)=(1) , Eθ(Sn4+/Sn2+)=(2) 则有(C) A. (1) = (2) B. (1)<(2) C. (1)>(2) D. 都不对 二、填空题 1.将下列方程式配平 3PbO2 + 2 Cr3+ + ____H2O___ =1Cr2O72—+ 3Pb2+ + __2H+___ (酸性介质) 2MnO2 + 3 H2O2 +__2OH-___ =2MnO4—+ ___4H2O______ (碱性介质)2.现有三种氧化剂Cr2O72—,H2O2,Fe3+,若要使Cl—、Br—、I—混合溶液中的I—氧化为I2,而Br-和Cl-都不发生变化,选用Fe3+最合适。(EθCl2/Cl-=1.36V, EθBr2/Br-=1.065V, EθI2/I-=0.535V) 3.把氧化还原反应Fe2++Ag+=Fe3++Ag设计为原电池,则正极反应为Ag++ e = Ag,负极反应为Fe3++e= Fe2+ ,原电池符号为Pt︱Fe3+(c1),Fe2+(c2)‖Ag+(c3)︱Ag。 4.在Mn++n e=M(s)电极反应中,当加入Mn+的沉淀剂时,可使其电极电势值降低,如增加M的量,则电极电势不变 5.已知EθAg+/Ag=0.800V, K sp=1.6×10—10则Eθ(AgCl/Ag)= 0.222V。 6.已知电极反应Cu2++2e=Cu的Eo为0.347V,则电极反应2Cu - 4e =2Cu2+的Eθ值为0.347V 。7.用氧化数法配平下列氧化还原反应。 (1)K2Cr2O7+H2S+H2SO4K2SO4+Cr2(SO4)3+S+H2O K2Cr2O7+3H2S+4H2SO4 =K2SO4+Cr2(SO4)3+3S+7H2O

电化学部分练习题--物理化学

电化学部分练习题 (Ⅰ) 电解质溶液 一、选择题 1. 用同一电导池分别测定浓度为 mol ·kg -1和 mol ·kg -1 的两个电解质溶液, 其电阻分别为 1000 和 500 ,则它们依次的摩尔电导率之比为 ( ) (A) 1 : 5 (B) 5 : 1 (C) 10 : 5 (D) 5 : 10 2. 298 K 时, mol ·kg -1 的 KCl 和 mol ·kg -1 的 NaAc 溶液的离子平均活 度系数分别为 ,1和 ,2,则有 ( ) (A) ,1= ,2 (B) ,1> ,2 (C) ,1< ,2 (D) ,1≥ ,2 3. 在HAc 解离常数测定的实验中,总是应用惠斯顿电桥。作为电桥平衡点的指零仪器,结合本实验,不能选用的是: ( ) (A) 耳机 (B) 电导率仪 (C) 阴极射线示波器 (D) 直流桥流计 4. 1-1型电解质溶液的摩尔电导率可以看作是正负离子的摩尔电导率之和,这一规律只适用于:( ) (A) 强电解质 (B) 弱电解质 (C) 无限稀释电解质溶液 (D) 摩尔浓度为1的溶液 二、填空题 1. CaCl 2摩尔电导率与其离子的摩尔电导率的关系是:____)Cl (2)Ca ()CaCl (-m 2m 2m ∞+∞∞+=λλΛ _________________________。 2. 0.3 mol ·kg -1 Na 2HPO 4水溶液的离子强度是 mol ·kg -1 。 3. 浓度为 mol ·kg -1 的MgCl 2水溶液,其离子强度为 mol ·kg -1 。 4. 有下列溶液: (A) mol ·kg -1 KCl (B) mol ·kg -1 KOH (C) mol ·kg -1 HCl (D) mol ·kg -1 KCl 其中摩尔电导率最大的是 ( ); 最小的是 ( )。 三、计算题 1 25℃时,浓度为,mol ·dm -3 的BaCl 2水溶液的电导率为,-1 m S ?,而该电解质中的钡离子 的迁移数t (Ba 2+)是,计算钡离子和氯离子的电迁移率U (Ba 2+)和U (Cl -)。 2. 25℃时,KCl 和 NaNO 3溶液的无限稀释摩尔电导率及离子的无限稀释迁移数如下: m ∞ /( S ·m 2·mol -1 ) t ,+ KCl × 10-2 NaNO 3 × 10-2

污水处理电化学处理技术

污水处理电化学处理技术 高级氧化技术一般针对难降解有机废水,如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。 第一节电化学处理技术 一、基本原理与特点 1. 原理 电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理,电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化,从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理,可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解 直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质,甚至发生有机物无机化,从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除,阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收,如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应,从而可以提高有机物的可生化性。 直接电解过程伴随着氧气析出,氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低,能秏升高,因此,阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解 间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂,使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程(媒介电化学氧化)是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质,如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和O2等氧化有机物的过程,还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体,包括溶剂化电子、?HO、?H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用,又可以与其他处理方法结合使用,如作为前处理方法,可以提高废水的生物降解性; 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水,处理规模小,且处理效率不高; 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能,运行成本大。 二、电化学反应器与电极 电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为:间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状,电极的形状比较简单,如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上,其电极表面积有限,比表面积极小,但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂,通常是多孔状。电极反应发生于电极内部,整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大,床层结构紧密,但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。

电化学界面

电化学界面(1) 字体: 小中大| 打印发表于: 2007-7-17 17:04 作者: 热力学来源: 小蚂蚁化学门户网站 传统的电化学研究仅限于在(裸电极/ 电解液)界面上,从“青蛙实验”,Faraday电解定律,Tafel经验公式,到Nerst方程,电极过程动力学,乃至建立起界面双电层模型,20世纪70年代之前,如何赋予电极更优良或特定的功能还鲜为人知。而在1975年Miller(米勒)等人报道按人为设计对电极表面进行化学修饰,标志着化学修饰电极的问世之后,单纯的裸电极/电解液界面的电化学概念有了巨大发展。本文将着重介绍化学修饰的基本特征和应用;同时介绍离子选择性电极的基本特征和应用,以及电化学在生物体中的某些应用。 一化学修饰电极 与电化学中其他电极的概念相比,化学修饰电极最突出的特性是,在电极表面接着或涂敷了具有选择性化学基团的一层薄膜(从单分子到几个微米)。它是按人们意图设计的,并赋予了电极某种预定的性质,如化学的,电化学的,光学的、电学的和传输性等。化学修饰电极的表面性质比离子选择性电极要宽广得多,它概括了有意图设计的最高形式:设计相界面、设计在电极表面和电极之间的膜中分配和传输性质。化学修饰电极与离子选择性电极二者的不同点还在于,前者是利用电荷转移来进行实验测定或研究,而后者是测定相间电势。 因此,1989年IUPAC对化学修饰电极的定义是:化学修饰电极是由导体或半导体制作的电极,在电极的表面涂敷了单分子的,多分子的、离子的或聚合物的化学物质薄膜,借Faraday 反应(电荷消耗)而呈现出此修饰薄膜的化学的、电化学的以及/或光学的性质。 近30年来化学修饰电极领域的研究在国际上一直受到很大关注。美、英、法、日、德等国家都出现有代表性的研究组,国内有中科院长春应用化学所大量开展了这方面研究。随后许多高校也开展这方面的工作。这是因为化学修饰电极代表了电极/电解液界面的一种新概念。以聚合物膜修饰电极为例,它的界面要比传统溶液电化学情况复杂得多,它包括了膜/电极、电极/溶液、膜/溶液三个界面,其电荷传输机理也主要包括下列几个过程: ①电极与聚合物膜内电活性氧化还原物质间的电子转移反应(即电极反应); ②膜内电荷与物质的移动;

电化学工程教学大纲

《电化学工程》教学大纲 课程编号 : 课程名称 :电化学工程/ 学时/学分:40/2.5 先修课程 :物理化学、有机化学、分析化学、电工学等 适用专业 :化工、制药、生物工程、轻工等 开课学院(部)、系(教研室):化工系化学工程系工艺研究所 一、课程的性质与任务 应用电化学是将有关电化学原理应用于与实际生产过程相关的领域,这些领域包括:电化学新能源、金属的表面精饰、无机、有机化合物的电解合成、金属的电化学腐蚀及防护、电化学传感器。课程的主要任务就是让学生掌握电化学理论基础知识,了解电化学理论如何应用在上述领域。使学生具备较强的理论基础和综合应用知识的能力。 二、课程的教学内容、基本要求及学时分配 (一)教学内容 1电化学理论基础:电化学体系的基本单元;电化学过程热力学;电极/溶液界面的性能;电极反应动力学;电化学研究方法介绍 2电催化过程:电催化原理;氢电极反应的电催化;氧电极反应的电催化;有机反应的电催化 3化学电源:化学电源的主要性能、选择及应用;一次电池;二次电池;燃料电池。 4金属的表面精饰:金属电沉积和电镀原理;电镀过程;电泳涂装 5电解工业:无机物的电解,工业氯碱工业;水的电解 有机物的电解合成,有机电解合成的发展方向,乙二氰的电解合成 6电化学传感器:控制电位电解型气体传感器;生物电化学传感器 7电化学腐蚀与防护:金属的电化学腐蚀;腐蚀电池;电位-PH图及其在金属防护中的应用;金属的电化学防护方法 (二)基本要求 1电化学理论基础:了解电解池的组成;可逆电化学过程与不可逆电化学过程;双电层理论;金属的零电荷电位;电极反应的种类、机理及影响因素。学会电化学研究的几种基本方法。 2电催化过程:电催化的类型、原理、影响因素及性能评价;氧电极反应的电催化;有机反应的电催化的机理 3化学电源:了解化学电源的主要性能、选择及应用;掌握一次电池;二次电池;燃料电池的机理,了解它们的结构、应用及研究现状。 4金属的表面精饰:掌握金属电沉积和电镀、电泳涂装的原理,了解电镀;电泳涂装工艺过程及相关技术。 5电解工业:掌握工业氯碱工业、水的电解、乙二氰的电解合成几个有代表性的电解工艺和机理。 6电化学传感器:了解控制电位电解型气体传感器;生物电化学传感器的电化学原理及两种传感器的应用。 7电化学腐蚀与防护:了解金属的电化学腐蚀的基本理论和过程,腐蚀倾向判断及电化学防护方法。

电化学-新型化学电源

电化学——新型化学电源(建议用时:120 min)1、【2019·全国卷Ⅰ】利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV+2/MV+ 在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是( B ) A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能 B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应:H2+ 2MV+2=== 2H++ 2MV+ C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3 D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 【第1题】【第2题】 2、【2018·全国卷Ⅱ】我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na–CO2二次电池。将 NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+ 4Na2Na2CO3+ C。下列说法错误的是( D ) A.放电时,ClO- 向负极移动 4 B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2 C.放电时,正极反应为:3CO2+ 4-e=== 2CO-23+ C D.充电时,正极反应为:Na++-e=== Na 3、【2017·海南高考】一种电化学制备NH3的装置如图所示,图中陶瓷在高温时可以传输 H+。下列叙述错误的是( A ) A.Pd电极b为阴极B.阴极的反应式为:N2+ 6H++ 6-e=== 2NH3 C.H+由阳极向阴极迁移D.陶瓷可以隔离N2和H2 【第3题】【第4题】

4、【2018·全国卷Ⅲ】一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O 2与Li +在多孔 碳材料电极处生成Li 2O 2-x (x =0或1)。下列说法正确的是( D ) A .放电时,多孔碳材料电极为负极 B .放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C .充电时,电解质溶液中Li +向多孔碳材料区迁移 D .充电时,电池总反应为:Li 2O 2-x === 2Li + ??? ?1-x 2 O 2 5、环境监察局常用“定电位”NO x 传感器来监测化工厂尾气中的氮氧化物是否达到排放标 准,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( D ) A .“对电极”是负极 B .“工作电极”上发生的电极反应为:NO 2 + 2H + + 2-e === NO + H 2O C .传感器工作时,H +由“对电极”移向“工作电极” D .“工作电极”的材料可能为活泼金属锌 【第5题】 【第6题】 6、尿素[CO(NH 2)2]与NO 在碱性条件下可形成燃料电池,如图所示,反应的方程式为: 2CO(NH 2)2 + 6NO + 4NaOH === 5N 2 + 2Na 2CO 3 + 6H 2O 。下列说法正确的是( D ) A .甲电极为电池的负极,发生还原反应 B .电子流向:甲电极→负载→乙电极→溶液→甲电极 C .一段时间后,乙电极周围溶液酸性增强 D .甲电极的反应式为:CO(NH 2)2 - 4-e + 8OH - === CO - 23 + N 2↑+ 6H 2O 7、【2019·山东八校联考】熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700 ℃),具有效率 高、噪声低、无污染等优点。熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正 确的是( B ) A .电池工作时,熔融碳酸盐只起到导电的作用 B .负极反应式为:H 2 - 2-e + CO - 23 === CO 2 + H 2O C .电子流向:电极a →负载→电极b →熔融碳酸盐→电极a D .电池工作时,外电路中通过0.2 mol 电子,消耗3.2 g O 2

电化学部分练习题及答案

电化学部分练习题 一、选择题 1.在极谱分析中,通氮气除氧后,需静置溶液半分钟,其目的是( ) A.防止在溶液中产生对流传质 B.有利于在电极表面建立扩散层 C.使溶解的气体逸出溶液 D.使汞滴周期恒定 2.在下列极谱分析操作中哪一项是错误的? ()A.通N2除溶液中的溶解氧 B.加入表面活性剂消除极谱极大 C.恒温消除由于温度变化产生的影响 D.在搅拌下进行减小浓差极化的影响 3.平行极谱催化波电流比其扩散电流要大,是由于( ) A.电活性物质形成配合物, 强烈吸附于电极表面 B.电活性物质经化学反应而再生, 形成了催化循环 C.改变了电极反应的速率 D.电极表面状态改变, 降低了超电压 4.确定电极为正负极的依据是()A.电极电位的高低B.电极反应的性质 C.电极材料的性质D.电极极化的程度 5.催化电流和扩散电流的区别可以通过电流随汞柱高度和温度的变化来判断,催化电流的特征是( ) A.电流不随汞柱高度变化, 而随温度变化较大 B.电流不随汞柱高度变化, 而随温度变化较小 C.电流不随汞柱高度变化也不随温度而变化 D.电流随汞柱高度变化, 随温度变化也较大 6.在1mol/LKCl支持电解质中, Tl+和Pb2+的半波电位分别为-0.482V和-0.431 V, 若要同时测定两种离子应选下列哪种极谱法? ( ) A.方波极谱法B.经典极谱法 C.单扫描极谱法D.催化极谱法

7.极谱定量测定的溶液浓度大于10-2mol/L时,一定要定量稀释后进行测定,是由于( ) A.滴汞电极面积较小 B.溶液浓度低时, 才能使电极表面浓度易趋于零 C.浓溶液残余电流大 D.浓溶液杂质干扰大 8.在单扫描极谱图上,某二价离子的还原波的峰电位为-0.89V,它的半波电位应是( ) A.-0.86V B.-0.88V C.-0.90V D.-0.92V 9.金属配离子的半波电位一般要比简单金属离子半波电位负,半波电位的负移程度主要决定于( ) A.配离子的浓度B.配离子的稳定常数 C.配位数大小D.配离子的活度系数 10.某有机化合物在滴汞上还原产生极谱波R+nH++ne-RHn请问其E 1/2( ) A.与R的浓度有关B.与H+的浓度有关 C.与RHn的浓度有关D.与谁都无关 11.若要测定1.0×10-7 mol/LZn2+,宜采用的极谱方法是()A.直流极谱法B.单扫描极谱法C.循环伏安法D.脉冲极谱法 12.循环伏安法在电极上加电压的方式是()A.线性变化的直流电压B.锯齿形电压 C.脉冲电压D.等腰三角形电压 13.电解时,由于超电位存在,要使阳离子在阴极上析出,其阴极电位要比可逆电极电位()A.更正B.更负C.者相等D.无规律 14.pH 玻璃电极产生的不对称电位来源于( ) A.内外玻璃膜表面特性不同 B.内外溶液中H+浓度不同 C.内外溶液的H+活度系数不同 D.内外参比电极不一样 15.平行催化波的灵敏度取决于( ) A.电活性物质的扩散速度 B.电活性物质速度 C.电活性物质的浓度

污水处理电化学处理技术

污水处理电化学处理技术Last revision on 21 December 2020

污水处理电化学处理技术高级氧化技术一般针对难降解有机废水,如医药、化工、染料工业废水以及含有难处理的有毒物质物质等。 第一节电化学处理技术 一、基本原理与特点 1. 原理 电化学氧化法主要用于有毒难生物降解有机废水的处理,电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学而得到转化,从而达到削减和去除污染物的目的。根据不同的氧化作用机理,可分为直接电解和间接电解。 1 ) 直接电解 直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除今直接电解可分为阳极过程和阴极过程。阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质,甚至发生有机物无机化,从而达到削减、去除污染物的目的。阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除,阴极过程主要用于卤代经的还原脱卤和重金属的回收,如卤代有机物的卤素通过阴极还原发生脱卤反应,从而可以提高有机物的可生化性。 直接电解过程伴随着氧气析出,氧的生成使氧化降解有机物的电流效率降低,能秏升高,因此,阳极材料对电解的影响很大。 2 ) 间接电解 间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂,使污染物转化成毒性小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程(媒介电化学氧化)是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电

化学反应产生的物质,如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和 O2等氧化有机物的过程,还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体,包括溶剂化电子、HO、 H02/02 等自由基。 2. 电化学水处理技术的特点 1) 电化学方法既可以单独使用,又可以与其他处理方法结合使用,如作为前处理方法,可以提高废水的生物降解性; 2) 一般电化学处理工艺只能针对特定的废水,处理规模小,且处理效率不高; 3)有的电化学水处理工艺需消耗电能,运行成本大。 二、电化学反应器与电极 电化学反应器按反应器的工作方式分类可分为:间歇式、置换流式和连续搅拌箱式电化学反应器。按反应器中工作电极的形状分类可分为二维电极反应器、三维电极反应器。二维电极呈平面或曲面状,电极的形状比较简单,如平板、圆柱电极。电极反应发生于电极表面上,其电极表面积有限,比表面积极小,但电势和电流在表面上分布比较均匀。三维电极的结构复杂,通常是多孔状。电极反应发生于电极内部,整个三维空间都有反应发生。特点是比表面积大,床层结构紧密,但电势和电流分布不均匀。下列出了常见电化学反应器的电极类型。 常见电化学反应器的电极类型 三、电化学处理技术在废水处理中的应用 (一)微电解 1. 原理 微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺,又称内电解法,它是在不通电的情况下,利用填充在废水中的微电解材料自身产生的电位差对废水进行电解处

电化学传感器的应用及发展前景

苏州大学研究生考试答卷封面 考试科目:仪器分析考试得分:________________院别:材料与化学化工学部专业:分析化学 学生姓名:饶海英学号: 033 授课教师: 考试日期: 2012 年 1 月 10 日

电化学传感器的应用研究 摘要:随着电分析技术的发展,电化学传感技术越来越成为生命科学、临床诊断和药学研究的重要手段之一。本文主要介绍了电化学发光免疫传感器,电化学DNA 传感器、电化学氧传感器、纳米材料电化学传感器的基本概念、原理,以及这些传感器在各领域的应用。 关键词:电化学传感器免疫传感器传感器 电化学传感技术的核心是传感器。传感器能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成,是将一种信息能转换成可测量信号(一般指电学信号)的器件。传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。本文以化学传感器尤其是电化学传感器进行研究。 电致化学发光(Electrogenerated chemiluminescence),也称电化学发光(Electrochemiluminescence),简称ECL,是通过电极对含有化学发光物质的体系施加一定的电压或通过一定的电流,电极氧化还原产物之间或电极氧化还原产物与体系其它共存物质之间发生化学反应并生成某种不稳定的中间态物质,该物质分解而产生的化学发光现象。电致化学发光技术是电化学与化学发光相结合的检测技术,该技术既集成了发光与电化学分析技术的优点,又具有二者结合产生的可控性、选择性、重现性好、灵敏度高、检测限低及动力学响应范围宽等新优势[ 1~3 ]。 电化学传感器可分为以下几个类型。①吸附型:通过吸附方式将修饰物质结合在电极表面得到的修饰电极为吸附型化学修饰电极。可以制备单分子层和多分子层。根据吸附作用力的不同,又可分为平衡吸附型、静电吸附型、LB膜型、SA 膜型、涂层型。②共价键合型:在电极的表面通过键合反应把预定功能团接在电极表面而得到的化学修饰电极为共价型化学修饰电极。常用基体电极有碳电极、玻碳电极、金属和金属氧化物电极。③聚合物型:利用聚合反应在电极表面形成修饰膜的电极。制备方式有氧化还原沉积、有机硅烷缩合、等离子聚合、电化学聚合等。④其他类型:无机物修饰电极,如普鲁士蓝修饰电极、粘土修饰电极、

电化学原理思考题答案-北航李荻版

2、为什么不能测出电极得绝对电位?我们平常所用得电极电位就是怎么得到得? 答:电极电位就是两类导体界面所形成得相间电位,相间电位中得内电位就是无法直接测量 得,故无法直接测出电极得绝对电位,我们平常所用得电极电位都就是相对电极电位。 不对,虽然有电 位差,但就是没 有电流通过,所 以不能转化为 电能。

17、描述腐蚀原电池得特点所在。 ①阴、阳极区肉眼可分或不可分,或交替发生; ②体系不稳定稳定,腐蚀过程就是自发反应; ③只要介质中存在氧化剂(去极化剂),能获得电子使金属氧化,腐蚀就可发生; ④腐蚀得二次产物对腐蚀影响很大; ⑤电化学腐蚀离不开金属/电解质界面电迁移,电子由低电位金属或地区传荷到电位高得金属或地区,再转移给氧化剂; ⑥腐蚀电池包括阴极、阳极、电解质溶液与电路四部分,缺一不可; ⑦阴极、阳极反应相对独立,但又必须耦合,形成腐蚀电池; ⑧ia=ic , 无净电荷积累; ⑨腐蚀电池不对外作功,只导致金属腐蚀破坏得短路原电池.原电池与电解池

1.原电池与电解池得比较: 4.电解、电离与电镀得区别

对于我们所讨论得某一反应来说,zF为常数,故J与vr成正比。这就就是说,在电化学中总就是习惯于用电流密度来表示反应速度.由于在稳态下接续进行得各步骤速度都一样,所以在讨论液相传质等步骤时,也可用电流密度来表示它们得反应速度。因此,在电化学中实际上已经将电流密度变成反应速度得同义语了。 己知电极反应在25℃时得反应速度为0.1 A/cm2.根据各单元步骤活化能计算出电子转移步骤速度为1、04 X 10-2mol/m2s,扩散步骤速度为0、1 mol/m2s。试判断该温度下得控制步骤.若这一控制步骤得活化能降低了12kJ/mol,会不会出现新得控制步骤?[ 解〕因为电极反应速度可用电流密度表示,即J=nFv,所以对电子转移步骤,其反应速度可表示为j电子=nFv电子。已知n=1,故j电子=1x96500 x 1、 04 x10-2≈0、1A/cm2同理J扩散=nFv扩散 =1x96500x0、1=0、965A/cm2已知整个电极反应速度为0、 1 A/cm2,所以可判断速度控制步骤就是电子转移步骤。若电子转移步骤活化能降低12 kJ/mol,则根据v=K c exp(—W/RT) 式中,W为活化能,c为反应物浓度。设原来速度为v1。活化能降低后得速度为 v2,则v1=K c exp (—W1/RT) V2=K c exp(—W2/RT)=V1 exp(△W/RT)=1、04x10-2 exp(12x103/8、31x298)=1、32 mol/m2s 可见J’电子>>J扩散,速度控制步骤将发生变化。 4、电化学反应得基本动力学参数有哪些?说明它们得物理意义? 通常认为传递系数(α与β)、交换电流密度(j0 )与电极反应速度常数(K)为基本得动力学参数.①传递系数(α与β) 即表示电极电位对还原反应活化能与氧化反应活化能影响得程度,又称为对称系数;②交换电流密度( j0 ) 交换电流密

8种电化学水处理方法

8种电化学水处理方法 电化学水处理- 世间万物,都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高,也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展,世界各国的废水排放总量急剧增加,且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分,使其难以降解和处理,往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水,人们也是蛮拼的。物、化、生齐用,力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用电’ 来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术,是指在电极或外加电场的作用下,在特定的电化学反应器内,通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程,对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单,占地面积小,操作维护费用较低,能有效避免二次污染,而且反应可控程度高,便于实现工业自动化,被称为环境友好’ 技术。 电化学水处理的发展历程 1799 年 Valta制成Cu-Zn原电池,这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源 1833 年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势,这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷,电量相等,正负号相反,相互吸引,形成双电层。 1887 年 Arrhenius提出电离学说。 1889 年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903 年 Morse 和Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中,发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式,揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年

电化学部分练习题Word版

电化学部分练习题 1.在极谱分析中,通氮气除氧后,需静置溶液半分钟,其目的是() A.防止在溶液中产生对流传质 B.有利于在电极表面建立扩散层 C.使溶解的气体溢出溶液 D.使汞滴周期恒定 4.确定电极为正负极的依据是() A.电极电位的高低 B.电极反应的性质 C.电极材料的性质 D.电极化的程度 8.在单扫极谱图上,某二阶离子的还原波的峰电位为-0.89V,它的半波电位应是() A.-0.86v B.-0.88v C.-0.90v D.-092v 12.循环伏安法在电极上加电压的方式是( D ) A.线性变化的直流电压 B.锯齿形电压 C.脉冲电压 D.等腰三角形电压 14.pH玻璃电极产生的不对称电位来源于( A ) A.内外玻璃膜表面特性不同 B.内外溶液中H+浓度不同 C.内外溶液的H+活度系数不同 D.内外参比电极不一样 16.在直流电位中的指示电极,其电位与被测离子的活度的关系为(D) A.无关 B.成正比 C.与其对数成正比 D.符合能斯特公式 18.用氯化银晶体膜离子选择电极测定氯离子时,如以饱和甘汞电极作为参比电极,应选用的盐桥为:( A ) A.KNO3 B.KCI

C.KBr D.KI 19.电位分析的理论基础是 ( D ) A.电解方程式 B.法拉第电解定律 C.Fick扩散定律 D.(A)(B)(C)都是其基础 20.氟离子选择电极在使用前需用低浓度的氟溶液浸泡数小时,其目的( C ) A.清洗电极 B.检查电极的好坏 C.活化电极 D.检查离子计能否使用 24.在CuSO4溶液中,用铂电极以0.100A的电流通电10min,在阴极上沉积的铜的质量是多少毫克[Ar(Cu)=63.54] A.60.0 B.46.7 C.39.8 D.19.8 25.使pH玻璃电极产生钠差现象是由于( B ) A.玻璃膜在强碱性溶液中被腐蚀 B.在强碱溶液中Na+浓度太高 C.强碱溶液中OH-中和了玻璃膜上的H+ D.大量的OH-占据了膜上的交换地位 26.库仑分析与一般滴定分析相比( D ) A.需要标准物进行滴定剂的校准 B.很难使用不稳定的滴定剂 C.测量精度相近 D.不需要制备标准溶液,不稳定试剂可以就地产生 27.用2.00A的电流,电解CuSO4的酸性溶液,计算沉积400mg铜,需要多少秒() [Ar(Cu)=63.54] A.2.4 B.9.0 C.304 D.607 28.电位法测定时,溶液搅拌的目的() A.缩短电极建立电位平衡的时间 B.加速离子的扩散,减小浓度差极化

电化学发展史

电化学发展史 作者:李京遥 院系:测绘学院 专业:测绘工程 年级:测绘1304 学号:311305010414 日期:2014年12月12日

摘要: 电化学是物理化学的一个重要组成部分,它不仅与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等学科相关,还渗透到环境科学、能源科学、生物学和金属工业等领域。 电化学作为化学的分支之一,是研究两类导体(电子导体,如金属或半导体,以及离子导体,如电解质溶液)形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。 关键词:电化学的产生、电化学的发展、电化学的前景 一、16-17世纪:早期的相关研究 公元16世纪标志着对于电认知的开始。在16世纪50年代,英国科学家William Gilbert (威廉·吉尔伯特,1540-1605)花了17年时间进行磁学方面的试验,也或多或少地进行了一些电学方面的研究。吉尔伯特由于在磁学方面的开创性研究而被称为“磁学之父”,他的磁学研究为电磁学的产生和发展创造了条件。 吉尔伯特按照马里古特的办法,制成球状磁石,取名为“小地球”,在球面上用罗盘针和粉笔划出了磁子午线。他证明诺曼所发现的下倾现象也在这种球状磁石上表现出来,在球面上罗盘磁针也会下倾。他还证明表面不规则的磁石球,其磁子午线也是不规则的,由此认为罗盘针在地球上和正北方的偏离是由陆地所致。他发现两极装上铁帽的磁石,磁力大大增加,他还研究了某一给定的铁块同磁石的大小和它的吸引力的关系,发现这是一种正比关系。吉尔伯特根据他所发现的这些磁力现象,建立了一个理论体系。他设想整个地球是一块巨大的磁石,上面为一层水、岩石和泥土覆盖着。他认为磁石的磁力会产生运动和变化。他认为地球的磁力一直伸到天上并使宇宙合为一体。在吉尔伯特看来,引力无非就是磁力。吉尔伯特关于磁学的研究为电磁学的产生和发展创造了条件。在电磁学中,磁通势单位的吉伯(gilbert)就是以他的名字命名,以纪念他的贡献。 1663年,德国物理学家Otto von Guericke(奥托·冯·格里克1602-1686)发明了第一台静电起电机。这台机器由球形玻璃罩中的巨大硫磺球和转动硫磺球用的曲轴组成的。当摇动曲轴来转动球体的时候,衬垫与硫磺球发生摩擦产生静电。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。 二、18世纪:电化学的诞生 在18世纪中叶,法国化学家夏尔·杜菲发现了两种不同的静电,他将两者分别命名为“玻璃电”和“松香电”,同种相互排斥而不同种相互吸引。杜菲因此认为电由两种不同液体组成:正电“vitreous”(玻璃),以及负电“resinous”(树脂),这便是电的双液体理论,这个理论在18世纪晚期被本杰明·富兰克林的单液体理论所否定。 1781年,法国物理学家Charles Augustin de Coulomb (夏尔·奥古斯丁·库仑1736-1806)在试图研究由英国科学家Joseph Priestley (约瑟夫·普利斯特里1733-1804)提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。 1771年,意大利生理学家、解剖学家Luigi Galvani(路易吉·伽伐尼1737-1798)发现蛙腿

最新电化学原理思考题答案

电化学原理思考题答案 (注:我只做了老师要求做的) 第三章 1.自发形成的双电层和强制形成的双电层在性质和结构上有无不同?为什么? 2.理想极化电极和不极化电极有什么区别?它们在电化学中有什么重要用途? 答:当电极反应速率为0,电流全部用于改变双电层的电极体系的电极称为理想极化电极,可用于界面结构和性质的研究。理想不极化电极是指当电极反应速率和电子反应速率相等时,极化作用和去极化作用平衡,无极化现象,通向界面的电流全部用于电化学反应,可用作参比电极。 3.什么是电毛细现象?为什么电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状? 答:电毛细现象是指界面张力随电极电位变化的现象。溶液界面存在双电层,剩余电荷无论带正电还是负电,同性电荷间相互排斥,使界面扩大,而界面张力力图使界面缩小,两者作用效果相反,因此带电界面的张力比不带电时小,且电荷密度越大,界面张力越小,因此电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状。 4.标准氢电极的表面剩余电荷是否为零?用什么办法能确定其表面带电状况? 答:不一定,标准氢电极电位为0指的是氢标电位,是人为规定的,电极表面剩余电荷密度为0时的电位指的是零电荷电位,其数值并不一定为0;因为形成相间电位差的原因除了离子 双电层外,还有吸附双电层\偶极子双电层\金属表面电位。可通过零电荷电位判断电极表面带电状况,测定氢标电极的零电荷电位,若小于0则电极带正电,反之带负电。 5.你能根据电毛细曲线的基本规律分析气泡在电极上的附着力与电极电位有什么关系吗?为什么有这种关系?(提示:液体对电极表面的润湿性越高,气体在电极表面的附着力就越小。) 6.为什么在微分电容曲线中,当电极电位绝对值较大时,会出现“平台”? 7.双电层的电容为什么会随电极电位变化?试根据双电层结构的物理模型和数学模型型以解释。 8.双电层的积分电容和微分电容有什么区别和联系? 9.试述交流电桥法测量微分电容曲线的原理。 10.影响双电层结构的主要因素是什么?为什么? 答:静电作用和热运动。静电作用使符号相反的剩余电荷相互靠近,贴于电极表面排列,热运动使荷电粒子外散,在这两种作用下界面层由紧密层和分散层组成。 11.什么叫ψ1 电位?能否说ψ1 电位的大小只取决于电解质总浓度而与电解质本性无关?ψ1 电位的符号是否总是与双电层总电位的符号一致?为什么? 答:距离电极表面d处的电位叫ψ1电位。不能,因为不同的紧密层d的大小不同,而紧密层的厚度显然与电解质本性有关,所以不能说ψ1 电位的大小只取决于电解质总浓度而与电解质本性无关。当发生超载吸附时ψ1 电位的符号与双电层总电位的符号不一致。 12.试述双电层方程式的推导思路。推导的结果说明了什么问题? 13.如何通过微分电容曲线和电毛细曲线的分析来判断不同电位下的双电层结构? 答: 14.比较用微分电容法和电毛细曲线法求解电极表面剩余电荷密度的优缺点。 15.什么是特性吸附?哪些类型的物质具有特性吸附的能力? 答:溶液中的各种粒子还可能因非静电作用力而发生吸附称为特性吸附。大部分无机阴离子,部分无机阳离子以及表面活性有机分子可发生特性吸附。 16.用什么方法可以判断有无特性吸附及估计吸附量的大小?为什么? 17.试根据微分电容曲线和电毛细曲线的变化,说明有机分子的特性吸附有哪些特点?

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