第二章电导分析法

1、第二章电导分析电导分析 导体: 有导电能力的物质称为导体。利用超导材料的抗磁性，将利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作用这种磁悬浮效应可以制作高速高速超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车。所所谓谓核磁共振核磁共振，是具有核磁矩的物，是具有核磁矩的物质质在一定的在一定的恒定恒定磁磁场场和交和交变变磁磁场场同同时时作用作用下，下，会对变会对变化的化的电磁场产

2、电磁场产生生强烈强烈的共振的共振吸收吸收现现象。利用象。利用高温超导体高温超导体的的线线圈可以圈可以通通过极过极大的大的电电流而流而产产生生极强极强的磁的磁场场，可，可以比一般磁以比一般磁场场高高两倍数两倍数量量级级，检测检测的的灵灵敏度取敏度取决于决于所加磁所加磁场场的大小，磁的大小，磁场场越大，越大，氢氢的共振的共振讯号讯号越越强强得到的得到的图图越清晰，提越清晰，提高早期高早期诊断诊断可能性可能性。导导体体电子导体：依靠电子的定向流动而电子导体：依靠电子的定向流动而导电。如：金属导体导电。如：金属导体( (电线、电缆电线、电缆) )、某些金属氧化物、石墨等。某些金属氧化物、石墨等。离子导

3、体离子导体( (又称电解质导体又称电解质导体) )：借助：借助离子在电极作用下的定向移动进行离子在电极作用下的定向移动进行导电。如：电解质溶液和某些固体导电。如：电解质溶液和某些固体电解质。电解质。 电解质溶液能导电，而且当溶液电解质溶液能导电，而且当溶液中离子浓度发生变化时，其电导也随中离子浓度发生变化时，其电导也随之发生变化。用电导来指示溶液中离之发生变化。用电导来指示溶液中离子的浓度就形成了电导分析法。子的浓度就形成了电导分析法。电导分析法电导分析法: :依据物质电导与浓度之间关依据物质电导与浓度之间关系，确定待测组分含量的方法。系，确定待测组分含量的方法。2-1 2-1 电导分析的基本

4、原理电导分析的基本原理 提提纲纲12345电导及电导率电导及电导率摩尔电导率与极限摩尔电导率摩尔电导率与极限摩尔电导率离子独立移动定律离子独立移动定律离子淌度离子淌度电解质溶液的电导与其浓度关系的理论解释电解质溶液的电导与其浓度关系的理论解释2-1 2-1 电导分析的基本原理电导分析的基本原理一、电导及电导率一、电导及电导率1、电导：衡量导体导电能力的物理、电导：衡量导体导电能力的物理量，与电阻互为倒数关系。量，与电阻互为倒数关系。 G = 1/R = I / V单位：西门子单位：西门子 S，1S=1 -1 2、电导率：单位体积的导体所具有的电导电导率：单位体积的导体所具有的电导。 G = A

5、 / l （单位：（单位：S m-1）3、电导池常数：电导池常数：电导池装置一定，面积电导池装置一定，面积A 与与L固定不变，因此固定不变，因此l /A为定值。为定值。 =l / A （单位：（单位：m-1） = G 用电导率直接来衡量导电能力。用电导率直接来衡量导电能力。 例例1：在电池中，放有两支面积为在电池中，放有两支面积为1.2510-4m2的平行电极，相距的平行电极，相距0.105m，测得溶液的，测得溶液的电阻为电阻为1995.6，计算电导池常数和溶液的，计算电导池常数和溶液的电导率。电导率。 解：解：已知已知A=1.2510- 4m2, l=0.105m, R=1995.6 池常数

6、池常数 m-1 由由 G=1/R=k/ 得到：得到： k= /R=840/1995.6=0.421Sm-140.1058401.25 10lA 由于两极间的距离及板的横由于两极间的距离及板的横截面积不好测量，所以电导率不截面积不好测量，所以电导率不能直接准确测得，一般是用已知能直接准确测得，一般是用已知电导率的标准溶液测出其电导池电导率的标准溶液测出其电导池常数，再测出待测液的电导率。常数，再测出待测液的电导率。 二、二、摩尔电导率与极限摩尔电导率摩尔电导率与极限摩尔电导率1 1、摩尔电导率摩尔电导率( m)：定义定义: : 两块平行的大面积电极相距两块平行的大面积电极相距1m1m时，时，它们

7、之间有它们之间有1mol1mol的电解质溶液，此时该体的电解质溶液，此时该体系所具有的电导，用符号系所具有的电导，用符号 m表示表示。它与电导它与电导率率的关系为：的关系为： 1000mVc （单位：（单位：S m2 mol-1） 1m2m1m 例例2：某电导池内装有两个直径为某电导池内装有两个直径为4.010-2m并相互平行的圆形电极，并相互平行的圆形电极，电极之间的距离为电极之间的距离为0.12m，若池内盛，若池内盛满浓度为满浓度为0.1molL-1 的的AgNO3溶液，溶液，并施加并施加20V电压，则所测电流强度为电压，则所测电流强度为0.1976A。试计算池常数、溶液的电。试计算池常数

8、、溶液的电导、电导率和导、电导率和AgNO3的摩尔电导率。的摩尔电导率。解：已知解：已知A=3.14410-4=1.25610-3m2, l=0.12m, c=0.1molL-1=100molm-3 池常数池常数=l/A=0.12/(1.25610-3)=95.5m-1 溶液的电导溶液的电导 G = I/E=9.8810-3S 电导率：电导率： k=G=9.8810-395.5=0.943Sm-1 m=k/c=9.4310-3Sm2mol-10,mmA c2、极限摩尔电导率、极限摩尔电导率( 0, m)：定义定义: :当电解质溶液无限稀释后，摩尔当电解质溶液无限稀释后，摩尔电导率得到最大值，此

9、值称为无限稀电导率得到最大值，此值称为无限稀释摩尔电导率，用符号释摩尔电导率，用符号 0, m表示表示。 0, m不随浓度而改变，因此它可以作为电不随浓度而改变，因此它可以作为电解质溶液导电能力的特征常数。解质溶液导电能力的特征常数。下面是一些常见离子在水溶液的无限下面是一些常见离子在水溶液的无限稀释摩尔电导率（稀释摩尔电导率（25C）阳离子阳离子m+阴离子阴离子m-H+349.82OH-197.6Na+50.11Cl-76.34K+73.52Br-78.3Mg2+53.06 SO42-80.0例例3：用电导池常数为用电导池常数为0.53cm-1的电导池测的电导池测得某硝酸溶液的电导为得某硝酸

10、溶液的电导为22.7mS，计算该，计算该硝酸溶液的物质的量的浓度。硝酸溶液的物质的量的浓度。 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-则则 molm-3即即c = 0.0286molL-1例例4：在在25时，用面积为时，用面积为1.11cm2,相距相距1.00cm的两个平行的铂黑电极来测定纯的两个平行的铂黑电极来测定纯水的电导，其理论值为多少？水的电导，其理论值为多少？解：解：纯水的极限摩尔电导率；纯水的极限摩尔电导率；m=H+ +OH-=547.4210-4S

11、m2mol-1纯水中氢离子、氢氧根离子的浓度均为纯水中氢离子、氢氧根离子的浓度均为10-7molL-1，即，即c=10-4molm-3由纯水的电导率为由纯水的电导率为k=cm=5.474210-6Sm-1所以纯水电导为所以纯水电导为G=kA/l=5.474210-61.1110-2 =6.0810-8S五、五、电解质溶液的电导与其浓度关系电解质溶液的电导与其浓度关系的理论解释的理论解释1、弱电解质弱电解质: 电离理论电离理论-摩尔电导率随浓度摩尔电导率随浓度的增大而降低由于电解质电离度减少的缘故。的增大而降低由于电解质电离度减少的缘故。2、强电解质：离子互吸理论、强电解质：离子互吸理论-电解质

12、中每个电解质中每个中心离子都被带有相反电荷离子和溶剂化分子中心离子都被带有相反电荷离子和溶剂化分子包围形成离子氛。当中心离子不做运动时，离包围形成离子氛。当中心离子不做运动时，离子氛处于稳定状态，球形对称。当中心离子在子氛处于稳定状态，球形对称。当中心离子在外电场的作用下移动时，离子氛对称性受到破外电场的作用下移动时，离子氛对称性受到破坏。坏。-+-+运动过程：运动过程：是离子氛不断生成和破坏的过程。是离子氛不断生成和破坏的过程。离子氛松弛时间：离子氛松弛时间：离子氛生成和消失的时间。离子氛生成和消失的时间。 10-710-9s运动过程产生两种效应：运动过程产生两种效应：1）电泳效应：）电泳效

13、应：当中心离子及其溶剂化分子在当中心离子及其溶剂化分子在一起作定向运动时，离子氛中带相反电荷的离一起作定向运动时，离子氛中带相反电荷的离子也随溶剂化分子一起向相反方向移动，它使子也随溶剂化分子一起向相反方向移动，它使中心离子的前进受到一种阻力中心离子的前进受到一种阻力(电泳力电泳力)，减慢，减慢了中心离子的运动速度，因此降低了溶液电导。了中心离子的运动速度，因此降低了溶液电导。2）松弛效应：）松弛效应：当中心离子向某一电极运动当中心离子向某一电极运动时，离子氛的对称性受到破坏，它必须在其移时，离子氛的对称性受到破坏，它必须在其移动方向的前面恢复离子氛，而在后边不断减少动方向的前面恢复离子氛，而

14、在后边不断减少电荷密度。在中心离子的前方，新的离子氛未电荷密度。在中心离子的前方，新的离子氛未完全形成，在其后边，原来的离子氛未完全破完全形成，在其后边，原来的离子氛未完全破坏的瞬间，因离子氛的变形使中心离子在其前坏的瞬间，因离子氛的变形使中心离子在其前进方向受到一种向后的拉力进方向受到一种向后的拉力(松弛力松弛力)，它阻碍，它阻碍了离子的运动速度，因此降低了溶液电导。了离子的运动速度，因此降低了溶液电导。作业：作业：已知已知0.0200molL-1KCl溶液在溶液在25时的电时的电导率导率=0.002765S-1，实验测得此溶液，实验测得此溶液的电阻为的电阻为240，测得，测得0.01mol

15、L-1磺胺水磺胺水溶液电阻为溶液电阻为60160，试求电导池常数和，试求电导池常数和磺胺水溶液的磺胺水溶液的及及m。2-3 2-3 电导分析及其应用电导分析及其应用一、直接电导法的应用：一、直接电导法的应用： 直接电导法是直接根据溶液的电导直接电导法是直接根据溶液的电导与被待离子浓度的关系进行分析的方法。与被待离子浓度的关系进行分析的方法。主要应用在以下几个方面：主要应用在以下几个方面： 水质纯度及水质纯度及土壤、海水盐度土壤、海水盐度的测定：的测定：水的纯度取决于水中可溶性电解质的含量。水的纯度取决于水中可溶性电解质的含量。通过测定电导率可以鉴定水的纯度。通过测定电导率可以鉴定水的纯度。超纯

16、水超纯水 蒸馏水蒸馏水 好水源好水源 0.5%NaCl 海水海水 30%硫酸硫酸 实验室实验用水的检测：实验室实验用水的检测：(2) 钢材中碳硫含量的测定钢材中碳硫含量的测定：如如: SO2 被被K2Cr2O7氧化，生成硫酸；氧化，生成硫酸；CO2被碱液被碱液 Ba(OH)2吸收。结果使溶液吸收。结果使溶液的电导率改变，根据电导率在吸收前后的电导率改变，根据电导率在吸收前后之差来确定其含量。之差来确定其含量。(3) 大气污染物测定大气污染物测定：由各种污染源排放的大气污染气体主由各种污染源排放的大气污染气体主要有要有SO2 、CO、 CO2及及 NXOY等。可等。可利用气体吸收装置，将这些气体

17、通过利用气体吸收装置，将这些气体通过一定的吸收液，利用反应前后电导率一定的吸收液，利用反应前后电导率的变化来间接反映气体的浓度的变化来间接反映气体的浓度.SO2H2O2、H2OH2SAg2SO4KHSO4HClH2C2O4NH3CO2NaOH例：大气中例：大气中SO2的测定，的测定，SO2气体气体用用H2O2吸收，吸收，SO2被被H2O2氧化为氧化为H2SO4 后电导率增加，由此可计后电导率增加，由此可计算出大气中算出大气中SO2的含量。的含量。 SO2 + H2O2 H2SO4 + H2O工业流程控制工业流程控制：- 化肥生成中测定微量化肥生成中测定微量CO、CO21051102522223

18、2552oCCOI OICOCONaOHNa COH O - 烯烃生产中裂解气烯烃生产中裂解气H2S的测定的测定电导液电导液CdCl2参比池参比池反应管反应管222H SCdClCdSHCl+=+测量池测量池(5) 色谱检测器色谱检测器 原理原理: 电导池里含有能吸收气体形成离子电导池里含有能吸收气体形成离子溶液或沉淀的物质，常使用双电导池，其溶液或沉淀的物质，常使用双电导池，其一为参比池，不通气体；另一为检测池，一为参比池，不通气体；另一为检测池，通过气体，根据两池的电导之差来测定气通过气体，根据两池的电导之差来测定气体含量。体含量。二、电导滴定法及其应用二、电导滴定法及其应用电导滴定原理：

19、滴定过程溶液电导率的改电导滴定原理：滴定过程溶液电导率的改变，化学计量点出现突跃。变，化学计量点出现突跃。(1) 强碱滴定强酸强碱滴定强酸: 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摩尔电导率摩尔电导率 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：电导滴定法还可以测定用化学指示例如：电导滴定法还可以测定用化学指示剂法无法直接准确测定的相当弱的酸，剂

20、法无法直接准确测定的相当弱的酸，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 离子淌度：离子淌度： K+ Ag+ Li+ () () ()() () ()-33-KClAgNOKNOAgClLiClAgACLiACAgCl+=+=+(5) 氧化还原反应氧化还原反应 （Ka=5.110-10）33223422H AsOIH OH AsOHI+-+=+计量点前：迅速上升计量点前：迅速上升计量点后：不变计量点后：不变(6) 络合反应络合反应222222MNa

21、 H YNaMYH+-+=+ 可以加缓冲溶液吗？可以加缓冲溶液吗？v为了减小稀释效应的影响和提高方为了减小稀释效应的影响和提高方法的准确度，法的准确度，应使用浓度较大的滴定应使用浓度较大的滴定剂，一般是滴定剂浓度比被滴溶液浓剂，一般是滴定剂浓度比被滴溶液浓度大度大1020倍，被测溶液为稀溶液。倍，被测溶液为稀溶液。滴定终点确定的方法：滴定终点确定的方法： 作作GV关系图：以两条斜率不同的直线关系图：以两条斜率不同的直线或其延长线的交点作为滴定终点。或其延长线的交点作为滴定终点。 准确度：准确度：0.51% 三、某些物理化学常数的测定：三、某些物理化学常数的测定：1、 电离度与电离度与平衡常数平

22、衡常数如如: HAc = H+ + Ac- c(1- ) c c 212(1)1acccKc00035041391HAcHAc由实验测定由实验测定HAc的浓度为的浓度为1.11410-4 mol/L时的电时的电导率导率127.7，计算：，计算：127.70.327391251.77 10(1)1acccKc当弱电解质在溶液里达到电当弱电解质在溶液里达到电离平衡时，溶液中已经电离离平衡时，溶液中已经电离的电解质分子数占原来总分的电解质分子数占原来总分子数的百分数叫做电离度子数的百分数叫做电离度。 或利用作图法或利用作图法:（2）式代入）式代入 （1）式，得：）式，得：22()111aaacKCKCK 以对作图，截矩为，根据斜率求得2、 难溶盐的溶度积难溶盐的溶度积5001 0 0 01 0 0 08 .8 2 71 0oc如如: 25 C时，时，实验测定实验测定AgBr饱和水溶液的电导饱和水溶液的电导率率: =1.57610-6 S/cm；纯水的电导率：纯水的电导率： =1.51910-6 S/cm校正后校正后 AgBr 的电导率：的电导率： AgBr =5.710-8 S/cm0061.9;78.4AgBrKsp=(4.06 10-7) 2 =1.648 10-13如：乙酸乙脂的皂化反应：如：乙酸乙脂的皂化反应：3、 化学反应常数的测定化学反应常数的测定