离子选择电极法测定氟离子

实验报告

实验课程：仪器分析

学生姓名：***

学号：********

专业班级：化学（创新）1301

实验名称：离子选择电极法测定氟离子

一．实验目的

1.了解氟离子选择电极的构造及测定自来水中氟离子的实验条件；

2.掌握离子计的使用方法。

二．实验原理

氟离子选择电极使目前最成熟的一种离子选择电极。将氟化镧单晶封在塑料管的一端，管内装0.1mol/L NaF和0.1mol/L NaCl溶液，以Ag-AgCl电极为参比电极，构成氟离子选择电极。用氟离子选择电极测定水样时，以氟离子选择电极作指示电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，组成的测量电池为：

氟离子选择电极︱试液‖SCE

如果忽略液接电位，电池的电动势为:

即电池的电动势与试液中氟离子活度的对数成正比,氟离子选择电极一般在1～10-6 moL.L-1范围符合能斯特方程式。

1.氟离子选择电极具有较好的选择性

阴离子: : OH- LaF

3 + 3OH-＝ La(OH)

3

+ 3F-

阳离子: Fe3+、Al3+、Sn(Ⅳ) ( 易与F-形成稳定配位离子)

2.氟离子选择电极法测定的是溶液中离子的活度，因此，必须加入大量支持

电解质，如NaCl控制试液的离子强度。

3.用总离子强度调节缓冲液控制试液pH和离子强度以及消除干扰。通常用

乙酸缓冲溶液控制溶液的pH。用柠檬酸钠进行掩蔽。

三、仪器与试剂

离子计或pH计；氟离子选择电极；饱和甘汞电极；电磁搅拌器；容量瓶(50mL 7只)；烧杯(100 mL 6个)；10 mL移液管（2个）；F-标准溶液 (0.1000 mol/L)；离子强度调节缓冲液（TISAB）

四、实验步骤

1．氟离子选择电极的准备: 氟离子选择电极在使用前，应在含10-4moL.L-1 F-或更低浓度的F-溶液中浸泡（活化）约30 min。

2．线性范围及能斯特斜率的测量:

在5只100mL容量瓶中，用10mL移液管移取0.100mol/L F-标准溶液于第一只100mL容量瓶中，加入TISAB 10mL，去离子水稀释至标线，摇匀，配成1.00×10−2mol/L F-溶液；在第二只100mL容量瓶中，加入1.00×10−2 mol/L F-溶液10.00mL和TISAB 10mL，去离子水稀释至标线，摇匀，配成1.00×10−3 mol/L F-标准溶液。按上述方法依次配制1.00×10−6～1.00×10−4mol/L F-标准溶液。

将适量F-标准溶液分别倒入5只塑料瓶烧杯中，放入磁性搅拌子，插入氟离子选择电极和饱和甘汞电极，连接好酸度计，开启电磁搅拌器，由稀至浓分别进行测量，在仪器指针不再移动或数字显示在±1mv内，读取电位值。再分别测定其他F-浓度溶液的电位值。

3．自来水中氟含量的测定:

①试液的制备:试样用自来水可在实验室直接取样。

②标准曲线法:准确吸取自来水样50.0mL于100mL容量瓶中，加入TISAB

10mL，去离子水稀释至标线，邀约。全部倒入一烘干的烧杯中，按上述实验方法测定电位值，记下数据。平行测定三次。

③标准加入法: 再实验②测量后，加入1.00mL 1.00×10−3 mol/L F-

溶液后，再测定其电位值。

五、数据处理

标准曲线法：

1.绘制标准曲线确定该氟离子选择电极的线性范围及实际能斯特响应斜率。并从标准曲线，查出被测试液F-浓度（cx)，计算出试样中氟含量。

E—lgα(F-)标准曲线图：

未知水样：

由标准曲线可知：E=-54.35 lgα(F-)-7.22

未知水样：E=233.4mV，代入标准曲线，得Cx=3.74×10-5mol/L,

所以C(F-)=2Cx=7.48×10-5 mol/L

标准加入法：

实验测得自来水的电势为:

式中，Vs、Cs分别为加入的F-标准液的体积（mL）和浓度（mol/L），S为实验所测得的电极的能斯特响应斜率。

△C= 1.00×10-3×1.00/100= 1.00×10-5 mol/L

△E=E2-E1=(225.9-233.4)mV=-7.5mV S=-54.35

Cx=△C/（10△E/S- 1）=2.67×10-5 mol/L

所以C(F-)=2Cx=5.34×10-5 mol/L

误差分析：

实验中由于充分考虑到了各种可能造成误差的因素，因此，结果所产生的误差较小。但由于仪器的问题，使得所测的电位有较大误差，不过因最终要的是线性关系曲线，故对实验结果造成的影响可不计。

六、注意事项：

1．测量标准溶液时，浓度应由稀至浓，每次测定后用被测试液清洗电极、烧杯及搅拌子。

2．绘制标准曲线时，测定一系列标准溶液后，应将电极清洗至原空白电位值，然后再测定未知液的电位。

3.测定过程中，更换溶液时，测量键应断开，以免损坏离子计。

4．测定过程中，搅拌溶液的速度应恒定。

5．氟离子选择电极的纯水电位与电极组成有关，也与所用纯水的质量有关一般为300 mV左右。

6．氟离子电极暂不用时，宜于干放。

七、思考题：

1.用氟离子选择电极法测定自来水中氟离子含量时，加入TISAB的组成和作用是什么？

答：加入TISAB有以下四个作用：

1．保持总离子强度，防止分析溶液由于离子活度之间的差异而引起误差；

2．掩蔽干扰离子,溶液中的柠檬钠盐，能与溶液中的铝和铁离子发生配合反应，使F-从铝，铁的氟配合物中释放出来；

3．保持溶液的pH在5~6的适宜范围；

4．加快平衡时间。

2.标准曲线法和标准加入法各有何特点？比较本实验用这两种方法测得的结果是否相同，如果不同，说明其原因。

答：⑴.标准曲线法：可以适用于多次测量，并且要求标准溶液和样品具有恒定的离子强度,并维持在适宜的pH范围内.调节离子强度所用电解质不应对测定有干扰，调节离子强度的溶液，也常加入适当的络合剂或其他试剂以消除干扰离子的影响。

⑵.标准加入法：是在其他组分共存情况下进行测量的，因此实际上减免了共存组分的影响，古这种方法适合于成分不明或是组成复杂的试样的测定。

经比较，通过两种方法在本实验中所得结果基本接近，故可认为此次测量中由于溶液的性质所带来的干扰较小。两种方法皆比较理想。

八、实验讨论：

1.离子选择性电极响应溶液中待测离子的活度，而不是一般分析方法是浓度。这个特点除了可用于测定物理化学常数外，对生理学、生物学和反应的研究具有十分重要的意义。

2.离子选择性电极的另一个重要优点是便于进行连续监测和过程控制，如环境监测，工业生产检测等。