84
Вопрос 13.
Перечислите ЭМА, используемые для определения основных показателей природных, сточных и питьевых вод.
Ответ. В практике аналитического контроля воды используются методы вольтамперометрии, потенциометрии, кондуктометрии.
Вопрос 14.
Назовите электрохимические методы анализа, в которых используются химические сенсоры (датчики).
Ответ. В практике промышленных и экологических лабораторий химические сенсоры используются для аналитических измерений в методах ионометрии и амперометрии.
Вопрос 15.
Назовите наиболее перспективный ЭМА и дайте обоснование целесообразности его применения.
Ответ. Наиболее перспективным из ЭМА является метод инверсионной вольтамперометрии. Он позволяет экспрессно из одной пробы с чувствительностью 10
–
10
– 10
–
9
моль/дм
3
определять одновременно до
4–5-ти компонентов. При этом объектом исследования могут быть как неорганические, так и органические соединения.
Вопрос 16.
Сформулируйте принцип, лежащий в основе классификации ЭМА, рекомендованной ИЮПАК?
Ответ. Классификация ЭМА, разработанная ИЮПАК, основана на взаимосвязи аналитического сигнала, используемого в методе, с возможностью и глубиной протекания электрохимической реакции на поверхности электрода электрохимической ячейки.
Вопрос 17.
В каком из ЭМА практически исключается протекание электрохимических реакций на поверхности электрода?
Ответ. В методах кондуктометрии и высокочастотного титрования при проведении аналитических измерений создаются специальные условия, позволяющие практически полностью исключить протекание электрохимических реакций на поверхности электрода.
Вопрос 18.
На чем основаны методики прямых электрохимических измерений?
Ответ. Прямые электрохимические измерения основаны на установлении функциональной зависимости между электрическим параметром и составом изучаемой системы. На основе полученной зависимости по
85 значению аналитического сигнала проводится расчет измеряемой величины
(концентрации или массы определяемого вещества).
Вопрос 19.
Перечислите прямые методы анализа, используемые в электрохимических измерениях.
Ответ.
При проведении прямых электрохимических измерений используются методы градуировочного графика, стандартных добавок и метод сравнения.
Вопрос 20.
Чем отличаются косвенные электрохимические методы от прямых?
Ответ. В основе любого косвенного метода анализа лежит процесс титрования. При этом точка эквивалентности определяется инструментально по изменению физических свойств титруемой системы. В прямых методах – титрование не проводится, а концентрация анализируемого вещества определяется по функциональной зависимости между аналитическим сигналом и составом изучаемой системы.
Вопрос 21.
В чем преимущество электрохимических методов по сравнению с оптическими методами анализа?
Ответ. В отличие от оптических электрохимические методы могут быть использованы для анализа окрашенных и мутных растворов, в том числе технологических растворов, сточных вод и промышленных выбросов. ЭМА легче встраиваются в систему автоматического контроля, так как не требуют дополнительного преобразования аналитического сигнала в электрический параметр.
Тесты
Тест 1.
Какой из ЭМА не пригоден для дифференцированного анализа сложной многокомпонентной системы? а) прямая кулонометрия;
б) прямая
кондуктометрия;
г) ионометрия; д) вольтамперометрия.
Тест 2.
В каком ЭМА строение двойного электрического слоя в околоэлектродном
86 пространстве не учитывается
87 а) кулонометрия;
б)
кондуктометрия; в) потенциометрия; г) вольтамперометрия.
Тест 3.
Какой из перечисленных ЭМА является самым точным? а) прямая кондуктометрия; б) полярография;
в) кулонометрическое
титрование; г) ионометрия.
Тест 4.
С помощью какого ЭМА может быть определен качественный состав химической системы? а) кондуктометрия; б) ионометрия;
в) вольтамперометрия;
г) высокочастотное титрование.
Тест 5.
Какой из ЭМА обладает самой высокой чувствительностью? а) кондуктометрия; б) потенциометрия; в) косвенная кулонометрия;
г) инверсионная вольтамперометрия.
Тест 6.
В каком ЭМА электроды применяются в качестве сенсоров? а) кулонометрия; б) потенциометрическое титрование;
в) ионометрия;
г) кондуктометрия.
Тест 7.
Назовите прямой ЭМА, в котором не используются эталонные растворы? а) кондуктометрия;
б) потенциостатическая
кулонометрия; в) полярография; г) потенциометрия.
88
Тест 8.
Какой электрохимический метод целесообразно использовать для анализа агрессивных и высокотоксичных растворов? а) потенциометрическое титрование; б) прямая кондуктометрия;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 29
в) высокочастотное титрование; г) кулонометрическое титрование.
Тест 9.
Какой метод анализа эффективен при работе с неводными растворами? а) электрогравиметрия; б) прямая кондуктометрия; в) прямая потенциометрия;
г) высокочастотное титрование. Тест 10.
Какой ЭМА пригоден для анализа эмульсий, суспензий и масел? а) полярография; б) прямая кондуктометрия;
в) высокочастотное титрование; г) прямая кулонометрия.
Тест 11.
Какой ЭМА целесообразно использовать для определения концентрации растворов неэлектроактивных соединений? а) прямая кулонометрия;
б) прямая кондуктометрия; в) прямая потенциометрия; г) инверсионная вольтамперометрия;
Тест 12.
Укажите ЭМА, результаты которого могут быть использованы для расчета константы диссоциации слабого электролита? а) потенциометрическое титрование; б) кондуктометрическое титрование;
в) прямая потенциометрия; г) прямая кулонометрия.
Тест 13.
Какой косвенный метод анализа не требует предварительного приготовления титранта?
89 а) потенциометрическое титрование; б) амперометрическое титрование;
в) кулонометрическое
титрование;
90 г) кондуктометрическое титрование.
Тест 14.
Назовите ЭМА, по результатам которого может быть определена растворимость малорастворимого соединения. а) амперометрическое титрование; б) прямая кулонометрия;
г) прямая кондуктометрия;
д) кондуктометрическое титрование.
Тест 15.
Какое описание последовательности основных этапов электрохимических измерений соответствует методике косвенного анализа? а) для кулонометрического определения концентрации анализируемого вещества была установлена зависимость силы тока от времени электролиза; б) для потенциометрического определения концентрации фторид - ионов была зарегистрирована зависимость ЭДС гальванического элемента, составленного из фторидселективного электрода и электрода сравнения, от концентрации стандартных растворов фторид - ионов, добавленных к анализируемому веществу;
в) концентрация анализируемого раствора была рассчитана по
эквивалентному объему рабочего раствора, определенному по
графической зависимости удельной электропроводности исследуемой
системы от объема добавленного титранта.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОХИМИИ.
ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
Вопросы и ответы
Вопрос 22.
Перечислите основные узлы приборов для ЭМА.
Ответ. Приборы для электрохимических измерений содержат три основных узла: электрохимическая ячейка, устройство для измерения электрического параметра, внешние металлические проводники.
Вопрос 23.
Из чего состоит электрохимическая ячейка?
91
Ответ. Электрохимическая ячейка – это сосуд с раствором электролита, в который погружены два или более электрода.
Вопрос 24.
Перечислите устройства, используемые в электрохимических приборах для измерения электрических параметров.
Ответ. Для измерения электрических параметров в ЭМА используются микроамперметры, милливольтметры, электронные вольтметры, мосты сопротивления переменного тока и кондуктометры.
Вопрос 25.
Перечислите основные виды электрохимических ячеек.
Ответ. В электрохимических измерениях используются три вида электрохимических ячеек: гальванический элемент, электролитическая ячейка, кондуктометрическая ячейка.
Вопрос 26.
Дайте определение понятия «электрод».
Ответ. Электрод - это токопроводящее тело, при контакте которого с раствором электролита на границе раздела фаз возникает электродный потенциал.
Вопрос 27.
Какие микропроцессы определяют строение двойного электрического слоя
(ДЭС) и величину электродного потенциала на границе раздела фаз электрод-раствор?
Ответ. Строение ДЭС и величина электродного потенциала определяются совокупностью ряда микропроцессов, которые включают следующие фазы: а) микропроцессы доставки вещества к электроду путем конвенции, диффузии (перенос вещества под действием разности химических потенциалов) и миграции ионов (движения заряженных частиц под действием электростатических сил); б) микропроцессы электрохимической реакции: гидратация ионов, адсорбция их на границе раздела фаз, переход ионов через фазовую границу электрода, электрохимическая реакция, обмен ионов между фазами, сдвиг и ориентация зарядов в двойном электрическом слое; в) микропроцессы отведения растворимых продуктов электрохимической реакции от поверхности электрода.
Вопрос 28.
Дайте определение электрохимической (электродной) реакции.
Ответ. Электрохимической реакцией называется реакция окисления или восстановления на границе электрода, в ходе которой ионы или электроны проходят через границу раздела, вследствие чего на поверхности электрода
92 образуется двойной электрический слой и устанавливается электрический потенциал, называемая электродным потенциалом.
Вопрос 29.
Как классифицируются электроды по природе заряженных частиц, участвующих в межфазном переходе электродной реакции?
Ответ. В зависимости от природы заряженных частиц, участвующих в межфазном переходе, электроды делятся на электронообменные и ионообменные. На межфазовой границе электронообменных электродов протекают реакции с участием электронов, на границе ионообменных электродов – реакции ионного обмена.
Вопрос 30.
Какие вещества называются электроактивными?
Ответ. Электроактивными называются вещества, способные участвовать в электродной окислительной или восстановительной реакции.
Вопрос 31.
Что такое равновесный электродный потенциал?
Ответ. Равновесный электродный потенциал – скачок потенциала двойного электрического слоя между электродом и раствором электролита при протекании на поверхности электрода равновесной электрохимической реакции.
Вопрос 32.
От чего зависит величина равновесного электродного потенциала?
Ответ. Равновесное значение скачка потенциалов на границе раздела веществ, участвующих в электродных процессах, определяется исключительно термодинамикой электрохимической реакции и зависит от температуры, активности, природы и агрегатного состояния компонентов электрохимической реакции.
Вопрос 33.
Какие факторы не оказывают влияния на величину равновесного электродного потенциала?
Ответ. Величина равновесного электродного потенциала не зависит от природы, размера, формы электрода и интенсивности перемешивания раствора.
Вопрос 34.
Для каких окислительно-восстановительных систем применимо уравнение
Нернста?
Ответ. Уравнению Нернста подчиняются только обратимые окислительно- восстановительные системы в состоянии равновесия.
93
????????
Вопрос 35.
Приведите примеры обратимых окислительно–восстановительных систем, используемых в электрохимических реакциях.
Ответ. Примеры обратимых электрохимических реакций:
Ag
+
+ e
–
⇄ Ag
0
;
Fe
3+
+ e
⁻ ⇄ Fe
2+
;
Cd
2+
+2 e
⁻ ⇄ Cd
0
;
Вr
0
+ 2е
⁻ ⇄ 2 Вr
–
Вопрос 36.
Приведите пример необратимых электродов.
Ответ. Электрохимическая реакция на поверхности медного электрода, опущенного в раствор кислоты, необратима.
Вопрос 37.
Напишите уравнение Нернста для электродного потенциала. Укажите величины, входящие в это уравнение.
Ответ.
E ox/red
= E
0 ox/red
+
????????
∙ ln а ox
/ а геd
, где
E ox/red
– равновесный электродный потенциал редокс- пары;
E
0
ox/red
– стандартный потенциал редокс - пары; n – число электронов, участвующих в электродной реакции; а ox
, а red
– активность окисленной и восстановленной форм редок-пары;
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,312 Дж/(моль
∙ К);
F – постоянная Фарадея, равная 96485 Кл/моль.
Вопрос 38.
Что такое стандартный электродный потенциал?
Ответ. Стандартный электродный потенциал (E
0
ox/red
) – равновесный электродный потенциал, определенный в стандартных условиях (Т = 298К,
Р = 101,3 кПа) при активности окисленной и восстановленной форм электрохимической пары 1моль/дм
3
Вопрос 39.
Как по величине
E
0
ox/red можно провести сравнительную оценку окислительно-восстановительных свойств различных редокс-пар?
Ответ. Из нескольких редокс-пар самым сильным окислителем является окисленная форма электрохимической пары с наибольшим значение E ox/red
, а самым сильным восстановителем – восстановленная форма пары с наименьшим значением E
0
ox/red
94
Вопрос 40.
Какой процесс определяет стандартный электродный потенциал?
Ответ. Стандартный электродный потенциал является потенциалом восстановления. Например, cтандартный потенциал электродной реакции восстановления Cu
2+
+ 2 e
⁻ ⇄ Cu
0
равен 0,345 В, для реакции
Zn
2+
+ 2 e
⁻ ⇄ Zn
0
, Е
2+
Zn / Zn
0
= – 0,764 В.
Вопрос 41.
Как на практике определяется величина стандартного электродного потенциала окислительно-восстановительной пары?
Ответ. Величина стандартного электродного потенциала редокс-пары определяется в стандартных условиях по результатам измерения ЭДС гальванического элемента, состоящего из исследуемого электрода и стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят равным нулю.
Вопрос 42.
Опишите устройство стандартного водородного электрода.
Ответ. Стандартный водородный электрод представляет электрод из платинированной платины, омываемый газообразным водородом при давлении 1,013 ∙10 5
Па (1 атм), который погружен в раствор кислоты с активностью ионов водорода, равной 1моль/дм
3
Вопрос 43.
Почему для характеристики электрохимических процессов используется относительное значение электродного потенциала?
Ответ. В практике электрохимического анализа используется относительное значение электродного потенциала, так как экспериментально определить абсолютное значение потенциала невозможно.
Вопрос 44.
Как заряжен металлический электрод, погруженный в чистую воду?
Ответ. При погружении любого металла в воду на границе раздела фаз за счет увеличения энтропии системы происходит самопроизвольное растворение металла в соответствии с реакцией Me
(Т
)
+ mН
2
О → Me n+
Р )
∙ mН
2
О + nе
‒
. При этом на поверхности электрода образуется избыток электронов, вследствие чего металл заряжается отрицательно.
Вопрос 45. От чего зависит знак заряда равновесного электродного потенциала на границе раздела металла с водным раствором его соли?
Ответ. Знак равновесного электродного потенциала на межфазной границе металла с раствором его соли зависит от соотношения энергии выхода
(