電化學(xué)分析主要是研究物質(zhì)的化學(xué)成分與它的電化學(xué)性質(zhì)間的關(guān)系。應(yīng)用電化學(xué)的研究成果來(lái)解決分析化學(xué)方面的問(wèn)題,已發(fā)展成多種的電化學(xué)分析方法。在這些方法中,如電位滴定法、電導(dǎo)滴定法和極譜滴定法,基本上是利用滴定過(guò)程中被測(cè)溶液的電的性質(zhì)(電位,電導(dǎo)和電流)改變來(lái)指示滴定終點(diǎn),稱(chēng)為電容量分析法;各種電解法,基本上是利用電能從溶液中使被測(cè)定的元素在已知重量的電極上被還原為金屬析出,然后測(cè)其重量。該法稱(chēng)為電重量分析法。極譜分析是電化學(xué)分析之一,但理論上和實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面都與上述兩類(lèi)方法不同,可視為一種特殊的電解分析法。
當(dāng)一種金屬浸在含有該金屬離子的溶液中時(shí),在金屬和溶液間便產(chǎn)生一個(gè)電位差,稱(chēng)為電極電位。這個(gè)電位的絕對(duì)值現(xiàn)在還無(wú)法測(cè)定。但是,我們可以測(cè)定浸在同一溶液中的兩個(gè)電極間的電位差。設(shè)在任一溫度時(shí),當(dāng)量氫電極(氫離子活度為1,氫的氣壓為一個(gè)大氣壓)的電位為零,那么任何其他電極的電位都可根據(jù)這個(gè)當(dāng)量氫電極為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定。在25℃時(shí),與自己離子相接觸的金屬電極電位E,可用勒恩斯特方程式表示:
RT
E = E0+——log[Me(n+)]
nF
式中 E0——標(biāo)準(zhǔn)電位;
[Me(n+)]——金屬離子濃度(更正確地說(shuō)是活度);
R——8.315伏一庫(kù)侖或焦耳;
F——96500庫(kù)侖;
T——絕對(duì)溫度(°K);
n——離子的價(jià)數(shù)。
在25C時(shí):
0.0591
E = E0+————log[Me(n+)] (1)
n
若以離子的指數(shù)pMe(n+)[pMe(n+)=-log[Me(n+)]]代入(1)式得:
0.0591
E = E0 - ———— [pMe(n+)] (2)
n
表示氫電極時(shí)為:
E = E0-0.0591pH (3)
將貴金屬鉑(或鈀或金電極)浸于氧化還原系統(tǒng)的溶液中,則鉑電極電位E(以當(dāng)量氫電極為標(biāo)準(zhǔn))在25℃時(shí)為:
0.591 [ox]
E = E0+———log ——— (1)
n [Red]
式中 n——電子得失數(shù);
[OX]——氧化態(tài)濃度;
[Red]——還原態(tài)濃度。
當(dāng)其他條件一定,鉑電極電位與溶液中的離子濃度或氧化形還原形濃度之間,存在著簡(jiǎn)單的關(guān)系,即鉑電極電位隨溶液組成的變化而變化。在電位滴定中,反映滴定過(guò)程中溶液組成的變化的電極稱(chēng)為指示電極;電極電位不隨溶液組成變化的電極稱(chēng)為參考電極。
在電位滴定時(shí),把指示電極浸在被測(cè)溶液內(nèi),將參考電極浸在同一溶液中或借鹽橋與該溶液相接觸,然后用電位計(jì)測(cè)量指示電極與參考電極間的電動(dòng)勢(shì)。隨滴定過(guò)程中溶液中離子濃度的變化,電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生相應(yīng)變化,在滴定終點(diǎn)時(shí),離子濃度或氧化形還原形的濃度急劇變化,電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生相應(yīng)的急劇變化,形成突躍,利用電位突躍從而客觀(guān)地找出滴定終點(diǎn)(因參考電極的電位在滴定過(guò)程中保持一定,故所測(cè)電動(dòng)勢(shì)即為指示電極電位)。