PH试纸原理.doc

PH试纸原理基本信息 化学离不开溶液，溶液有酸碱之分。检验溶液酸碱性的“尺子”是“广泛pH试纸”。这是一种现成的试纸，使用时，撕下一条，放在表面皿中，用一支干燥的玻璃棒从玻璃容器中蘸取一滴溶液，从它的颜色变化就可以知道溶液的酸碱性，十分方便。pH试纸按测量精度上可分0.2级、0.1级、0.01级或更高精度。 pH试纸上有甲基红、溴甲酚绿、百里酚蓝这三种指示剂。甲基红、溴甲酚绿、百里酚蓝和酚酞一样，在不同PH值的溶液中均会按一定规律变色。甲基红的变色范围是pH4.4(红)-6.2(黄)，溴甲酚绿的变色范围是pH3.6（黄）-5.4（绿），百里酚蓝的变色范围是pH6.7(黄)-7.5(蓝)。用定量甲基红加定量溴甲酚绿加定量百里酚蓝的混合指示剂浸渍中性白色试纸，晾干后制得的pH试纸可用于测定溶液的pH值便不难理解了。 什么是pH？pH=-lgH+，用来量度物质中氢离子的活性。这一活性直接关系到水溶液的酸性、中性和碱性。水在化学上是中性的，但不是没有离子，即使化学纯水也有微量被离解：严格地讲，只有在与水分子水合作用以前，氢核不是以自由态存在。 注意：pH不应写成PH 这是一个容易出错的地方。 试纸的使用方法1.检验溶液的酸碱度：取一小块试纸在表面皿或玻璃片上，用洁净的玻璃棒蘸取待测液点滴于试纸的中部，观察变化稳定后的颜色，与标准比色卡对比，判断溶液的性质。2.检验气体的酸碱度：先用蒸馏水把试纸润湿，粘在玻璃棒的一端，再送到盛有待测气体的容器口附近，观察颜色的变化，判断气体的性质。（试纸不能触及器壁） 注意1.试纸不可直接伸入溶液。 2.试纸不可接触试管口、瓶口、导管口等。 3.测定溶液的pH时，试纸不可事先用蒸馏水润湿，因为润湿试纸相当于稀释被检验的溶液，这会导致测量不准确。正确的方法是用蘸有待测溶液的玻璃棒点滴在试纸的中部，待试纸变色后，再与标准比色卡比较来确定溶液的pH。 4.取出试纸后，应将盛放试纸的容器盖严，以免被实验室的一些气体沾污 pH试纸的发现pH试纸的雏形石蕊试纸是波义耳在一次偶然的机会中发现的: 在一次紧张的实验中，放在实验室内的紫罗兰，被溅上了浓盐酸，爱花的波义耳急忙把冒烟的紫罗兰用水冲洗了一下，然后插在花瓶中。过了一会波义耳发现深紫色的紫罗兰变成了红色的。这一奇怪的现象促使他进行了许多花木与酸碱相互作用的实验。由此他发现了大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明显，它遇酸变成红色，遇碱变成蓝色。利用这一特点，波义耳用石蕊浸液把纸浸透，然后烤干，这就制成了实验中常用的酸碱试纸石蕊试纸。 pH试纸的物质组成及化学式pH试纸的应用是非常广泛的，pH的反应原理是基于pH指示剂法，目前，一般的pH分析试纸中含有甲基红pH4.2(红)6.2(黄)，溴甲酚绿pH3.6（黄）5.4（绿）溴百里香酚蓝pH6.7(黄)7.5(蓝)，这些混合的酸碱指示剂适量配合可以反映pH4.59.0的变异范围。 以酚酞在不同酸碱条件下变色规律为例说明PH试纸的变色原理： 把酚酞滴入浓H2SO4，呈现橙色，不论振荡多长时间，其颜色都不变。若把该橙色液配入大量水中，得无色液。酚酞滴入稀NaOH溶液呈紫红色，将酚酞滴入浓NaOH溶液（浓度大于2mol/l），开始时浓NaOH溶液表面酚酞滴入处会出现一些紫红色、略加振荡紫红色立即消失。其实，这是酚酞在不同的酸碱条件下，因其结构的改变而呈现4种相应的变色情况。 pH试纸上有甲基红、溴甲酚绿、百里酚蓝这三种指示剂。甲基红、溴甲酚绿、百里酚蓝和酚酞一样，在不同pH值的溶液中均会按一定规律变色。甲基红的变色范围是pH4.2(红)-6.2(黄)，溴甲酚绿的变色范围是pH3.6（黄）-5.4（绿），百里酚蓝的变色范围是pH6.7(黄)-7.5(蓝)。用定量甲基红加定量溴甲酚绿加定量百里酚蓝的混合指示剂浸渍中性白色试纸，晾干后制得的pH试纸可用于测定溶液的pH值便不难理解了。 什么是pH？pH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一词的缩写（Pondus=压强、压力hydrogenium=氢），用来量度物质中氢离子的活性。这一活性直接关系到水溶液的酸性、中性和碱性。水在化学上是显中性的，但不是没有离子，即使化学纯水也有微量被离解：严格地讲，只有在与水分子水合作以前，氢核不是以自由态存在。 H2O+ H2O= + OH 由于水全氢离子（H3O）的浓度是与氢离子（H）浓度等同看待，上式可以简化成下述常用的形式： H2O= + OH 此处正的氢离子人们在化学中表示为“ 离子”或“氢核”。水合氢核表示为“水合氢离子”。负的氢氧根离子称为“氢氧化物离子”。 利用质量作用定律，对于纯水的离解可以找到一平衡常数加以表示： 由于水只有极少量被离解，因此水的克分子浓度实际为一常数，并且有平衡常数K可求出水的离子积KW。 KW=KH2O KW = H3O+OH=107107=1014mol/l(25) 也就是说，对于一升纯水在25时存在107摩尔离子和107摩尔OH离子。 在显中性溶液中，氢离子 和氢氧根离子OH的浓度都是107mol/l。 如： 假如有过量的氢离子 ，则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子 游离的物质。同样，如果氢离子 并使OH离子游离，那末溶液就是碱性的。所以，给出 值就足以表示溶液的特性，呈酸性碱性，为了免于用此克分子浓度负冥指数进行运算，生物学家泽伦森（Soernsen）在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替，并定义为“pH值”。数学上定义pH值为氢离子浓度的常用对数负值。即时 因此，pH值是离子浓度以10为底的对数的负数： 酸 中性 碱 pH值改变50 的水的pH值，从pH2到pH3需要500l漂白剂。然而，从pH6到pH7只需要50l的漂白剂。 测量pH值的方法很多，主要有化学分析法、试纸法、电位法。现主要介绍电位法测得pH值。 电位分析法所用的电极被称为原电池。原电池是一个系统，它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势（EMF）。此电动势（EMF）由二个半电池构成。其中一个半电池称作测量电极，它的电位与特定的离子活度有关如 ；另一个半电池为参比半电池，通常称作参比电极，它一般是测量溶液相通，并且与测量仪表相连。 例如，一支电极由一根插在含有银离子的盐溶液中的一根银导线制成，在导线和溶液的界面处，由于金属和盐溶液二种物相中银离子的不同活度，便形成离子的充电过程，并形成一定的电位差。失去电子的银离子进溶液。当没有施加外电流进行反充电，也就是说没有电流的话，这一过程最终会达到一个平衡。在这种平衡状态下存在的电压被称为半电池电位或电极电位。 这种（如上所述）由金属和含有此金属离子的溶液组成的电极被称为第一类电极。 此电位的测量是相对一个电位与盐溶液的成分无关的参比电极进行的。这种具有独立电位的参比电极也被称为第二电极。对于此类电极，金属导线都是覆盖一层此种金属的微溶性盐（如：Ag/AgCL），并且插入含有此种金属盐限离子的电解质溶液中。此时半电池电位或电极电位的大小取决于此种阴离子的活度。 此二种电极之间的电压遵循能斯特（NERNST）公式： E=E0+ RT1n a MenF 式中：E电位 E0电极的标准电压 R气体常数（8.31439焦耳/摩尔和） T开氏绝对温度（例：20=-273+293开尔文） F法拉弟常数（96493库化/当量） n被测离子的化合价（银=1，氢=1） aMe离子的活度 标准氢电极是所有电位测量的参比点。标准氢电极是一根铂丝，用电解的方法镀（涂覆）上氯化铂，并且在四周充入氢气（固定压力为1013hpa）构成的。 将此电极浸入在25时 离子含量为1mol/l溶液中，便形成电化学中所有电位测量所参照的半电池电位或电极电位。其中氢电极作为参比电极在实践中很难实现，于是使用第二类电极做为参比电极。其中最常用的便是银/氯化银电极。该电极通过溶解的AgCl对于氯离子浓度的变化起反应。 此参比电极的电极电位通过饱和的kcl贮池（如：3mol/l kcl）来实现恒定。液体或凝胶形式的电解质溶液通过隔膜与被测溶液相连通。 利用上述的电极组合银电极和Ag/AgCl参比电极可以测量胶片冲洗液中的银离子含量。也可以将银电极换成铂或金电极进行氧化还原电位的测量。例如：某种金属离子的氧化阶段。 最常用的PH指示电极是玻璃电极。它是一 支端部吹成泡状的对于pH敏感的玻璃膜的 玻璃管。管内充填有含饱和AgCl的3mol/l kcl 缓冲溶液，pH值为7。存在于玻璃膜二面的 反映pH值的电位差用Ag/AgCl传导系统， 如第二电极，导出。pH复合电极如图（一） 此电位差遵循能斯特公式： E=E0+ RT1n a H3O+nF E=59.16mv/25 per pH 式中R和F为常数，n为化合价，每种离子都有其固定的值。对于氢离子来讲，n=1。温度“T”做为变量，在能斯特公式中起很大作用。随着温度的上升，电位值将随之增大。 对于每1的温度变大，将引起电位0.2mv/per pH变化。用pH值来表示，则每1第1pH变化0.0033pH值。 这也就是说：对于2030之间和7pH左右的测量来讲，不需要对温度变化进行补偿；而对于温度30或8pH或6pH的应用场合则必须对温度变化进行补偿。 图1：pH值一电位一离子