实验五土壤酸碱度及缓冲性能的测定

实验五土壤酸碱度及缓冲性能的测定
一、土壤酸碱度的测定
（一）目的和意义：
土壤溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度比例不同，所表现出来的酸碱性质称为土壤的酸碱度，通常用pH表示。

在纯水或稀溶液中pH可用下式表示：
pH=—log(H+)。

土壤酸碱度是土壤重要的化学性质，它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性，对作物生长和土壤微生物活动也有影响。

土壤的各种理化性质、生物化学性质也和酸碱度有密切的关系。

测定土壤pH值可以作为改良酸性土和碱性土的参考依据，可以指导合理施肥，确定适宜的肥料种类。

测定土壤pH通常用比色法和电位测定法，电位法精确度比较高，pH的误差在0.02左右；混合指示剂比色法精确度较差，pH的误差在0.5左右，适用于野外速测，pH标准溶液系列的比色法精确度较混合剂比色法高，但不及电位法精确。

（二）混合指示剂比色法
1、原理
利用某些染料在不同氢离子浓度时改变颜色的特性，配成指示剂，与待测定的土壤溶液产生颜色反应，和标准的pH比色卡进行比较而确定土壤pH值。

为方便起见，常将几种不同pH范围的指示剂混合在一起，配制成混合指示剂。

2、试剂配制
（1）pH4—8混合指示剂：用分析天平称取等量（0.25克）的溴甲酚绿、溴甲酚紫及甲酚红三种指示剂，放在玛瑙研钵中加15毫升0.1mol·L-1氢氧化钠及5毫升蒸馏水，共同研匀，用蒸馏水稀释至1升，用稀标准酸或标准碱溶液调整pH至6.4左右，贮存于棕色瓶中备用。

此指示剂的pH变色范围如下：
PH 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 8.0
颜色黄绿黄黄绿草绿灰绿灰蓝蓝紫紫
（2）pH7-9混合指示剂：称取等量（0.25克）的甲酚红和百里酚蓝，放在玛瑙研钵中，加0.1 mol·L-1氢氧化钠11.93毫升，共同研匀，待完全溶解后再用蒸馏水稀释至1升，其变化范围如下：
PH 7 8 9
颜色橙黄橙红红紫
3、操作步骤
取土约0.5克（不必称重）置于白瓷比色盘的大穴中，用滴管滴入指示剂，至土样全部湿润并刚有液体流出为度，轻轻摇动，使指示剂与土壤混匀，静置1—2分钟，将上部清液引入另一小穴中，与标准比色卡片比较，读出土壤pH值。

（三）电位测定法
1、原理
用电位法测定溶液或土壤悬液的pH值，常用的pH指示电极为玻璃电极，参比电极有甘汞电极和银—氯化银电极。

当上述两种电极插入待测液中时，构成一电池反应，两者之间产生电位差，由于参比电极的电位是固定的，所以电位差的大小就决定于溶液中的氢离子活度。

根据测得的电位差和参比电极的电位，可求出pH指示电极的电位。

再根据指示电极的电位与溶液pH值的直线关系，算出溶液的pH值，一般可直接从酸度计上读得pH值。

用酸度计测定待测液的pH值前，要用标准的缓冲液进行校正。

如待测液是碱性，要用pH9.18的标准缓冲液校正；如果待测液是酸的，则用pH4.01的标准缓冲液校正；中性的用pH6.87的标准缓冲液校正。

2、试剂及主要仪器
（1）试剂：pH4.01标准缓冲液：称取在105℃烘过的苯二甲酸氢钾（KHC
8H
4
O
4
）
10.21克，用蒸馏水溶解后稀释至一升，即为pH4.01，浓度为0.05 mol·L-1的苯二甲酸氢钾溶液。

（2）pH6.87标准缓冲液：称取在45℃烘过的磷酸二氢钾（KH
2PO
4
）3.39克
和无水磷酸氢二钠（Na
2HPO
4
）3.53克，溶解在蒸馏水中，定容至一升。

（3）pH9.18标准缓冲液：称取3.80克绷砂（Na
2B
4
O
7
.10H
2
O）溶于蒸馏水中，
定容至一升。

此溶液易变化，应注意保存。

（4）1mol·L-1氯化钾溶液：称取氯化钾74.6克，溶于400毫升蒸馏水中，用10%氢氧化钾和盐酸调节pH至5.5-6.0，然后稀释至1升。

仪器：各种型号的酸度计。

3、操作步骤
（1）土壤活性酸的测定
称取通过1毫米筛孔的风干土壤25克，放入50毫升的小烧杯中，加无二氧化碳蒸馏水25毫升，间断搅拌半小时，使土壤充分分散。

此时应避免空气中有
氨或挥发性酸的影响，将复合电极玻璃球泡及较高处的多孔陶瓷芯插到土壤悬液中。

轻轻摇动烧杯以去除玻璃表面的水膜，使电极电位达到平衡，但要注意不得使烧杯壁碰撞玻璃电极，防止球泡损坏，每测完一个样品，都要用蒸馏水将电极表面粘附的土粒洗净，并用滤纸轻轻将电极吸附的水吸干，然后再测定第二个样品。

测定5-6个样品后，应该用pH标准缓冲液校正一次电位计的读数。

（2）土壤交换性酸的测定
当水浸提液的pH低于7时，用盐浸提液测定土壤的pH值才有意义。

测定方法除将1mol·L-1氯化钾溶液代替无二氧化碳蒸馏水外，其他操作步骤均与水浸提液相同。

4、注意事项
（1）水土比例：在测定pH时，水土比应该固定。

经试验，采用1∶1的水土比例，对碱性土壤和酸性土壤均能得到较好的结果，特别是碱性土壤。

对酸性土壤采用5∶1与1∶1的水土比例所测得结果基本相似。

因此，建议碱性土壤可用1∶1水土比例测定，而酸性土壤可用1∶1与2.5∶1的水土比例进行测定。

（2）样品磨碎的影响：试验证明，当通过2毫米筛孔的土壤样品，所测得的pH为4.7时，经磨碎至0.16毫米所测得的pH约增高1.0~1.3单位。

因此，土壤样品不宜磨得过细，宜采用通过1毫米筛孔的土壤样品进行测定。

（3）平衡时间的影响：如果在制备悬液时土壤与水平衡时间不够，则影响电极扩散层与自由溶液之间氢离子分布情况，因而引起误差。

本实验采用间断搅拌半小时以后测定。

（4）复合玻璃电极不用时，应把它浸在干净的蒸馏水中。

（5）酸度计有各种型号，必须按仪器的操作步骤使用。

附：奥立龙868型酸度计的使用方法。

（一）仪器的电极
电极部分包括二个电极，即测量电极和参比电极。

本仪器所采用的测量电极是玻璃电极，而参比电极是银—氯化银电极，而且把这二个电极装在二个同心的玻璃管中，因此，从外表看来，好象是一个电极，这种电极称为复合电极。

复合电极的主要部分是电极下端的一个玻璃球泡和比它高一些地方的一个直径约2mm的多孔的瓷芯，当电极插入溶液中后，它把溶液和银—氯化银电极的饱和氯化钾溶液通成为盐桥，玻璃电极的内部也有一个银—氯化银电极，内参比电极通过玻璃和溶液接触，二个银—氯化银电极之间的电位差由于玻璃球泡的作用，随着溶液pH值的变化而变化。

（二）仪器的标定
电极准备
1．拔掉电极上的运输保护盖。

2．用蒸馏水冲洗电极以清除沉积盐。

3．像甩动医用体温计一样甩动电极以排除气泡。

4．将电极浸泡于3M KCl溶液2小时以活化电极。

5．将电极与测试仪联接。

标定及测量
双缓冲溶液标定：
每天接通电源后需对主机预热10分钟，然后对电极进行标定1次，保证仪器处于最佳工作状态。

1．根据被测溶液的酸碱性，选择2点缓冲溶液值进行标定。

第一点缓冲溶液的pH值应为pH6.86，第二点缓冲溶液的pH值需与被测溶液的酸碱性一致，即选择pH4.00或pH9.18的缓冲溶液。

2．先按标定键（CAL），然后压确定键（YES），通过滚动键选择二点缓冲溶液（4-7或7-9），再压确定键（YES）。

3．蒸馏水冲洗电极，并用滤纸擦干，然后将电极置于pH6.86的缓冲溶液，搅动一下缓冲溶液，当Ready灯亮时，压确定键（YES）表示第一点已标定。

4．蒸馏水冲洗电极，并用滤纸擦干，然后将电极置于pH4.00或pH9.18的第二点缓冲溶液，搅动一下缓冲溶液，当Ready灯亮时，压确定键（YES）表示第二点已标定。

5．两点标定结束后，仪器进入斜率方式，并显示斜率值。

PH值的测量
1．标定结束后，用蒸馏水冲洗电极。

2．将电极放入被测溶液，并轻微搅动一下，当Ready灯亮时，记录pH值。

储藏
储藏一周以内
将电极浸泡于3M KCl溶液中，避免让溶液挥发。

切勿将电极储藏于蒸馏水中，否则将缩短电极寿命。

长期储藏
用蒸馏水冲洗电极。

用保护盖将探测表面盖好并存放于干燥处。

二、土壤缓冲性能的观察
（一）目的和意义
通过实验，了解土壤具有缓冲性能，加深对课堂讲授内容的理解。

土壤缓冲性能与土壤胶体的数量、阳离子代换量、盐基饱和度等有密切的关系。

本实验采用不同质地不同酸碱度的土壤，测定它们对酸和碱的缓冲作用。

（二）方法步骤
1、取四只50毫升塑料烧杯进行编号，在1、2号两个烧杯中加入25克风干的酸性或碱性土，3、4号烧杯内不加土。

四个烧杯内都加无二氧化碳蒸馏水25毫升，再于1、3号烧杯内各加0.1mol·L-1盐酸0.5毫升，
2、4号烧杯内各加0.1mol·L-1氢氧化钠0.5毫升，然后用玻棒进行搅拌，有土的悬浮液要间断搅拌30分钟，无土的酸性溶液及碱性溶液只需搅拌均匀即可。

用酸度分别测定各烧杯内溶液的pH值，记录并解释原因。

2、取三只50毫升塑料烧杯进行编号，1、2号烧杯中依次加入粘土、砂土和25克，第3号烧杯内不加土。

然后向每个烧杯中加入无二氧化碳蒸馏水25毫升，搅拌10分钟后静置，用酸度计测定其酸度，记录。

再向各杯中加入0.10.1mol·L-1盐酸0.5毫升（10滴），搅拌1分钟，静置，再用酸度计测定其酸度。

比较加酸前后两次测定的pH值，哪个烧杯内pH的变化最大，哪个烧杯内的变化最小，其变化大小的次序如何？解释产生上述现象的原因。

（三）记录格式和思考题
1、混合指示剂比色法
2、电位测定法
3、土壤缓冲作用的测定记录表
三、思考题
1．用混合指示剂比色法测出的pH值是代表土壤中的哪一类型的酸？
2．用电位计测定土壤酸碱度时，应注意哪些事项？
3．酸性土和碱性土对酸碱的缓冲性各如何？
4．粘土和砂土加酸前后两次测出的pH值，其变化大小的顺序如何？原因何在？。