离子选择性电极物理化学实验.doc

离子选择性电极的制备和应用一、实验目的 1.了解氯离子选择性电极的基本性能及其测试方法。 2.掌握用氯离子选择性电极测定氯离子浓度的基本原理。 3.掌握氯离子选择性电极的使用方法。 二、预习要求 1.了解氯离子选择性电极测定氯离子浓度的基本原理。 2.了解固定离子强度的意义及方法。 3.了解酸度计的较正及测量直流毫伏值的使用方法。 三、实验原理 离子选择性电极是近年来迅速发展起来的一种新的分析测量工具。利用这一工具，可以通过简单的电势测量直接测定溶液中某一离子的活度。目前，该项技术已广泛应用于海洋、土壤、地质、化工、医学等各个领域中。图1 氯离子选择性电极结构示意图本实验所用的电极是把AgCl和Ag2S的沉淀混合物压成膜片，用塑料管作为电极管，并以全固态工艺制成的。其结构如图1所示。 1、电极电位与离子浓度的关系 离子选择性电极是一种以电位响应为基础的电化学敏感元件，将其插入待测液中时，在膜-液界面上产生一特定的电位响应值。电位与离子活度间的关系可用能斯特(Nernst)方程来描述。若以甘汞电极作为参比电极，则有下式成立: (1) 由于:： (2) 根据路易士经验式:： (3) 其中，为离子强度。在测定工作中，只要固定离子强度，则 可视作定值，所以式(1)可写为： (4) 由上式可知，E与 之间呈线性关系。只要我们测出不同 值时的电位值E，作E 图，就可了解电极的性能，并可确定其测量范围。氯离子选择性电极的测量范围约为10-1moldm310-5moldm3。 2、离子选择性电极的选择性及选择系数 离子选择性电极对待测离子具有特定的响应特性，但其它离子仍可对其发生一定的干扰。电极选择性的好坏，常用选择系数表示。若以i和j分别代表待测离子及干扰离子，则： (5) 式中，Zi及Zj分别代表i和j离子的电荷数;kij为该电极对j离子的选择系数。式中的“-”及“+”分别适用于阴、阳离子选择性电极。 由上式可见，kij越小，表示j离子对被测离子的干扰越小，也就表示电极的选择性越好。通常把kij值小于10-3者认为无明显干扰。 当zi=zj时，测定kij最简单的方法是分别溶液法。就是分别测定在具有相同活度的离子i和j这两个溶液中该离子选择性电极的电位E1和E2，则: (6) (7) (8) 对于阴离子选择性电极： (9)四、仪器药品 1、仪器 酸度计1台；电磁搅拌器1台；217型饱和甘汞电极1只；EDCL型氯离子选择性电极1只；容量瓶(1000mL)1只、(100mL)10只；移液管(50mL)1只、(10mL)6只。 2、药品 KCl、KNO3(分析纯)；0.10molL KNO3溶液。 五、实验步骤 1、氯离子选择电极在使用前，应先在0.001moldm-3的KCl溶液中活化1h，然后在蒸馏水中充分浸泡，必要时可重新抛光膜片表面。 2、按图2接好仪器。 图-16-2 仪器装置示意图3、标准溶液配制 称取一定量干燥的分析纯KCl配制成0.1000moldm-3的标准液，再用0.1000moldm-3的KNO3溶液逐级稀释，配得510-2moldm-3、110-2moldm-3、510-3moldm-3、110-3moldm-3、510-4moldm-3、110-4moldm-3的KCl标准液。 4、标准曲线测量 (1) 仪器校正：接通酸度计电源，预热30分钟，接着进行标定。标定步骤如下：在酸度计后边螺旋电极插空处插入复合电极，将选择开关旋钮置于PH档，温度补偿旋钮置于室温值上，斜率调节旋钮顺时针选到底（即调到100%位置），把清洗过的复合电极插入PH=6.86的缓冲溶液中，调节定位旋钮，使仪器显示值为缓冲溶液值，此缓冲溶液倒回其容量瓶中回收再用；用蒸馏水清洗电极，再换PH=4.00的缓冲溶液，调节斜率调节旋钮，使仪器显示值为缓冲溶液值。如此再重复一次，仪器校正完成，以后测量中务请再不要动斜率调节旋钮、定位旋钮。 (2)测量：取下复合电极，插上测量电极转换器插头，将离子选择性电极插头插在转换器插口内，将甘汞电极引线连接在转换器接线柱上，将选择开关旋钮置于“mV”档，用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干。将电极插入KCl标准溶液中，充分搅拌后测出标准溶液的稳定电位值，依次从稀到浓测量各种标准溶液。 5、选择系数的测定 配制0.01moldm-3的KCl和0.01moldm-3的KNO3溶液各100mL，分别测定其电位值。 6、自来水中氯离子含量的测定 取50mL自来水，加入50mL0.20moldm-3KNO3溶液（水样的离子强度与标准曲线测定时的条件相同），测定其电位值，测定三次，求出电势平均值，从标准曲线上求得相应的氯离子浓度。7、其他试样中氯离子浓度的测定可仿照上法进行。（土壤中NaCl含量的测定 ：(1)在干燥洁净的烧杯中用台称称取风干土壤样品W克(约10g)，加入0.1%Ca(Ac)2溶液VmL(约100mL)，搅动几分钟，静置澄清或过滤。 (2)用干燥洁净的吸管吸取澄清液30mL40mL，放入干燥洁净的50mL烧杯中，测定其电位值 ）六、注意事项 如果被测信号超出仪器的测量范围或测量端开路时，显示部分会发出闪光表示超载报警。 七、数据处理 1、以标准溶液的E对lgC作图绘制标准曲线。 2、计算KCl-NO3-。 3、从标准曲线上查出被测自来水中氯离子浓度。 【