氯离子选择性电极的测定及应用

西安交通大学实验报告

课程：物理化学实验

系别：

专业班号：组别：实验日期：2015年4月日

姓名：学号：交报告日期：2015年4月日

同组者：

实验名称：氯离子选择性电极的测定及应用

一、实验目的

1.掌握氯离子选择性电极的基本原理。

2.了解氯离子选择性电极的性能及使用方法。

二、实验原理

1.电极电势与离子浓度的关系

氯离子选择性电极是以AgCl作为电化学活性物质，当它与被测溶液接触时，就会发生离子交换反应，从而在电极与溶液之间产生电势差。一定条件下：

φ=φθ∙Ag+

Ag

+RT/F∙lna Ag+

由于k spθ=a Ag+∙a cc−，∴φ=φθ∙Ag+

Ag +RT

F

∙lnk spθ−RT/F∙lna cc−

实验测定时，把饱和甘汞电极和氯离子选择电极插入待测溶液中就会组成原电池。

E=φθ∙Ag+

Ag

−φSCE+

RT

F

∙lnk spθ−RT/F∙lna cc−

令

E′=φθ∙Ag+

Ag

−φSCE+

RT

F

∙lnk spθ

E′′=E′−RT

F

∙lnr a−−

RT

F

∙ln1/cθ

一定温度下，E'和E''均可视为常数，得：

E=E′′−RT

F

∙lnc a−

即E与lnc cc−之间呈线性关系。

2.电极的选择性和选择性常数

选择性系数常与测定方法，测定条件以及电极的制作工艺有关，同时

也与计算时所用的公式有关。通常被定义为：

φ=φθ±RT

nF

∙ln⁡(a i+k ij∙a j Zi/Zj)

k ij越小，表示j离子对待测例子i的干扰越小，即电极的选择性越好。当Zi=Zj时，测定k ij最简单的方法是分别溶液法。

φ1=φθ±RT

nF

∙ln⁡(a i+0)含i离子而不含j离子

φ2=φθ±RT

nF

∙ln⁡(a j∙k ij+0)含j离子而不含i离子

因为a i=a j，∆φ=±RT

nF

∙lnk ij=E2−E1

对氯离子选择电极，有lnk ij=(E1−E2)∙F

RT

3.确定氯离子选择电极的测量范围

电极的响应斜率即E-lnc曲线的斜率只在一定的浓度范围内才是常数。当待测离子的浓度小到一定程度时，随着待测离子浓度继续减小，浓度本身对E的影响越来越不明显，相对而言E受其他引述干扰的情况会逐渐加强。如图所示可确定检测下限C0，另一方面，大多数把c=1mol/L作为离子选择电极的测量范围上限，因为浓度较大时，测量结果的误差较大。

三、实验仪器和药品

氯离子电极1支、饱和甘汞电极1支、PHS-2型酸度计1台、500mL 容量瓶2个、250mL容量瓶2个、磁力搅拌器1台、25mL移液管1支、

10.0g/L NaCl溶液、3.00g/L NaCl、未知液、NaCl（分析纯）、KNO3（分析纯）。

四、实验步骤

(1)仪器安装。氯离子选择电极在使用前，应先在0.001mol/L 的KCl 溶液中浸泡1h使其活化，然后在蒸馏水中充分浸泡，必要时可重新抛光膜片表面。饱和甘汞电极的内管充装饱和KCl溶液，外管充装饱和KNO3溶液。安装好仪器。附近环境应无浓盐酸等酸雾，也无强烈电磁场干扰。

(2)溶液配制。

①借助250mL容量瓶，用10.0g/L的NaCl溶液和3.00g/L的NaCl溶液准确配置一套NaCl标准溶液。其浓度分别为10.0g/L、1.00g/L、0.100g/L、

0.0100g/L、3.00g/L、0.300和0.0300g/L.

②用500mL容量瓶配制0.100mol/L 的KNO3溶液和0.100mol/L的NaCl 溶液。

(3)测定浓度分别为10.0g/L、1.00g/L、0.100g/L、0.0100g/L、3.00g/L、0.300和0.0300g/L的七种NaCl溶液的电动势E。在测量过程中，应开动磁力搅拌器搅拌，而且搅拌速度不能太快。

(4)测量0.100mol/L NaCl溶液和0.100mol/L KNO3溶液的电动势E

(5)测量未知液的电动势E。

(6)测定结束后，把甘汞电极的外套取下，用蒸馏水冲洗甘汞电极的外表并套上橡皮套放置。把外管中盛装的饱和KNO3溶液倒掉，并把它洗干净。

(7)把氯离子选择电极冲洗干净，并将其浸泡在盛放蒸馏水的烧杯中。

五、数据记录与处理

原始数据：

E(0.100mol/L KNO3)=222mV

E(0.100mol/L NaCl)=46mV

E(未知液)=70mV

数据处理：

(2)由图可知，未知液的lnc≈-3.2，

c=e^-3.2=0.04076 mol/L

(3)由lnk ij =(E 1−E 2)∙F

RT 可得：

lnk Cl −,NO 3−=(0.046−0.222)∙

96485

8.3145∙292.65

=−6.9789

k Cl −,NO 3−=e −6.9789=9.3×10−4， 参照值为：k Cl −,NO 3−=5.5×10−4 相对误差：d =

9.3×10−4−5.5×10−4

5.5×10−4

=69.1%