又称恒电流库仑滴定法,是建立在控制电流电解过程基础上的
库仑分析法。
用强度一定的恒
电流通过
电解池,同时用
电钟记录时间。由于
电极反应,在
工作电极附近不断产生一种物质,它与溶液中被测物质发生反应。当被测定物质被“滴定”(反应)完了以后,由指示反应终点的仪器发出讯号,立即停止电解,关掉电钟。按照
法拉第电解定律,可由电解时间t和电流强度i计算溶液中被测物质的质量W:
式中:Q为电极反应所消耗的电量(Q=I·t);Μ为被测物质的
摩尔质量;n为电极反应的
电子转移数。F为
法拉第常数(其值为96485C/mol)
库仑滴定装置是一种恒电流
电解装置(图1,е为电极)。通过
电解池的电流可由精密
检流计G显示,也可由精密
电位计测量
标准电阻上的电压而求得。
电解池有两对电极(图2),一对是指示终点的电极;另一对为进行库仑测定的电极,其中与被测定物质起反应的电极称
工作电极,另一个称
辅助电极。为了防止两个电极之间相互干扰,通常把
辅助电极装在玻璃套内,套管底部镶上一块微孔底板,上面放一层琼脂或硅胶;或利用
离子交换膜封闭套管,阻止离子出入。凡能指示一般电滴定法者,都可用来指示库仑的
滴定终点。
随着电解的进行,溶液中的酸度不断降低。用pH计上pH的突然升高指示终点。利用这个原理可测定
中和法的
基准物质邻苯二甲酸氢钾的纯度,
精密度达到百分之几。
用两个
铂电极(图3)e1、e2为指示电极。在上面加一个小电压(50毫伏或稍大一些)并在线路中串联一个灵敏的
检流计G。 要使电流通过
电解池,一个铂电极上必须发生
还原反应;另一个铂电极上则发生
氧化反应。如果溶液中同时存在一个
氧化还原可逆
电对的
氧化态与
还原态(如Fe3+与Fe2+;Br2与Br-),它的
极谱曲线如图4中a所示,只要加上一个很小的电压ΔE,就可使氧化态在e1上还原,还原态在e2上氧化,电流流过
电解池。如果溶液中存在的
氧化态与还原态不属于同一个电对而属于两个电对〔如H+与As(Ⅲ)〕,则这时的
极谱曲线如图4中b所示。要使电流通过图3的
电解池,就需要比较大的电压。如果在图3的溶液中加入As(Ⅲ)和
溴化钠,然后用标准溴溶液滴定As(Ⅲ)。在
等当点前溶液中只有Br-而没有Br2,可逆对双方不同时存在,外加电压为50毫伏时不能使电流通过
电解池。稍过
滴定终点,溶液中既有Br-又有Br2,外加电压虽小,也有电解发生,
检流计指针偏向一方,指示滴定终点。滴定过程中溶液中虽有As(Ⅲ)与As(Ⅴ),但在实验条件下,两者并非可逆电对,所以起不了可逆电对的作用。
利用死停
终点法指示库仑
滴定终点的例子是用电解产生的 Br2来滴定As(Ⅲ)。这时库仑电解池的两个
工作电极都是
铂电极。在含As(Ⅲ)的溶液中加入
溴化钠和
硫酸,电极上的反应为:
两个指示电极e1、e2及其线路见图3。铂正级上电解产生的Br2滴定溶液中的As(Ⅲ)。
检流计G指示终点。
库仑滴定是最准确的
常量分析方法,又是高度灵敏的
痕量成分测定方法。由于时间和电流都可准确地测量,库仑滴定的
精密度是很高的,常量成分测定的精密度可望达到二十万分之几。该法在它能够应用的场合,比一般
容量分析优越。它不需要制备
标准溶液,因而不存在标准溶液的稳定性问题。它不需要测量体积,也不存在这方面的误差。它比一般常量方法更容易自动化。在库仑
电解池中,通过电解产生的
滴定剂有:H+、
OH-、Cl2、Br2、I2、 Ce(Ⅳ)、Ti(Ⅲ)、 Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)、Fe(CN)咶、Fe(CN)忹、CuBr娱、 Sn(Ⅱ)等。它们可滴定很多无机和
有机物质。库仑滴定最适合于分析那些在
容量分析中用作基本标准的化学试剂。