电解和库仑分析的公式

库仑分析法是根据电解过程中消耗的电量， 由法拉第定律来确定被测物质含量的方法。库仑分析法分为恒电流库仑分析法和控制电位库仑分析法两种。 在电解过程中， 电极上发生的电化学反应与溶液中通过电量的关系可用法拉第定律表示［式 （2-3）］：

式中， Q为通过电解池的电量（C）； n为电极反应中转移的电子数； F为法拉第常数； M为其摩尔质量（g·mol-1）；m为析出物质的质量（g）；i为电解时的电流强度（A）；t为电解时间（s）。

法拉第定律有两层含义：

（1） 电极上发生反应的物质的量与通过体系的电量成正比。

（2） 通过相同量的电量时， 电极上沉积的各物质的质量与M／n成正比。

库仑分析法基于电量的测量， 因此， 通过电解池的电流必须全部用于电解被测物质， 不应当发生副反应和漏电现象， 即保证电流效率为100％， 这是库仑分析法的关键。

图2－1 控制电位库仑分析法装置示意

控制电位库仑分析法是直接根据被测物质在电解过程中所消耗的电量来求其含量的方法。 其基本装置与控制电位电解法相似， 电路中串联有库仑计。 电解池中除工作电极和对电极外， 尚有参比电极， 它们共同组成电位测量与控制系统。

在电解过程中， 控制工作电极电位保持恒定值， 使被测物质以100％的电流效率进行电解， 当电解电流趋近零时， 指示该物质已被完全电解。 如果用与之串联的库仑计精确测量使该物质被完全电解时所需的电量， 即可由法拉第定律计算其含量。在电解池装置的电解电路中串入一个能精确测量电量的库仑计， 如图2-1所示。

在控制电位库仑分析法中， 电流随时间而变化， 并为时间的复杂函数， 所以电解过程中消耗的电量不能简单地根据电流与时间的乘积来计算， 而要采用库仑计或电流-时间积分仪进行测量。