实验讲义-玻璃电极、离子选择电极

玻璃电极
实验十七水中pH值的测定
一、实验目的
1、通过实验理解利用电化学工作站测定溶液pH值的原理；
2、掌握用电化学工作站测定溶液pH值的方法。

二、实验原理
电位法测定溶液的pH值，是以玻璃电极为指示电极（－），饱和甘汞电极为参比电极（＋）组成电池。

25℃时，溶液的pH值变化1个单位时，电池的电动势改变59.0mV。

实际测量中，选用pH值与水样pH值接近的标准缓冲溶液，校正pH计（又叫定位），并保持溶液温度恒定，以减少由于液接电位、不对称电位及温度等变化而引起的误差，测定水样之前，用两种不同pH值的缓冲溶液校正，如用一种pH值的缓冲溶液定位后，在测定相差约3个pH单位的另一种缓冲溶液的pH值时，误差应在±0.1pH之内。

校正后的pH计，可以直接测定水样或溶液的pH值。

三、仪器与试剂
仪器：LK2006A电化学工作站（天津兰力科化学电子有限公司）；工作电极为231玻璃pH电极，参比电极为银-氯化银电极。

试剂：0.05mol/L邻苯二甲酸氢钾标准缓冲溶液；0.025mol/L混合磷酸盐缓冲溶液；NaH2PO4溶液约0.1mol/L
四、实验内容
1、将玻璃电极用蒸馏水冲洗干净后，用标准缓冲溶液淋洗1～2次，放入电解池中，接工作电极。

参比电极为银-氯化银电极。

2、选择恒电位计术中的开路电位-时间曲线选项，双击，设置参数为：初始电位0V，取样间隔0.1s，等待时间1s，运行时间60s。

3、点击运行，得标准溶液的开路电位Es。

4、水样或溶液pH值的测定。

（1）将电极放入水样或溶液中测定开路电位，测定3次，取平均值Ex。

（2）测定NaH2PO4溶液的pH值，测定3次。

（3）测定完毕，清洗干净电极和塑料杯。

（4）实验数据记录。

五、注意事项
1、玻璃电极使用
（1）使用前，将玻璃电极的球泡部位浸在蒸馏水中24h以上。

如果在50℃蒸馏水中浸泡2h，冷却至室温后可当天使用。

不用时也须浸在蒸馏水中。

（2）安装：要用手指夹住电极导线插头安装，切勿使球泡与硬物接触。

玻璃电极下端要比银-氯化银电极高2～3mm，防止触及杯底而损坏。

（3）玻璃电极测定碱性水样或溶液时，应尽快测定。

测量胶体溶液、蛋白质和染料溶液时，用后必须用棉花或软纸蘸乙醚小心地擦拭、酒精清洗，最后用蒸馏水洗净。

2、仪器校正
（1）应选择与水样pH接近的标准缓冲溶液校正仪器。

（2）标准缓冲溶液。

A）pH标准缓冲溶液的配制，见下表。

pH标准缓冲溶液的配制
①近似溶解度。

②110～130℃烘干2h。

③用新煮沸并冷却的无CO2蒸馏水。

B）试剂商店购买的pH基准试剂，按说明书配制。

六、思考题
1、恒电位法测定溶液pH值的原理是什么？
2、一种缓冲溶液是一个共轭酸碱的混合物，那么为什么邻苯二甲酸氢钾、四硼酸钠、二草酸三氢钾等可作为缓冲溶液？
离子选择性电极
实验十八氟离子选择性电极测定地下水中氟
一、实验目的：
1、了解离子选择性电极的结构与性能；
2、掌握氟离子选择性电极测定氟的原理及实验方法。

二、基本原理：
所谓离子选择性电极，就是该电极具有选择性地对某一离子敏感的特性，可利用此性质测定该离子的含量，其它离子不干扰测定或影响极小。

因为氟离子是电荷的传导者，所以由氟化镧单晶组成的氟离子选择性电极的敏感膜对氟离子具有高选择性。

氟化镧电极的电位与溶液中氟离子的活度a F-符合能斯特方程式：
E F-=E0 -2.303RT/Flga F- （1）
式中E0为常数，R为气体常数，T为测定时的绝对温度，F为法拉第常数(96487库)。

用氟离子选择性电极与饱和甘汞电极(参比电极)组成测量电池则电池电动势为：E emf = E SCE - E F- = -E F-mV (vs. SCE) （2）
因此,通过测量该电池电动势,可直接求出试液中氟离子的活度。

如要测定氟离子的浓度,需要考虑离子强度的影响,如果控制一定离子强度，可使离子活度系数r维持不变,则有：
E F- = E0-2.303RT/FlgrC F- =E0/-2.303RT/FlgC F- （3）
由此通过测量氟电极电位可直接求氟离子浓度。

采用工作曲线法测定氟离子浓度，就是配制一系列已知浓度的标准氟离子溶液，分别测定其电动势，以氟电极电位对氟离子浓度的对数值作图，可得到一直线（工作曲线）。

再在相同条件下测定地下水中氟离子响应电位，由工作曲线的拟合表达式可直接计算出试验中氟离子的浓度。

酸度对氟电极有影响，氟化镧电极适于在pH5-6间使用，为此，需用缓冲溶液调节pH值。

有些阳离子（如Al3+,Fe3+等）可与氟离子生成稳定的络合物而干扰测定、为消除这种干扰，加入络合剂柠檬酸钾等来消除这些阳离子的干扰。

使用总离子强度调节缓冲液（TISAB）既能控制溶液的离子强度，又可控制溶液的pH值，还可消除Al3+ 、Fe3+等金属离子的干扰。

三、仪器和试剂：
仪器LK3200电化学工作站（天津兰力科公司）；氟离子选择性电极；饱和甘汞电极；磁力搅拌器；
试剂TISAB溶液：称取102gKNO3，83gNaAc，32g柠檬酸钾,分别溶解
后转入1000mL容量瓶中，加入14mL冰醋酸，加水至800mL，用10mol/L的NaOH溶液调节pH值至5.0-6.0之间。

调好后，加水稀释至刻度，摇匀备用；
0.1mol/L NaF标准溶液：准确称取分析纯NaF 1.0500g，在小烧杯中溶解后转入250mL容量瓶中，稀释至刻度；系列标准NaF溶液的配制：取5个50mL容量瓶，分别加入10mL TISAB溶液，移取5mL 0.1mol/L NaF标准溶液到第一容量瓶中,稀释至刻度,摇匀。

再从第一个容量瓶中移取5mL溶液到第二个容量瓶中……，用此法配制含氟10-2 ，10-3 ，10-4 ，10-5，10-6mol/L的NaF系列标准溶液。

四、实验步骤：
1、方法选择：传感器测量；
2、氟电极接传感器，饱和甘汞电极接参比电极；
3、将NaF标准系列溶液依次倒在100mL小烧杯中（测量时浓度从小到大，电极和烧杯均不必水洗）。

加入搅拌子，放在磁力搅拌器上，插入电极，搅拌3min，再停3min，而后按测量，读取毫伏值。

4、水样测量：
另取一50mL容量瓶，加入10mL TISAB，加待测的地下水至刻度，摇匀。

按测标准溶液方法测量，记录毫伏数。

五、数据处理：
1、记录：
2、以E F-对lgC F-作图，打开工作曲线法的菜单,将对方的E F-和lgC F-输入,按下计算,得到工作曲线的斜率(S)和截距(P),即拟合公式为：E F- = P-SlgC F-
输入水样的毫伏值,按下计算,便可得到水样中氟离子浓度的对数值。

可转换为浓度表示。

六、讨论：
1、氟化镧电极为什么能选择性测定氟?
2、TISAB溶液的作用是什么?
3、.酸度对测定有何影响?。