Bài giảng Phương pháp điện thế kế

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Phương pháp điện thế kế cung cấp cho người học những kiến thức như Cấu tạo hệ đo thế; Điện cực so sánh; Điện cực hydro tiêu chuẩn (SHE); Điện cực bạc/bạc chloride; Điện cực calomel bão hòa (SCE); Điện cực chỉ thị; Điện cực loại 1; Điện cực màng chọn lọc; Phân loại điện cực màng chọn lọc; Cơ chế hoạt động của điện cực màng thủy tinh;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phương pháp điện thế kế

PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ KẾ 1
Nguyên lý l Đo hiệu thế giữa hai điện cực nhúng vào một dung dịch nhất định l một điện cực so sánh có thế không đổi/Reference electrode: maintains a fixed (reference) potential l một điện cực chỉ thị có thế thay đổi theo bản chất và nồng độ của ion cần xác định./Indicator (working) electrode: responds to analyte activity l Từ thế E thay đổi có thể suy ra hoạt độ hoặc nồng độ của ion cần xác định dựa trên phương trình Nernst. l Hệ hoạt động không dòng (i=0) hay i rất nhỏ, không có phản ứng điện hóa xảy ra, thành phần dung dịch không đổi. 2
Cấu tạo hệ đo thế l Điện cực so sánh (RE) l Điện cực chỉ thị (IE) l Cầu muối (SB) l Dung dịch phân tích (A) Cho biết l Một máy đo thế đâu là cầu muối trong hình vẽ? RE ½SB ½A ½IE – Eref + Ej + Eind 3
Điện cực so sánh Yêu cầu của điện cực so sánh l Điện cực có thế hằng định và biết trước. l Thế tuân theo phương trình Nernst và trở lại thế ban đầu khi chịu một dòng điện rất nhỏ. Phản ứng điện cực hoàn toàn thuận nghịch l Thế ít thay đổi theo nhiệt độ l Độ lặp lại cao, dễ chế tạo, dễ bảo quản l Không nhạy với chất phân tích 4
Điện cực hydro tiêu chuẩn (SHE) Bán tế bào điện hóa của điện cực biểu diễn như sau: Pt(s), H2 (k, 1 atm) | H+ (n, a = 1.00) || Phản ứng của bán tế bào là: 2H+(n) + 2e ÛH2(k) Nhược điểm: oKhó chế tạo và duy trì oNguy hiểm oCồng kềnh Thực tế ít sử dụng Ưu điểm ? 5
Suppose you want to measure the relative amounts of Fe2+eand Fe3+ in a solution. Write the two half-reactions ? A galvanic cell that can be used to measure the quo5ent [Fe2+]/[Fe3+] in the right half- cell. The Pt wire is the indicator electrode, and the en5re leD half-cell plus salt bridge (enclosed by the dashed line) can be considered a reference electrode. 6
Write the Nernst equations illustrate the electrode potentials ? The electrode potentials are Fe/" 1 E" = 0.771 + 0.059lg E1 = 0.222 + 0.059lg 1 Fe0" Cl The cell voltage is the difference E+ and E_ Fe/" 1 E = E" − E1 = 0.771 + 0.059lg − 0.222 + 0.059lg 1 Fe0" Cl Changes in the cell voltage [Cl-] is constant, result from changes in the fixed by the quotient [Fe2+]/[Fe3+] solubility of KCl
Điện cực bạc/bạc chloride Bán tế bào điện hóa của điện cực này biểu diễn như sau: Ag| AgCl | KCl (xM)|| Phản ứng của bán tế bào là: AgCl(r) +e Û Ag(r) + Cl–(n) Thế điện cực tùy thuộc nồng độ xM của dung dịch KCl Điện cực Thế (V) Ag/AgCl/KCl 3.5M 0.222 Ag/AgCl/KCl bão hòa 0.197 l So với điện cực SCE, điện cực Ag/AgCl có thể sử dụng ở nhiệt độ trên 60°C 8
Điện cực bạc/bạc chloride a reference electrode dipped into Double-junction the analyte solution reference electrode. 9
Điện cực calomel bão hòa (SCE) Bán tế bào điện hóa của điện cực này biểu diễn như sau: Hg| Hg2Cl2 bão hòa, KCl (xM)|| Phản ứng của bán tế bào là: Hg2Cl2(bão hòa) +2e Û 2Hg(l) + 2Cl–(n) Thế điện cực tùy thuộc nồng độ xM của dung dịch KCl Điện cực Thế (V) Calomel / 1.0M KCl 0.335 Calomel / 3.5M KCl 0.250 Calomel / bão hòa KCl 0.244 Thế thay đổi 1.2mV khi nhiệt độ thay đổi 1 độ. Tại sao mực dung dịch KCl trong ống cao hơn mực nước bên ngoài ống? 10 Ứng dụng điện cực trong những trường hợp nào?
11
Điện cực chỉ thị Yêu cầu của điện cực chỉ thị l Thế chỉ phụ thuộc vào hoạt độ chất cần xác định và tuân theo phương trình Nernst l Ổn định, độ lặp lại cao l Thời gian đáp ứng nhanh l Cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ sử dụng và bảo quản Điện cực hydro, điện cực calomen có dùng làm điện cực chỉ thị được hay không? 12
Điện cực chỉ thị Điện cực chỉ thị kim loại § Điện cực loại 1dùng để xác định cation § Điện cực loại 2 dùng để xác định anion Điện cực oxy hóa khử (điện cực trơ) dùng để xác định các chất oxy hóa hoặc khử Điện cực màng chọn lọc 13
Điện cực loại 1 l Để xác định các cation Mn+ l Làm bằng chính kim loại cần xác định (M) nhúng vào dung dịch chứa ion Mn+. Thế của điện cực này chỉ tùy thuộc vào hoạt độ của ion Mn+. l Ví dụ: điện cực Cu để xác định Cu2+ Kim loại nào có thể dùng làm điện cực loại 1 trong phân tích? Những bất lợi của điện cực loại 1? (tính chọn lọc, tính lặp lại, ổn định…) 14
Điện cực loại 1 Indicator electrode: Reference electrode: Use of Ag and calomel A silver electrode is also a halide electrode, if electrodes to measure [Ag+] solid silver halide is present 15
Điện cực loại 2 l Dùng để xác định các anion Xn-. l Dùng một kim loại M làm điện cực. Kim loại này tạo hợp chất ít tan với phi kim X. l Ví dụ: Ag tạo được muối ít tan AgX với halogen X2 l Thế điện cực: l Nếu hợp chất ít tan là AgCl: với Ksp là tích số tan của AgCl l Như vậy thế của điện cực loại hai chỉ còn phụ thuộc vào hoạt độ ion Cl-. 16
Điện cực oxy hóa khử l Làm bằng vật liệu trơ (thường là Pt, Pd, Au, C) nhúng vào dung dịch chứa hai ion oxy hóa khử liên hợp đều tan trong nước. l Thế điện cực phụ thuộc vào tỷ số hoạt độ của dạng oxy hóa và dạng khử. l Ví dụ, điện cực Pt nhúng vào dung dịch Ce(IV)/Ce(III) l Điện cực oxy hóa khử chỉ dùng được cho các phản ứng oxy hóa khử thuận nghịch. 17
Điện cực màng chọn lọc l Bộ phân chính là một màng có thành phần hoặc cấu trúc đặc biệt có ái lực với ion cần xác định. l Cơ chế hoạt động dựa trên cơ chế trao đổi ion và độ tan của vật liệu màng. Trong màng tồn tại: l Những điểm cố định l Những điểm di động tích điện, có thể di chuyển trong màng nhờ quá trình điện di hoặc khuếch tán. l Khi hai mặt của màng tiếp xúc dung dịch nằm ở phía trong điện cực (a1 ) và dung dịch phân tích nằm ngoài điện cực (a2) thì có một ion có ái lực mạnh nhất với màng điện cực đi qua màng %& +, E= E# ± '( ln + - l Thế của điện cực ấy phải đặc trưng cho từng ion và tuân thủ nghiêm ngặt phương trình Nernst. 18
Cấu tạo cơ bản của điện cực màng chọn lọc Electrode Body Electrical Connection Ion Sensitive Area Ø Responds selectively to one ion Ø Does not involve a redox process Ø Minimal solubility – membrane will not dissolve in solution during measurement (silica, polymers, low solubility inorganic compound)
Phân loại điện cực màng chọn lọc Điện cực Ion chọn lọc Thành phần màng Ion gây nhiễu Độ nhạy (mol/L) Điện cực màng thủy H+ Li2O – BaO – La2O3 – SiO2 Li+, Na+ 10-10 tinh Hoặc Na2O – CaO – SiO2 Na+ Li2O – Al2O3 – SiO2 Ag+, H+ 10-6 Hoặc Li+, K+, Cs+ 10-3 Na2O – Al2O3 – SiO2 Điện cực màng rắn F- LaF3 (+Eu) OH- 10-6 Ag+ hoặc S2- Ag2S Hg2+ 10-20 Cl-,Br-, I- AgX/Ag2S S2- 10-6, 10-7, 10- 10 SCN-(=X) 5x10-10 CN- AgI/Ag2S S2- 10-6 Cu2+ CuS/Ag2S S2-, Ag+, Hg2+ 10-10 Cd2+ CdS/Ag2S Ag+, Hg2+, Cu2+ 10-10 Pb2+ PbS/Ag2S Ag+, Hg2+, Cu2+ 10-10 Điện cực màng lỏng Ca2+ Dialkyl-phosphat Mg2+, Sr2+ Cl- Dioctyldistearyl-amonium ClO4-, I-, NO3-, SO42- 10-5 K+ Valinomycin Cs+, NH4+ 10-5 NO3- Phức Ni với o-phenaltrolin 20