第十四章 电位分析法
郑大仪器分析第14章电位分析法
ED RT a( 2) E1 E2 ln zF a(1)
负离子扩散时
三、膜电位
膜电位产生的原因：
敏感膜仅对阳离子MZ+有选择 性响应膜内外两侧均产生道南 相间电位
E 道，外
RT a M外 k1 lg zF a M外
1．第一类电极 指金属与该金属离子溶液组成的体系，其电极电位 决定于金属离子的活度．
M n ne M RT E E Mn M lna n M nF
Ag Ag＋ 金属银和银离子之间存在如下平衡： Ag＋+e ⇋ Ag 这类电极主要有Ag，Cu，Zn，Cd，Pb等
2．第二类电极
二donanndonann电位电位若有一种带负电荷载体的膜阳离子交换物质或选择性渗透膜它能交换阳离子或让被选择的离子通过如膜与溶液接触时膜相中可活动的阳离子的活度比溶液中的高膜让阳离子通过不让阴离子通过这是一种强制性和选择性的扩散从而造成两相界面的电荷分布不均匀产生双电层形成电位差这种电位称为donan电位在离子选择电极中膜与溶液两相界上的电位具有donan电位性质
系指金属及其难溶盐（或络离子）所组成的电极
体系．它能间接反映与该金属离子生成难溶盐（或 络离子）的阴离子的活度．
Ag AgClCl-1
E E
AgCl , Ag
AgCl+e－⇌Ag + ClRT ln a Cl F
电极电位随溶液中难溶盐阴离子活度变化而变化。 该电极由于电位较稳定，重现性好，常作参比电极。 干扰：能与金属的阳离子形成难溶盐的其他阴离子的 存在，将产生干扰。
电位分析法是
电化学分析的一 个重要分支，它 是利用电极电位 和溶液中某种离 子的活度或浓度 之间的关系来测 定待测物含量的 方法
电位分析法
电位分析法一、概论：电位分析法是通过化学电池的电流为零的一类方法二、电位分析法指示电极分类1、第一类电极：金属及其离子溶液2、第二类电极：金属及其难溶盐（或络合离子）3、第三类电极：金属与具有两种共同阴离子的难溶盐或难解离的络合离子4、第零类电极：惰性金属Pt 、Au 、C 等三、参比电极与盐桥1、参比电极1标准氢电极：在任何温度下电位值都为零，但一般不使用，因为操作麻烦又贵。
2甘汞电极和银-氯化银电极：电极电位可从P362查表获得甘汞电极：)/(|)(),(22L xmol KCl s Cl Hg l Hg 银-氯化银电极：)/(|)(),(L xmol KCl s AgCl s Ag 2、盐桥1作用：联通电路，消除或减小液接电位2使用条件：不含被测离子、正负电子迁移率基本相等、离子浓度尽可能大，减少液接电位。
四、离子选择电极1、膜电电位E 膜=in Dd out D E E E ++=l in l out a a nF RT k ln '±（d E ：扩散电位，D E ：界面电位，a ：活度）2、离子选择电极电位：l out ISE a nF RT const E ln '±=（负离子➕，正离子➖）l out ISE SCEBattery a nFRT K E E E ln ±=-=（负离子➖，正离子➕）ISE ：离子选择电极，SCE ：参比电极3、离子选择电极类型及其相应机理1玻璃电极：玻璃在纯水或稀酸中浸泡时，玻璃中的+Na 与溶液里的+H 发生交换，在玻璃表面形成水化胶层。
此时玻璃的结构为：内外水化胶层+中间干玻璃层；干玻璃层靠+Na 导电，而水化胶层靠+H 扩散导电。
2晶体膜电极A 、氟离子单晶电极：敏感膜为3LaF 的单晶薄片，氟离子能扩散进入膜相的缺陷空穴，膜中的氟离子也可以进入溶液，因而在两相界面上产生了膜电位。
B 、硫、卤素离子电极。
电位分析法
RT Pot z / m Pot z / n K ln a M K m a K ...... ,i i m, ja j ZF
0.059 Pot z / m Pot z / n M K ln a M K m a K ...... ,i i m, j a j Z
★ 试样组分较稳定的试液，如火力发电厂水 蒸气中Na＋的测定。
<二> 校准曲线法： 配制试液和一系列标准溶液，加 1. 方法要点： 入总离子强度调节缓冲溶液，使 各溶液的实验条件一致。分别测 定它们的电动势，根据标准系列 溶液的浓度，作E～C曲线，再用 内插法求试液中被测物含量。 2. 适用范围： ★ 适用于大批量试样的分析。
二、膜电位的产生： 〈一〉膜电位： ● 膜电位： 膜两侧接触不同浓度电解质 溶液而产生的电位差。
〈一〉膜电位产生的模型： 1．扩散电位：
●C1＞C2：产生浓差扩散 ●H＋迁移较Cl－快：造 成溶液界面上的电荷 分布不匀 ●C1负电荷多而C2正电 荷多：在相界面产生 电位差 ●电位差的产生，使离子 的扩散速度减慢，最后 达到平衡，使两相界面 之间有稳定的界面电位
① 当正、负离子的迁移数相等时，扩散电位 等于零；
② 扩散电位可以出现在液体、固体界面上； ③ 扩散电位不具备强制性和选择性； ④ 扩散电位是膜电位的组成部，它存在于膜 相内部。
2．道南电位：
●渗透膜：它至少能阻止 一种离子从一个液相扩 散到另一个液相。 ●C1＞C2：产生浓差扩散
●仅允许少量的K＋通过，
§3—1 电位分析法原理
一、电位分析法：
●将指示电极和参比电极同时浸入试液，组 成电池，在通过电路的电流为零的条件下， 测量指示电极的平衡电位，从能斯特方程 式求待测离子浓度的方法，称电位分析法。
电位分析法
电位分析法1 前言从热力学角度讲，电化学是研究化学能于电能之间相互转变及其所遵循基本规律或规则的一门学科；从动力学角度而言，电化学是研究电解质离子在溶液中运动及电解质溶液与电极表面发生反应所遵循的基本规律。
而电分析化学则是利用物质（电解质）的物理性质及电化学性质来测定物质组成和含量的一种分析方法。
电位分析是利用电极电位和溶液中某种离子的活度（或浓度）之间的关系来测定被测物质的活度（或浓度）的一种电化学分析法，它是以测量电池电动势为基础。
其化学电池的组成是以待测试液为电解质溶液，并于其中插入两支电极，一支是电极电位与被测试液的活度（或浓度）有定量关系的指示电极；另一支是电位稳定不变的参比电极。
通过测量电池的电动势来确定被测物含量。
电位分析法根据其原理的不同可分为直接电位法和电位滴定法两大类。
直接电位法是通过测量电池电动势来确定指示电极的电位，然后根据Nernst方程，由所测得的电极电位值计算出被测物质的含量。
电位滴定法是通过测量滴定过程中指示电极的电位变化来确定滴定终点，再按滴定所消耗的标准溶液的体积和浓度来计算待测物质含量。
该法实际上是一种容量分析法。
20世纪60年代末由于膜电极技术的出现，相继成功研制了多种具有良好选择性的指示电极，即离子选择性电极（ISEs）。
离子选择性电极的出现和应用，促进了电位分析法的发展，并使其应用有了新的突破。
电位分析法具有如下特点：选择性高，在多数情况下，存在离子干扰很小，对组成复杂性的试样往往不需要经过分离处理可直接测定，且灵敏度高。
直接电位法的相对检出限量一般为10-5~10-8mol/dm3，特别适用于微量成分的测定；而电位滴定法则适用于常量分析，仪器设备简单、操作方便，易于实现分析的自动化，试液用量小，并可做无损分析和原位测量。
因此，电位分析法的应用范围很广，尤其是离子选择性电极，现已广泛应用于环保、医药、食品、卫生、地质探矿、冶金、海洋探测等各个领域，并已成为重要的测试手段。
电位分析法
2．特点 （1）仪器设备简单，操作方便，适合现场 仪器设备简单，操作方便， 操作； 操作； 选择性好，测定简便快速； （2）选择性好，测定简便快速； 试样用量少； （3）试样用量少； 自动化程度高； （4）自动化程度高； 精密度较差。 （5）精密度较差。
ϕ玻璃
ϕ甘汞
2.303RT E = K′ + pH F 25 °C: E = K′ + 0.059pH
比较法确定待测溶液pH 比较法确定待测溶液pH
pH已知的标准缓冲溶液 和 pH待测的试液 。 测定 已知的标准缓冲溶液s和 待测的试液 待测的试液x。 已知的标准缓冲溶液 各自的电动势为 的电动势为： 各自的电动势为：
测定待测溶液的电位值， 测定待测溶液的电位值， 通过标准曲线求出其浓度。 通过标准曲线求出其浓度。
Ex
lgcx lg c i
总离子强度调节缓冲溶液（ TISAB ）的作用 保持较大且相对稳定的离子强度，使活度系数恒定； ①保持较大且相对稳定的离子强度，使活度系数恒定； 范围内， ②维持溶液在适宜pH范围内，满足离子电极的要求； 维持溶液在适宜 范围内 满足离子电极的要求； ③掩蔽干扰离子。 掩蔽干扰离子。 测 F- 过 程 所 使 用 的 TISAB 典 型 组 成 ： 1mol/L 的 NaCl，使溶液保持较大稳定的离子强度 ； 0.25mol/L的 ， 使溶液保持较大稳定的离子强度； 的 HAc 和 0.75mol/L 的 NaAc, 使 溶 液 pH 在 5 左 右 ； 0.001mol/L的柠檬酸钠 掩蔽 3+、Al3+等干扰离子。 的柠檬酸钠, 掩蔽Fe 等干扰离子。 的柠檬酸钠
电位分析法.
电位分析法.第三类：通过电极反应把被测物质，转变为金属或其它形式的搓化物，用重量法测定基会量。
2、电化学电池2．1 原电池能自发的将本身的化学能变成电能，这种化学电池称为原电池。
以铜锌原电池为例锌电极、负极(阳极)：e 2Z Z 2n n +→+氧化反应铜电极、正极(阴极)：u 2uC e 2C →++还原反应2．2 电解池实现某种电化学反应的能量由外电源供给则这种化学电池称为电解池仍以铜电极和锌电极为例。
锌电极、负极(阴极)：n 2nZ e 2Z →++ 还原反应铜电极、正极(阳极)：e 2C C 2u u +→+氧化反应应注意：阳极、阴极是对实际发生的反应而言，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；正极、负极是对电荷的流向而言，电子流出为负极，电子流入为正极。
2．3 电池的表示方法Zn ZnSO 4（a 1） CuSO 4（ a 2）Cu E 电池=E 右-E 左规定：⒈发生氧化反应的一极(阳极)写在左边，发生还原反应的写在右边。
⒉电池组成的每一个接界面用单竖线“∣”隔开，两种溶液通过盐桥连接，用双竖线“‖”表示。
⒊电解质溶液位于两电极之间，并应注明浓度，如有气体应注明压力、温度电池电动势左右电池－＝E E E3、电位分析法概述电位分析法(potentiometry)：是基于测量浸入被测液中两电极间的电动势或电动势变化来进行定量分析的一种电化学分析方法，称为电位分析法。
根据分析应用的方式又可分为直接电位法和电位滴定法。
直接电位法(direct potentiometry) ：是将电极插入被测液中构成原电池，根据原电池的电动势与被测离子活度间的函数关系直接测定离子活度的方法。
电位滴定法 (potentiometric titration): 是借助测量滴定过程中电池电动势的突变来确定滴定终点，再根据反应计量关系进行定量的方法。
电位分析法的实质是通过在零电流条件下测定两电极间的电位差(即所构成原电他的电动势) 进行分析测定。
14章电位法小结
3.电极反应称呼及正负电极的关系
（1）发生氧化反应的电极称为阳极，发生 还原反应的电极称为阴极。 而电极的正和负是由两电极二者相比较， 正者为正，负者为负。也就是说，阳极 不一定是正极，负极也不一定是阴极。
(4)零类电极
系指惰性金属电极，Pt，C，Au等。 Fe3+，Fe2+︱Pt
0 Fe3 , Fe2
Fe3 RT ln F Fe2
(5) 膜电极
膜电极组成的半电池，没有电极反应； 相界间没有发生电子交换过程。表现为离子 在相界上的扩散，造成双电层存在，产生界 面电位差。该类主指离子选择性电极。
RT 常数 ln 离子 zF
2．参比电极 (p102表6－1）
对参比电极的要求要有“三性” （1）可逆性 有电流流过（μA）时， 反转变号时，电位基本上保持不变。 （2）重现性 溶液的浓度和温度改变 时，按Nernst 响应，无滞后现象。 （3）稳定性 测量中电位保持恒定、 并具有长的使用寿命。例: 甘汞电极 （SCE）,银-氯化银电极等。
葡萄糖酶电极的原理
2.电化学免疫传感器(Immunosensor) 免疫学的基本概念
1.抗体（antibody）和抗原（antigen） 抗体是一种免疫球蛋白．免疫球蛋白 有5种，分别命名为IgG，IgA，IgM，IgD和 IgE，无脊椎动物不产生免疫球蛋白．鱼有 IgM,两栖类有IgM和IgG.除人类有5种免疫球 蛋白外，大多数哺乳动物只有IgG，IgA,IgM 和IgE四种免疫球蛋白
D
相1 RT k ln zF 相2
3.膜电位
电位分析法
内、外参比电极的电位值固定，且内充溶液中离子的活度 也一定，则电池电动势为：
RT EK ln ai nF
离子选择性电极的类型和结构
1976年IUPAC基于膜的特征，推荐将其分为以下几类
离子选择性电极(又称膜电极)
注意：离子活度系数保持不变时，膜电位才与log ci
呈线性关系。
总离子强度调节缓冲溶液简称TISAB
TISAB的作用：
①保持较大且相对稳定的离子强度，使活度系数恒定； ②维持溶液在适宜的pH范围内，满足离子电极的要求； ③掩蔽干扰离子。 典型组成(测F-)： 1mol/L的NaCl，使溶液保持较大稳定的离子强度； 0.25mol/LHAc和0.75mol/LNaAc, 使溶液pH在5左右； 0.001mol/L的柠檬酸钠, 掩蔽Fe3+、Al3+等干扰离子。
公式使用时注意：对阳
离子，△E不变；对阴离子，△E
前加负号或取△E的绝对值。
优点：
(1)无须绘制标准曲线
（仅需一种浓度标液） (2)无需配制或添加 TISAB (3)操作步骤简单、快 速
3、直读法--pH测定原理与方法 ⑴ 直读法：对于被测溶液中
的某种成分能够在仪器上直接读 出其浓度的方法称为直读法。如 在pH计或pNa计上就能测定pH值
影响电位测定准确性的因素
(1) 测量温度：影响主要表现在对电极的标准电极电位、 直线的斜率和离子活度的影响上。 仪器可对前两项进行校正，但多数仅校正斜率。 温度的波动可以使离子活度变化，在测量过程中应尽量 保持温度恒定。 (2) 线性范围和电位平衡时间：一般线性范围在10-1～10-6 mol / L；平衡时间越短越好。测量时可通过搅拌使待测离子 快速扩散到电极敏感膜，以缩短平衡时间。 测量不同浓度试液时，应由低到高测量。
电位分析法的原理
电位分析法的原理
电位分析法是一种电化学实验技术，通过测量电极在不同电位下的电流来研究电化学反应的机理和动力学。
其基本原理可以归结为以下几点：
1. 电位与电荷转移：根据法拉第定律，电极上的电位与与之相关的电荷转移是密切相关的。
当电位发生变化时，伴随着电荷转移的发生。
因此，通过测量电极的电位变化，可以了解电化学反应的过程。
2. 电位与物理化学性质：电位是描述电极表面上化学反应活性的物理化学性质之一。
不同电位下，电极的表面状态、吸附物种和电流密度等均会发生变化。
通过分析电位的变化，可以推断出电极表面的性质和反应活性。
3. 电极响应与反应机理：在电位分析过程中，观察电极的电流响应可以揭示出电化学反应的机理信息。
不同电位下，电流密度的变化可以反映出化学反应速率、中间体的生成和消耗等过程。
通过电位分析，可以探究电极反应的机理和动力学。
4. 电位与反应速率：电位分析法还可以用来研究电极上的反应速率。
根据泊松方程和负荷传递原理，电流密度与电极的电位变化之间存在相关性。
通过测量电位和电流密度，并应用极谱计算和相关的数学模型，可以确定电极反应的速率常数和相关动力学参数。
总之，电位分析法通过测量电极在不同电位下的电流，揭示了
电位与电荷转移、物理化学性质、反应机理和速率之间的关系。
这项技术在电化学研究、催化剂评价、电池性能测试等领域具有广泛应用。
电位分析法
电位分析法
一、电化学基础知识
电极电位：M Mn+ + ne
金属离子受金属表面负电子的吸引聚集在金属表面，达到动态平衡，金属和盐溶液之产生一定电位差，这种电位差叫做电极电位。
能斯特方程：电极电位与待测离子间的定量关系。
电位分析法分类：
◆电位法：电极电位与溶液中所对应的离子活度有确定的关系，通过电极电位的测定，可以确定被测离子的活度。
◆电位滴定法：利用电极电位的变化来指示滴定终点，通过滴定剂体积和浓度求待测物质含量。
二、电位法（pH测定）
参比电极：常用的参比电极为甘汞电极和银-氯化银电极。
指示电极：测定pH值的指示电极为玻璃电极。
当内外玻璃膜与水溶液接触时，Na2SiO3晶体骨架中的Na+与水中的H+发生交换：
G-Na+ + H+====G-H+ + Na+
玻璃电极使用前，必须在水溶液中浸泡。
三、电位滴定法
在滴定液中插入指示电极和参比电极，通过测量电池电动势在滴定过程中pH或电位的变化来确定终点的方法。
进行有色或混浊液的滴定时，使用指示剂确定滴定终点会比较困难。
此时可采用电位滴定法。
酸碱滴定以玻璃电极为指示电极；氧化还原滴定以Pt为指示电极；沉淀滴定可采用Ag电极作指示电极；络合滴定以第三类电极为指示电极。
电位滴定终点确定方法
（1）E-V曲线法：曲线切线斜率最大对应的体积为滴定终点。
（2）ΔE/ΔV - V曲线法：曲线上极大值对应的体积点为滴定终点。
（3）Δ2E/ΔV 2 - V曲线法: Δ2E/ΔV 2=0对应的体积为滴定终点。
第十四章电位分析法
第十四章电位分析法14-1 电位分析法可以分成哪两种类型依据的定量原理是否一样它们各有何特点答：（1）电位分析法分为电位法和电位滴定法。
（2）两者依据的定量原理不一样。
电位法一般使用专用的指示电极，把被测离子的活（浓）度通过毫伏电位计显示为电位（或电动势）读数，由Nersnst方程求算其活（浓）度，也可把电位计设计为有专用的控制档，能直接显示出活度相关值，如Ph，由Nersnst方程求算其活（浓）度。
电位滴定法利用电极电位在化学计量点附近的突变来确定滴定终点，被测物质含量的求法依赖于物质相互反应量的关系。
（3）电位法和电位滴定法一样，以指示电极、参比电极及组成测量电池，所不同的是电位滴定法要加滴定剂于测量电池溶液里。
电位滴定法准确度和精度高，应用范围广，且计量点和终点选在重合位置，不存在终点误差。
14-2 画出氟离子选择电极的基本结构图，并指出各部分的名称。
答：见课本P367。
14-3为什么说ISFET电极具有大的发展潜力答:场效应晶体管电极是一种微电子敏感元件及制造技术与离子选择电极制作及测量方法相结合的高技术电分析方法。
它既有离子选择电极对敏感离子响应的特性,又保留场效应晶体管的性能,故是一种有发展潜力的电极方法。
14-4何谓pH玻璃电极的实用定义如何测量pH答:pH玻璃电极的实用定义为：pHx=pHs+[(Ex-Es)F]/RTln10测量pH的方法:选定一种标准缓冲溶液，其pH值为已知,测得其电动势为Es,在相同测量条件下测得待测溶液的电动势Ex,通过上式即可求出待测溶液的pH值.14-5何谓ISE的电位选择系数写出有干扰离子存在下的Nernst方程表达式答：在同一敏感膜上，可以有多种离子同时进行不同程度的响应，因此膜电极的响应并没有绝对的专一性，而只有相对的选择性，电极对各种离子的选择性，用电位选择性系数表示，表征了共存离子对响应离子的干扰程度。
有干扰离子存在下的Nernst方程表达式为：)Em=常数+RT/nF ln(aA+KA,B14-6 电位滴定的终点确定哪几种方法答：电位滴定的终点确定有三种方法：1)E-V曲线法：电位对滴定体积的曲线，曲线的转折点所对应的滴定体积为化学计量点的体积。
电位分析法新PPT课件
不能用伏特计测定; 3. 玻璃电极存在不对称电位,测未知溶液pH时
必须用缓冲溶液校正; 4. pH在1~9范围内有良好的线性,但是pH >10
时有Na差; pH <1时有酸差
五、其它类型的离子选择性电极
Other Types of Ion Selective Electrode
20世纪70年代，测定卤素的离子选择性电极问世。
现在各种气体电极，酶电极，蛋白质电极有上百种，该 方向成为分析化学家研究的热点问题之一。
离子选择性电极的种类、原理与结构
Type , Principle and Structure of Ion Selective Electrode
离子选择性电极(又称膜电极)
以玻璃电极为正极，饱和甘汞电极为负极，则组成电 池的电动势(pH玻璃电极的电位)与被测试液的pH值符合 下列关系：
E = b + RT/nF lnH+ = b – 0.0592pH b 在一定条件下是个固定值，但是无法通过理论计算求得， 所以应用pH玻璃电极测定某一体系的pH值时，须采用相 对比较的方法。
直接电位法：离子选择性电极法，利用膜电极把被测
离子的活度表现为电极电位。
直接电位法：测定的只是某种型体离子的平衡浓度。 电位滴定法：利用电极电位的突变来指示滴定终点的
滴定分析法，是电位测量方法在容量分析中的应用。
电位滴定法：测定的是某种参与滴定反应物质总浓度。
一、概 述
Generalization
1. 均相晶膜电极
电极的敏感膜是一种晶体材料，它是由一种单纯 的化合物或几种化合物的均匀混合物(如Ag2S， AgI-Ag2S)制成，主要由测定F-、Cl-、Br-、I-、 Ag+、Cu2+等离子选择性电极，其中F-选择性电 极是最典型的、性能最好，已得到了广泛的应用.
电位分析法
扩散电位
相互接触但浓度不同的溶液，如HCl， 由于浓度差异产生扩散，同时由于离子 迁移速率的差异，导致溶液界面的电荷 分布不均，产生电位梯度 出现电位差。 相同电荷的溶液与离子间，存在静电排 斥，使扩散达到平衡，溶液界面有稳定 的界面电位，即液接电位。
液接电位不仅出现在液-液界，也出现在 固-液界面
• The relationship between the ionic concentration (activity) and the electrode potential is given by the Nernst equation:
• 离子选择性电极主要包括（1）敏感膜， 是最关键部分（2）内参溶液，含有与膜 及内参电极响应的离子（3）内参电极， 一般用Ag|AgCl
离 子 选 择 性 电 极 构 造 示 意 图
BASIC THEORY OF ISE MEASUREMENTS.
Ion-Selective Electrodes are part of a group of relatively simple and inexpensive analytical tools which are commonly referred to as Sensors. The pH electrode is the most well known and simplest member of this group and can be used to illustrate the basic principles of ISEs.
0 0.55 0.75
Rel.Vol, %
S2-2 14.41 5.90 34.90 16.60 24.33 3.38 0.47
第十四章 电位分析法1
入，发生化学反应，待测离子或
与之有关的离子浓度发生变化， 指示电极的电极电位也随之发生
变化，在化学计量点附近，电位
发生突跃，由此确定滴定终点。 电位滴定法与一般滴定分析法的 根本不同是确定终点的方法不同。
每滴加一次滴定剂，平衡后测量电动势。
关键: 确定化学计量点所消耗的滴定剂体积。
快速滴定寻找化学计量点所在的大致范围。 突跃范围内每次滴加体积控制在0.1 mL。 记录每次滴定时的滴定剂用量（V）和相应 的电动势数值（E），作图得到滴定曲线。 (2) 电位滴定终点确定方法
常数K´包括：
外参比电极电位
内参比电极电位 不对称电位(E膜 = E外-E内) 液接电位
(2) 晶体膜电极（氟电极）
● 构 造 敏感膜：氟化镧单晶, 掺有EuF2
的LaF3单晶切片。 内参比电极：Ag-AgCl电极(管内)。 内参比液：0.1 mol/L的NaCl和 0.001 mol/L的NaF混合溶液。
3. 电位选择性系数
● 定义：ISE并没有绝对的专一性，即离子选择性电极除对特 定待测离子有响应外，共存(干扰)离子亦会响应。
电极对各种离子的选择性，用电位选择性系数表示。
若测定离子为i，电荷为zi；干扰离子为j，电荷为zj。考虑到
共存离子产生的电位，则膜电位的一般式可写成为：
E膜
zi RT z K l nai K ij (a j ) j nF
E膜 = K - 0.059 lgaF-
氟电极受OH-的干扰，LaF3 + 3OH- = La(OH)3 + 3F另一方面， F- + H+ = HF HF + F- = H2F∴ 氟电极适用的PH范围为PH 5～6。 测量电池
电位分析法的定义、分类和特点
电位分析法的定义、分类和特点1、电位分析法的定义、分类和特点定义：利用测得电极电位与被测物质离子浓度的关系求得被测物质含量的方法叫电位分析法。
分类：直接电位法――利用专用的指示电极――离子选择性电极，选择性地把待测离子的活度（或浓度）转化为电极电位加以测量，依据Nernst方程式，求出待测离子的活度（或浓度），也称为离子选择电极法。
这是二十世纪七十时代初才进展起来的一种应用广泛的快速分析方法。
·电位滴定法――利用指示电极在滴定过程中电位的变化及化学计量点相近电位的突跃来确定滴定尽头的滴定分析方法。
电位滴定法与一般的滴定分析法的根本差别在于确定尽头的方法不同。
特点：应用范围广――可用于很多阴离子、阳离子、有机物离子的测定，尤其是一些其他方法较难测定的碱金属、碱土金属离子、一价阴离子及气体的测定。
由于测定的是离子的活度，所以可以用于化学平衡、动力学、电化学理论的讨论及热力学常数的测定。
·测定速度快，测定的离子浓度范围宽。
·可以制作成传感器，用于工业生产流程或环境监测的自动检测；可以微型化，做成微电极，用于微区、血液、活体、细胞等对象的分析。
2.化学电池化学电池是由两组金属—溶液体系构成的。
每一个化学电池有两个电极。
分别浸入适当的电解质溶液中，用金属导线从外部将两个电极连接起来，同时使两个电解质溶液接触，构成电流通路。
电子通过外电路导线从一个电极流到另一个电极，在溶液中带正负电荷的离子从一个区域移动到另一个区域以输送电荷，*后在金属—溶液界面处发生电极反应，即离子从电极上取得电子或将电子交给电极，发生氧化—还原反应。
假如两个电极浸在同一个电解质溶液中，这样构成的电池称为无液体接界电池；假如两个电极分别浸在用半透膜或烧结玻璃隔开的或用盐桥连接的两种不同的电解质溶液中，这样构成的电池称为有液体接界电池。
用半透膜、烧结玻璃隔开或用盐桥连接两个电解质溶液，是为了避开两种电解质溶液的机械混合，同时又能让离子通过。
第14章-电位分析法
1. 第一类电极(Electrode of the first kind)： (M Mn+) 电极反应： M n ne M 电极电位： E E o M n / M 0.0592lg a n M z 要 求：E0(Mn+/M)> 0,
主要有Cu, Ag, Hg ，Zn，Cd，Pb等
第十四章 电位分析法 Potentiometric analysis
14、1 概述
定义：利用电极电位与浓度的关系测定物质含量的 电化学分析法称为电位分析法。
分类： 直接电位法：测定原电池的电动势或电极电位，利用 Nernst方程直接求出待测物质含量的方法。
电位滴定法：向试液中滴加可与被测物发生氧化还原 反应的试剂，以电极电位的变化来确定滴定终点， 根据滴定试剂的消耗量间接计算待测物含量的方法。
选择性渗透膜或离子交换膜，它至少阻止一种离子从一个液相
扩散至另一液相或与溶液中的离子发生交换。这样将使两相界面 之间电荷分布不均匀——形成双电层——产生电位差——Donnan 电位。 这类扩散具强制性和选择性。
3．膜电位EM、Donnan电位ED和扩散电位Ed 的 定量关系 膜相
溶液（外）
Ed
溶液（内）
a) 制作简单、应用广泛；
b) 使用温度较低(< 80°C)
Hg2Cl2→Hg+HgCl2 c) 当温度改变时，电极电位平衡时间较长； d) Hg(II)可与一些离子产生反应。
3、Ag/AgCl电极
定 义：该参比电极是在银丝镀上一层AgCl沉淀,浸在一定 浓度的KCl溶液中即构成 电极组成：Ag AgCl KCl (xmol· -1) L 电极反应：AgCl + e -== Ag + Cl电极电位：EAgCl/Ag = EAgCl/Ag - 0.0592lgaCl-
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第十四章电位分析法14-1 电位分析法可以分成哪两种类型？依据的定量原理是否一样？它们各有何特点？答：（1）电位分析法分为电位法和电位滴定法。
（2）两者依据的定量原理不一样。
电位法一般使用专用的指示电极，把被测离子的活（浓）度通过毫伏电位计显示为电位（或电动势）读数，由Nersnst方程求算其活（浓）度，也可把电位计设计为有专用的控制档，能直接显示出活度相关值，如Ph，由Nersnst方程求算其活（浓）度。
电位滴定法利用电极电位在化学计量点附近的突变来确定滴定终点，被测物质含量的求法依赖于物质相互反应量的关系。
（3）电位法和电位滴定法一样，以指示电极、参比电极及组成测量电池，所不同的是电位滴定法要加滴定剂于测量电池溶液里。
电位滴定法准确度和精度高，应用范围广，且计量点和终点选在重合位置，不存在终点误差。
14-2 画出氟离子选择电极的基本结构图，并指出各部分的名称。
答：见课本P367。
14-3为什么说ISFET电极具有大的发展潜力？答:场效应晶体管电极是一种微电子敏感元件及制造技术与离子选择电极制作及测量方法相结合的高技术电分析方法。
它既有离子选择电极对敏感离子响应的特性,又保留场效应晶体管的性能,故是一种有发展潜力的电极方法。
14-4何谓pH玻璃电极的实用定义？如何测量pH？答:pH玻璃电极的实用定义为：pHx=pHs+[(Ex-Es)F]/RTln10测量pH的方法:选定一种标准缓冲溶液，其pH值为已知,测得其电动势为Es,在相同测量条件下测得待测溶液的电动势Ex,通过上式即可求出待测溶液的pH值.14-5何谓ISE的电位选择系数？写出有干扰离子存在下的Nernst方程表达式？答：在同一敏感膜上，可以有多种离子同时进行不同程度的响应，因此膜电极的响应并没有绝对的专一性，而只有相对的选择性，电极对各种离子的选择性，用电位选择性系数表示，表征了共存离子对响应离子的干扰程度。
有干扰离子存在下的Nernst方程表达式为：Em=常数+RT/nF ln(a A+KA,B)14-6 电位滴定的终点确定哪几种方法？答：电位滴定的终点确定有三种方法：1)E-V曲线法：电位对滴定体积的曲线，曲线的转折点所对应的滴定体积为化学计量点的体积。
常以电位突跃的“中点”为滴定终点，其对应的体积为终点时的滴定体积。
2)△E/△V-V曲线法：称为一次微分曲线，其极大值对应的体积为化学计量点的滴定体积。
3)△2E/△V2-V曲线法：称为二次微分曲线，其值为0时，对应于化学计量点的体积。
14-7 计算下列电池的电动势并标明电极的正负：Ag,AgCl|0.100mol/L NaCl, |LaF3单晶膜|0.100mol/L||SCE|1.00*10-3 mol/L NaF|已知：E AgCl/Ag=0.2880V,E SCE=0.244V.解：E电动势=E SCE-E ISE=E内参比电极+E膜=（EΘAgCl/Ag-0.059㏒[Cl-]）+0.059㏒（[F-]内膜/[F-]外膜）=（0.288-0.059㏒0.100）+0.059(㏒10-3/0.01)=0.229vE电动势=E SCE-E ISE=0.244-0.229=0.015v由于氟电极的电位负于甘汞电极的电位，故氟电极为负极，甘汞电极为正极。
14-8 冠醚中性载体膜钾电极和饱和甘汞电极（以醋酸锂为盐桥）组成测量电池为K+-ISE|测量溶液|SCE。
当测量溶液分别为0.01mol/LKCl溶液0.0100mol/L NaCl溶液时测得电动势为-88.8mv和58.2mv，若电极的响应斜率为58.0mv/pk时，计算K pot k+,Na+.解：E1=K-SlgCk+E2=K-Slg K pot k+,Na+[Na]=>-88.8=K-Slg0.0158.2= K-Slg K pot k+,Na+0.01=> K pot k+,Na+=2.9*10-314-9 氟离子选择电极的K pot cl-,Na+=2.0*10-3,当它用于测定pH为 6.0且含有0.01mol/LK2CrO4溶液中的5.0*10-4mol/L的Cl-时，估计方法的误差有多少？解：E%=K pot A,B a B z A/z B /a A *100%= K pot cl-,Na+ a1/2CrO42-/a Cl-*100%a Cl-=5.0*10-4mol/L, K pot cl-,Na+=2.0*10-3HCrO4为弱酸，所以在Ph=6.0，0.01mol/LK2CrO4溶液中, CrO42-的浓2度为[CrO42- ]=Ka1*Ka2/(H+]2+Ka1[H+]+ Ka1*Ka2) *C查表得：Ka1=1.8*10-1 , Ka2=3.2*10-7又C=0.01mol/L, [H+]=10-6mol/L则[CrO42- ]=1.8*3.2*10-8/（10-12+1.8*10-7+1.8*3.2*10-8）*0.01mol/L=0.024mol/L所以E%=2.0*10-3*（0.024）1/2 /5.0*10-4 *100%=19.7%14-10 用氟离子选择电极测定水样中的离子。
取25.00ml水样，加入25.00mlTISAB溶液，测的电位值为-0.1372V/（vs.SCE）;再加入1.00*10-3mol/l 的氟离子标样.00ml,测得电位值为-0.1170V，电位的响应斜率为58.0mV/pF。
计算水样中的氟离子浓度。
解：对氟离子电极：E F-=K-0.058lg[Ca2+]式样测定：Ex=-0.1372V=K+0.058lg(Cx*25.00/50.00)加标后测定：Es=-0.1170V=K+0.058lg(25.00Cx+1.00*10-3/51.00)Es-Ex=0.0202=0.058lg[(25.00Cx+10-3)/51.00*2/Cx]0.0202/0.058=lg[(50.00Cx+2*10-3)/51.00Cx]Cx=3.14*10-5mol/l则水样中的氟离子浓度为3.14*10-5mol/l。
14-11 某PH计的标度每改变一个PH单位，相当于电位的改变为60mv。
今欲用响应斜率为50mv/PH的玻璃电极来测定PH=5的溶液，采用PH=2的标准液来标定，测定结果的绝对误差为多大？解：有题义得：理想E1=K+0.060PH实际E2=K+0.050PH所以，当PH由5变2，改变3个PH时可以分别得：实际E变=0.050(5-2)=0.150V理想E变=0.060(5-2)=0.180V故,绝对误差=E实际-E理想=0.150-0.180=-0.030V=-0.5PH14-12设某PH玻璃电极的内阻为100兆欧,响应斜率为59mv/PH，测量时通过电池回路的电流为10-E-11A。
试计算因压降所产生的测量误差相当于多少PH单位？解：有题义得：Ei=R*I=10-E8*10-E-11=10-E-3V因为，E电池=K+0.059PH ①E’电池=K+0.059PH’-Ei ②所以，②-①得，Ei=0.059(PH’-PH)测量误差=Ei/0.059=0.017PH14-13为了测定Cu(II)-EDTA(CuY2-)络合物的稳定物常数，组装了下例电池：Cu!CuY2-(1.00*10-4mol/L),Y4-(1.00*10-2mol/L)!!SHE.测得该电池的电动势为0.277V，请计算络合物的K稳解：CuY2-=Cu2++Y4-K稳= CuY2、-/ Cu2+* Y4-=1*10-4/ Cu2+*1*10-2Cu2+=1*10-2/ K稳电池电动势E=E SHE---(E Cu2+/Cu+0.0592/2*lg(Cu2+))0.277=0—0.377---0.0592/2*lg1*10-2/ K稳0.614=--0.0592/2*lg1*10-2/ K稳K稳=5.5*101814-14今有4.00g牙膏试样，用50ml柠檬酸缓冲溶液（同时还含有NaCl）煮沸以得到游离态的氟离子，冷却后稀释至100ml.取25ml,用氟离子选择电极测得电池电动势为-0.1823V，加入1.07*10-3mg/L的氟离子标准溶液5.0ml后电位值为-0.2446V,请问牙膏试样中氟离子的质量分数是多少？解：-0.1823v=K-0.0592lgC○1-0.2446v=K-0.0592lg(25C+5*1.07*10-3)/30○2○2式-○1式得：-0.0623=0.0592lg30c/25c+5.35*10-3C=1.706*10-5mg/L则牙膏中F-的质量分数W=(1.706*10-5*10-6g/ml*100ml)/4g=4.26*10-8%14-15将一钠离子选择电极和一饱和甘汞电极组成电池，测量活度为0.100mol/L的NaCl溶液时，得到电动势67.0mol/L；当测量相同活度的KCL溶液时，得到电动势为113.0Mv(1)试求选择性系数；(2)若将电极放入含有NaCl(a=1.00*10-3mol/L)和KCL(a=1.00 * 10-2**mol/L)的混合溶液中，测得的电动势为何值？解：(1)根据题意有：E1=K___0.0592lgC Na ○1E2=K---0.0592lg(K pot Na.k+) ○2E1=0.067V E2=0.113V C Na=0.100mol/L由○1和○2试联立可得：K Na.K POT=0.167(2)E=K---0.0592lg(C Na+K POT+C K)=0.067+0.0592lg0.100---0.0592lg(1*10-3+0.167*1.00*10-2)=0.160V14-16在下列组成的电池形式中：I -选择电极 测量电极 SCE,用0.1mol/L AgNO 3 溶液滴定5.00*10-3mol/L 的KI 溶液。
已知，碘电极的响应斜率为60.0mV/Pi. 请计算滴定开始和终点时的电动势。
解：○1根据晶体膜电极的测定原理可知电位值E=E O Ag2+/Ag ---0.06lgI -当滴定开始时，膜外溶液中I -浓度为5*10-3mol/L 则可测其电位值 E 始= E O Ag2+/Ag —0.06lg5*10-3 则电极电动势U=E SCE -- E 始E SCE =0.2438V E O Ag2+/Ag =-0.152V 有U 始= E SCE -- E 始=0.2438--（-0.152—0.06 lg5*10-3） =0.258V○2滴定终点时存在着 AgI==Ag ++I -平衡方程， K SPAgI =9.3*10-17则此为溶液中I -的浓度（K SP ）1/2,同理可得： U 终= E SCE —E 终=0.2438—(-0.152—0.06lg （K SP ）1/2) =-0.085V14-17 用PH 玻璃电极作指示电极，以0.2mol/L 氢氧化钠溶液电位滴定0.02mol/L 苯甲酸溶液。