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卡爾費(fèi)休容量法水分儀和電量法水分測(cè)定儀原理
時(shí)間: 2020-08-07 10:18
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卡爾費(fèi)休法測(cè)定水分是一種電化學(xué)方法。其原理是儀器的電解池中的卡爾費(fèi)休試劑達(dá)到平衡時(shí)注入含水的樣品，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應(yīng)，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫、碘、酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在陽(yáng)極電解產(chǎn)生，從而使氧化還原反應(yīng)不斷進(jìn)行，直至水分全部耗盡為止，依據(jù)法拉第電解定律，電解產(chǎn)生碘是同電解時(shí)耗用的電量成正比例關(guān)系的，其反應(yīng)如下：
H2O+I2+SO2+3C5H5N→2C5H5N•HI+C5H5N•SO3
C5H5N•SO3+CH3OH→C5H5N•HSO4CH3
在電解過(guò)程中,電極反應(yīng)如下:
陽(yáng)極:2I--2e→I2
陰極:I2+2e→2I-
2H++2e→H2↑
從以上反應(yīng)中可以看出，即1摩爾的碘氧化1摩爾的二氧化硫，需要1摩爾的水。所以是1摩爾碘與1摩爾水的當(dāng)量反應(yīng)，即電解碘的電量相當(dāng)于電解水的電量，電解1摩爾碘需要2×96493庫(kù)侖電量，電解1毫摩爾水需要電量為96493毫庫(kù)侖電量。
容量法卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀測(cè)定水分含量時(shí)，主要依據(jù)電化學(xué)反應(yīng)：
在反應(yīng)池的溶液中同時(shí)存在I2和I-時(shí)，該反應(yīng)在電極的正負(fù)兩端同時(shí)進(jìn)行，即在一個(gè)電極上I2被還原，而在另一個(gè)電極上I-被氧化，因此在兩個(gè)電極之間有電流通過(guò)。如果溶液中只有I-而無(wú)I2同時(shí)存在，則兩個(gè)電極間沒(méi)有電流通過(guò)。
卡爾費(fèi)休試劑中含有效成分吡啶和碘等物質(zhì)，把其計(jì)量滴入反應(yīng)池，能與待測(cè)溶液中的水發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：
I2+SO2+3Base+ROH+H2O→2Base•HI+HSO4R
堿：胺、吡啶等
ROH（溶劑）：2-甲氧基乙醇、甲醇等
H2O+SO2+I2+CH3OH+3RN→2RN•HI+RN•HSO4CH3
該反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，不斷消耗水，生成I-，一直到反應(yīng)滴定終點(diǎn)，水分消耗完畢。這時(shí)，溶液有微量未發(fā)生反應(yīng)的卡爾費(fèi)休試劑存在，才能發(fā)生I2和I-同時(shí)存在的情況，兩個(gè)鉑電極之間的溶液開(kāi)始導(dǎo)電，由電流指示達(dá)到終點(diǎn)，停止滴定。從而通過(guò)計(jì)量已消耗的卡爾費(fèi)休試劑體積(容量)來(lái)標(biāo)定溶液中的水分含量。
卡爾費(fèi)休庫(kù)侖法(電量法)水分測(cè)定儀的測(cè)定原理：
電量法，是基于將試樣溶于含有一定碘的特殊溶劑的電解液后，水即消耗碘，但所需的碘不再是用已標(biāo)定過(guò)的含碘試劑去進(jìn)行滴定，而是通過(guò)電解過(guò)程，使溶液中的碘離子在陽(yáng)極氧化為碘：
I2→2e-+I2
所產(chǎn)生的碘又與樣品中的水反應(yīng)。其終點(diǎn)用雙鉑電極指示。當(dāng)電解液中碘濃度恢復(fù)到原定濃度時(shí)，停止電解。然后根據(jù)法拉第電解定律：計(jì)算出待測(cè)試樣的水分含量。
容量法和庫(kù)侖法的最大區(qū)別在于I2的來(lái)源不同，容量法中的I2來(lái)自于滴定劑，而庫(kù)侖法中I2則通過(guò)電解含I-離子的電解液產(chǎn)生。電解的速度是有限的，所以當(dāng)須要測(cè)量的樣品含水量比較低時(shí)，用卡爾費(fèi)休庫(kù)侖法水分儀，檢測(cè)的速度不但快，而且數(shù)據(jù)的平行性很好。通過(guò)電解池的電量與I(碘)量是有著嚴(yán)格的定量關(guān)系的，因此庫(kù)侖法有著更高的測(cè)量精度。因此，就應(yīng)用而言，容量法水分測(cè)定儀更適用于水分含量高的樣品的測(cè)量，而庫(kù)侖法水分測(cè)定儀則僅適用于微量、痕量水的測(cè)定。
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