第二章电导分析法.ppt

1、第二章第二章电导分析法电导分析法一、概一、概 述述n n电导电导电导电导：在外电场作用下，电解质溶液中的正负离：在外电场作用下，电解质溶液中的正负离：在外电场作用下，电解质溶液中的正负离：在外电场作用下，电解质溶液中的正负离子以相反的方向移动，这种现象叫电导。子以相反的方向移动，这种现象叫电导。子以相反的方向移动，这种现象叫电导。子以相反的方向移动，这种现象叫电导。n n定义定义定义定义：通过测量电解质溶液的电导值来确定物质：通过测量电解质溶液的电导值来确定物质：通过测量电解质溶液的电导值来确定物质：通过测量电解质溶液的电导值来确定物质含量的分析方法。含量的分析方法。含量的分析方法。含量的分析

2、方法。n n影影影影响响响响因因因因素素素素：电电电电导导导导是是是是电电电电阻阻阻阻的的的的倒倒倒倒数数数数，溶溶溶溶液液液液的的的的导导导导电电电电能能能能力力力力与与与与溶溶溶溶液液液液中中中中正正正正负负负负离离离离子子子子的的的的数数数数目目目目、离离离离子子子子所所所所带带带带的的的的电电电电荷荷荷荷数数数数、离子在溶液中的迁移速度等因素有关。离子在溶液中的迁移速度等因素有关。离子在溶液中的迁移速度等因素有关。离子在溶液中的迁移速度等因素有关。n n电电电电导导导导分分分分析析析析的的的的依依依依据据据据：根根根根据据据据溶溶溶溶液液液液电电电电导导导导的的的的变变变变化化化化来来

3、来来指指指指示示示示溶溶溶溶液中离子浓度的变化。液中离子浓度的变化。液中离子浓度的变化。液中离子浓度的变化。n n电导分析法的分类电导分析法的分类电导分析法的分类电导分析法的分类：电导法和电导滴定法。：电导法和电导滴定法。：电导法和电导滴定法。：电导法和电导滴定法。n n电导分析法有极高的灵敏度：电导分析法有极高的灵敏度：n n由于溶液的电导并不是某一个离子的特性，由于溶液的电导并不是某一个离子的特性，溶液的电导是存在于溶液中所有各种离子溶液的电导是存在于溶液中所有各种离子单独电导的总和单独电导的总和，只能测量离子的总量，只能测量离子的总量，而不能而不能 鉴别和测定某离子及其含量，因此鉴别和测

4、定某离子及其含量，因此其选择性很差。其选择性很差。n n此方法主要用于监测水的纯度、大气中有此方法主要用于监测水的纯度、大气中有害气体（如害气体（如SO2、CO2和和HF等）以及某些等）以及某些物理常数的测定等。物理常数的测定等。二、二、电导分析法的基本原理电导分析法的基本原理（一）电导和电导率（一）电导和电导率（一）电导和电导率（一）电导和电导率n n电电电电解解解解质质质质溶溶溶溶液液液液的的的的电电电电导导导导能能能能力力力力用用用用电电电电导导导导GG来来来来表表表表示示示示，电电电电导导导导是电阻是电阻是电阻是电阻RR的倒数。服从欧姆定律的倒数。服从欧姆定律的倒数。服从欧姆定律的倒数

5、。服从欧姆定律为电阻率，单位为欧姆厘米为电阻率，单位为欧姆厘米cmA为导体截面积为导体截面积(单位为单位为cm2)L为导体长度为导体长度(单位为单位为cm)为电导率为电导率,电阻率的倒数电阻率的倒数,单位西门子每厘米单位西门子每厘米Scm-1单位：西门子单位：西门子Sn n电导率电导率电导率电导率 的物理意义的物理意义的物理意义的物理意义：相当于长度为：相当于长度为：相当于长度为：相当于长度为1cm 1cm，截，截，截，截面积为面积为面积为面积为1cm1cm2 2的导体的电导。的导体的电导。的导体的电导。的导体的电导。n n对于电解质溶液，其电导率则相当于对于电解质溶液，其电导率则相当于对于电

6、解质溶液，其电导率则相当于对于电解质溶液，其电导率则相当于1cm1cm3 3的的的的溶液在距离为溶液在距离为溶液在距离为溶液在距离为1cm1cm的两电极间所具有的电导。的两电极间所具有的电导。的两电极间所具有的电导。的两电极间所具有的电导。n n对一定的电导电极，面积对一定的电导电极，面积对一定的电导电极，面积对一定的电导电极，面积AA与电极间距离与电极间距离与电极间距离与电极间距离L L一定，一定，一定，一定，L/AL/A为定值，称为为定值，称为为定值，称为为定值，称为电导池常数电导池常数电导池常数电导池常数，用，用，用，用 表示表示表示表示电导率电导率与电解质溶液的浓度与性质有关：与电解质

7、溶液的浓度与性质有关：（1 1）在在一一定定范范围围内内，离离子子的的浓浓度度愈愈大大，电电导导率率愈大。愈大。（2 2）离子的迁移速度愈快，电导率愈大）离子的迁移速度愈快，电导率愈大（3 3）离子的价数愈高，电导率愈大）离子的价数愈高，电导率愈大n n当外部条件固定时，对于同一电解质当外部条件固定时，对于同一电解质(2)(3)(2)(3)点是确定的，电导取决于溶液的浓度。点是确定的，电导取决于溶液的浓度。（二）摩尔电导和极限摩尔电导（二）摩尔电导和极限摩尔电导n n摩摩尔尔电电导导是是含含有有1mol电电解解质质的的溶溶液液在在距距离离1cm的两电极间所具有的电导。的两电极间所具有的电导。m

8、n n摩摩尔尔电电导导规规定定了了电电解解质质的的物物质质的的量量，而而不不管管体积大小体积大小 m为摩尔电导为摩尔电导Scm2mol-1 摩尔电导率必须对应于溶液中含有摩尔电导率必须对应于溶液中含有1mol电解质，电解质，但对电解质基本质点的选取决定于研究需要。但对电解质基本质点的选取决定于研究需要。例如，对例如，对 溶液，基本质点可选为溶液，基本质点可选为 或或 ，显然，在浓度相同时，含有，显然，在浓度相同时，含有1mol 溶溶液的摩尔电导率是含有液的摩尔电导率是含有1mol 溶液的溶液的2倍。即：倍。即：为了防止混淆，必要时在为了防止混淆，必要时在0,m0,m后面要注明所取的后面要注明所

9、取的基本质点。基本质点。强电解质强电解质溶液的电导率随着浓度的溶液的电导率随着浓度的增加而升高。当浓度增加到一定程增加而升高。当浓度增加到一定程度后，解离度下降，离子运动速率度后，解离度下降，离子运动速率降低，电导率也降低，如降低，电导率也降低，如 和和KOH溶液。溶液。弱电解质弱电解质溶液电导率随浓度变化不溶液电导率随浓度变化不显著，因浓度增加使其电离度下降，显著，因浓度增加使其电离度下降，粒子数目变化不大，如醋酸。粒子数目变化不大，如醋酸。中性盐中性盐由于受饱和溶解度的限制，由于受饱和溶解度的限制，浓度不能太高，如浓度不能太高，如KCl。n n电电电电解解解解质质质质溶溶溶溶液液液液的的的

10、的摩摩摩摩尔尔尔尔电电电电导导导导均均均均随随随随溶溶溶溶液液液液浓浓浓浓度度度度降降降降低低低低而而而而增增增增大大大大，当当当当溶溶溶溶液液液液无无无无限限限限稀稀稀稀释释释释时时时时，摩摩摩摩尔尔尔尔电电电电导导导导达达达达一一一一极极极极限限限限值值值值，此此此此值值值值称称称称为为为为无限稀释摩尔电导无限稀释摩尔电导无限稀释摩尔电导无限稀释摩尔电导，用，用，用，用 mm表示。表示。表示。表示。n n电解质溶液无限稀释摩尔电导是溶液中所有离子无电解质溶液无限稀释摩尔电导是溶液中所有离子无电解质溶液无限稀释摩尔电导是溶液中所有离子无电解质溶液无限稀释摩尔电导是溶液中所有离子无限稀释摩尔电

11、导总和。限稀释摩尔电导总和。限稀释摩尔电导总和。限稀释摩尔电导总和。mm =m+m+m-m-nn m+m+表示正离子无限稀释离子电导表示正离子无限稀释离子电导表示正离子无限稀释离子电导表示正离子无限稀释离子电导 n n m-m-表示负离子无限稀释离子电导表示负离子无限稀释离子电导表示负离子无限稀释离子电导表示负离子无限稀释离子电导 n n在在一一定定温温度度和和溶溶剂剂下下，mm为为一一定定值值。该该值值在在一一定定程度上反映了个离子导电能力的大小。程度上反映了个离子导电能力的大小。离子独立运动定律离子独立运动定律下面是一些常见离子在水溶液的极限摩尔下面是一些常见离子在水溶液的极限摩尔电导（电

12、导（25C）阳离子阳离子m+阴离子阴离子m-H+349.8OH-197.6Na+50.11Cl-76.34K+73.52Br-78.3Mg2+53.06 SO42-80.0从表中可以看到从表中可以看到H+、OH-的的mm特别大。特别大。例如，弱电解质醋酸例如，弱电解质醋酸 随着浓度下降，随着浓度下降，m 升高，升高，通常当浓度降至通常当浓度降至 以下以下时，时，与与m 之间呈线性关系。之间呈线性关系。德国科学家德国科学家Kohlrausch总结的经总结的经验式为：验式为：A是与电解质性质有关的常数。将直线外推至是与电解质性质有关的常数。将直线外推至，得到无限稀释摩尔电导率，得到无限稀释摩尔电导

13、率 。离子淌度离子淌度n n又称又称又称又称离子迁移率离子迁移率离子迁移率离子迁移率。某种离子在一定的溶剂中，当电位梯度为每。某种离子在一定的溶剂中，当电位梯度为每。某种离子在一定的溶剂中，当电位梯度为每。某种离子在一定的溶剂中，当电位梯度为每米米米米1 1伏特时的迁移速率称为此种离子的淌度，单位是米伏特时的迁移速率称为此种离子的淌度，单位是米伏特时的迁移速率称为此种离子的淌度，单位是米伏特时的迁移速率称为此种离子的淌度，单位是米2 2 秒秒秒秒-1-1 伏伏伏伏特特特特-1-1。离子淌度是代表离子迁移速率特征的物理量。离子淌度是代表离子迁移速率特征的物理量。离子淌度是代表离子迁移速率特征的物

14、理量。离子淌度是代表离子迁移速率特征的物理量。在单位电场强度下，某种离子在单位电场强度下，某种离子在单位电场强度下，某种离子在单位电场强度下，某种离子i i在一定温度和一定介质中移动的在一定温度和一定介质中移动的在一定温度和一定介质中移动的在一定温度和一定介质中移动的速率，以速率，以速率，以速率，以UUi i表示。不同溶液的电导率很不相同。电解质溶液的表示。不同溶液的电导率很不相同。电解质溶液的表示。不同溶液的电导率很不相同。电解质溶液的表示。不同溶液的电导率很不相同。电解质溶液的电导是由离子引起的，所以不同溶液的导电能力直接决定于单电导是由离子引起的，所以不同溶液的导电能力直接决定于单电导是

15、由离子引起的，所以不同溶液的导电能力直接决定于单电导是由离子引起的，所以不同溶液的导电能力直接决定于单位体积中离子的数目、每个离子所带的电荷以及离子移动的快位体积中离子的数目、每个离子所带的电荷以及离子移动的快位体积中离子的数目、每个离子所带的电荷以及离子移动的快位体积中离子的数目、每个离子所带的电荷以及离子移动的快慢，因此溶液的电导率慢，因此溶液的电导率慢，因此溶液的电导率慢，因此溶液的电导率 与溶液中各种离子的浓度与溶液中各种离子的浓度与溶液中各种离子的浓度与溶液中各种离子的浓度c ci i、离子的价、离子的价、离子的价、离子的价数数数数Z Zi i、离子淌度有关。对于离子、离子淌度有关。

16、对于离子、离子淌度有关。对于离子、离子淌度有关。对于离子i i来说，可以证明它对总电导率来说，可以证明它对总电导率来说，可以证明它对总电导率来说，可以证明它对总电导率 i i的贡献为：的贡献为：的贡献为：的贡献为：i ic ci i|Z Zi i|UUi iF F式中式中式中式中F F为法拉第常数。为法拉第常数。为法拉第常数。为法拉第常数。n n如果溶液中存在正、负两种离子，分别用下标、表示如果溶液中存在正、负两种离子，分别用下标、表示如果溶液中存在正、负两种离子，分别用下标、表示如果溶液中存在正、负两种离子，分别用下标、表示,则溶液的总电导率则溶液的总电导率则溶液的总电导率则溶液的总电导率 应是正、负离子各自电导率应是正、负离子各自电导率应是正、负离子各自电导率应是正、负离子各自电导率+和和和和-的和：的和：的和：的和：+-(c c+|Z Z+|UU+c c-|Z Z-|UU-)F F（三）（三）电解质溶液的电导与浓度的关系电解质溶液的电导与浓度的关系D:介电常数介电常数:介质的黏度介质的黏度T:绝对温度绝对温度理论解释理论解释松弛效应与电泳效应松弛效应与电泳效应（1）离子在溶液中以