离子选择性电极物理化学实验

化工专业实验报告第一部分：实验预习实验名称用离子选择性电极测定混合电解质溶液中盐的活度系数一、实验预习1.实验目的1.1学习用离子选择性电极进行电解质溶液中离子活度系数测定的基本原理和方法；1.2使用Pitzer公式计算混合电解质溶液中盐离子活度系数；1.3实验测定KCl-NaCl混合溶液中KCl的活度系数并与理论值比较。

2.实验原理离子选择性电极（Ionic selective electrode，ISE）是一种电化学敏感器，具有将溶液中某种离子活度转换为电势的能力，其电势与特定离子活度的对数值之间有线性关系，次关系符合Nernst方程：E=Eθ+klna式中：E为电池的电动势，mV；Eθ为标准状态下电池的电动势；k为电极响应斜率；a 为电解质的活度。

可以使用离子选择性电极来测量电解质溶液的活度系数。

本实验用氯离子选择电极和钾离子选择电极先测定KCl单一溶液的电位值，得到电极参数后，在测定KCl-NaCl混合溶液中KCl的电位值，得到活度系数，并与Pitzer公式计算的理论值比较。

1）单一KCl溶液的测定组成如下无液接电势的电池：K+ ISE | KClaq | Cl− ISE。

其电位值为：E KCl=E KClθ+k KCl lna KCl将KCl活度系数带入下式：a KCl=(γ±KCl m KCl)2计算出活度系数a KCl，其中m KCl为KCl的质量摩尔浓度；γ±KCl为KCl的活度系数。

作出E KCl−lna KCl图，应得到一条直线，从图中求得电极参数E KClθ与k KCl。

通过Nernst方程，可以得到理论上的斜率：k=RT nF但是在实际测量中实际斜率与理论斜率相比有一定的偏差，故定义转换系数K：K=实际斜率RT/nF×100%=实际斜率25.7×100%式中条件为T=298.15K ，n=1。

2） KCl-NaCl 混合溶液测定组成如下无液接电势的电池：K + ISE | KCl −NaClaq | Cl − ISE 。

绪论单元测试1.实验室出现火情，应立即：（）A:打开实验室门，尽快疏散，撤离人员B:用干毛巾覆盖火源，使火焰熄灭C:停止加热，移开可燃物，切断电源，用灭火器灭火D:其余说法都不对答案:C2.物理化学实验报告基本要求主要包括：（）A:实验总结B:实验步骤以及实验数据处理C:实验目的以及实验原理D:课后习题答案:ABCD3.关于物理化学实验预习，正确的是（）。

A:明确操作步骤B:熟悉基本原理C:了解仪器使用D:撰写预习报告答案:ABCD4.进入实验室，以下说法不正确的是？（）。

A:进入实验室，如果不接触有毒有腐蚀性的药品，就可以不穿实验服。

B:在实验过程中，等待仪器测试的过程中，要认真观察，操作仪器，不允许玩手机。

C:实验完毕必须洗手D:严禁饮食答案:A5.物理化学实验数据的表达主要有？（）。

A:观察法。

B:图解法与列表法。

C:分析法。

D:模拟法。

答案:B6.周期性数据一定是确定性数据。

（）A:对B:错答案:A7.绝对误差可以衡量测量结果的精度。

（）A:对B:错答案:B8.单次测量和多次测量情况下误差合成的公式是相同的。

（）A:对B:错答案:B9.电气线路着火，要先切断电源，再用干粉灭火器火二氧化碳灭火器灭火，不可直接泼水灭火，以防触电或电气爆炸伤人。

（）A:对B:错答案:A10.在实验室必须保持严肃、严密、严格、严谨，室内保持整洁有序，不准喧哗、打闹。

玩手机。

（）A:错B:对答案:B第一部分测试1.实验过程中，点火一分钟后，实验数据没有上升，正确的操作方法是（）A:将氧弹取出检查是否短路，如果没有短路再将氧弹放入内筒重新实验。

B:继续实验。

C:停止实验，检查原因。

D:重新点火进行实验。

答案:C2.完全互溶双液系的平衡相图绘制时，选择测定物系的折光率来测定物质的组成，以下说法哪个是错误的：（）A:对任何双液系都适用B:测定用时少、速度快C:测定折光率操作简单D:测定所需试样量少答案:A3.为测定二元完全互溶双液系沸点-组成图，需在气液相达平衡后，同时测定（）A:气相组成，液相组成和溶液沸点B:液相组成和溶液沸点C:气相组成和溶液沸点D:气相组成，液相组成答案:A4.以下分光光度计的操作中，不正确的是（）。

离子选择性电极工作原理离子选择性电极是一种能够测量特定离子浓度的电化学传感器。

它主要由离子选择性膜、内部电解质和参比电极等部分组成。

离子选择性膜是该电极的核心部分，它能够选择性地吸附特定离子，而不受其他离子的干扰。

离子选择性电极的工作原理主要包括膜电位理论、Nernst方程和电极响应等方面。

首先，离子选择性膜的工作原理是基于膜电位理论。

当离子选择性膜与待测溶液接触时，膜内外的离子浓度差异会导致膜内外电位差，这种电位差即为膜电位。

膜电位的大小与膜内外离子浓度比例有关，因此可以通过测量膜电位来确定溶液中特定离子的浓度。

其次，Nernst方程是描述离子选择性电极工作原理的重要方程之一。

Nernst方程表明了电极电势与离子浓度之间的关系。

对于特定离子选择性电极，其电势E与该离子浓度的对数呈线性关系，即E=K+RT/zFln[a]，其中E为电极电势，K为常数，R为气体常数，T为温度，z为离子电荷数，F为法拉第常数，[a]为离子浓度。

通过Nernst方程，可以准确地计算出溶液中特定离子的浓度。

最后，电极响应是离子选择性电极工作原理的另一个重要方面。

当离子选择性电极与待测溶液接触时，离子选择性膜内外的离子浓度差异会引起电极的响应。

这种响应可以通过测量电极的电位变化来确定溶液中特定离子的浓度。

电极响应的快慢和稳定性直接影响着离子选择性电极的测量精度和灵敏度。

综上所述，离子选择性电极的工作原理主要包括膜电位理论、Nernst方程和电极响应等方面。

通过这些原理，离子选择性电极能够准确、快速地测量溶液中特定离子的浓度，具有广泛的应用价值。

希望本文能够帮助读者更好地理解离子选择性电极的工作原理，并在实际应用中发挥其优势。

预习提问（1）补偿法测定原电池电动势的基本原理是什么？（2）为什么不能采用伏特表测定原电池电动势？（3）在用电位差计测量电动势过程中，若检流计的光点总是向一个方向偏转，可能是什么原因?（4）用Zn(Hg)与Cu组成电池时，有人认为锌表面有汞，因而铜应为负极，汞为正极。

请分析此结论是否正确?（5）选择“盐桥”液应注意什么问题?（6）标准电池和工作电源各有什么作用？（7）锌汞为何要齐化？（8）如何维护和使用标准电池以及检流计？（9）简述原电池电动势的测量的应用20个思考题（1）补偿法测定原电池电动势的基本原理是什么？电位差计是一种可在无电流（或极小电流）通过测量电路时测得其两极间的电势差，即为该电池的平衡电动势的仪器。

其原理是在待测电极上并联一个大小相等，方向相反的外加电势，这样待测电池就没有电流通过，外加电势的大小就等于待测电池的电动势。

（2）为什么不能采用伏特表测定原电池电动势？实验要求测量原电池的电动势是可逆电池的电动势，电池是在可逆状态下工作，不允许有电流通过（或只允许极小的电流通过），而用伏特表测量会有电流通过，故不能使用伏特表。

（3）在用电位差计测量电动势过程中，若检流计的光点总是向一个方向偏转，可能是什么原因?答：①工电源电动势偏小②工作电路出现断路③待测电路电极反接（4）用Zn(Hg)与Cu组成电池时，有人认为锌表面有汞，因而铜应为负极，汞为正极。

请分析此结论是否正确?答：不正确，因为Zn的电极电势远小于Hg的的电极电势，而Cu的和Hg 的电极电势相差不大（5）选择“盐桥”液应注意什么问题? 选择盐桥的原则是什么？答：①盐桥中的浓度要很高，常用饱和溶液。

如饱和KCl溶液、饱和KNO3溶液②γ+≈γ-，t+≈t-，且不与电池中的电解质发生反应。

（6）标准电池和工作电源各有什么作用？标准电池是为了确定工作作电路大小，使得测量待测电路时通过待测电池中的电流保持在较小的范围，即电流极小，保证待测电池在可逆状态下工作。

氯离子的检验方法氯离子是一种常见的无机阴离子，广泛存在于自然界中的水体、土壤和化工产品中。

在环境监测、工业生产和科学研究中，对氯离子的检验具有重要意义。

因此，本文将介绍氯离子的常见检验方法，以便读者能够了解和掌握相关知识。

一、物理化学法。

物理化学法是一种常见的氯离子检验方法，主要包括沉淀法、络合滴定法和离子选择电极法。

其中，沉淀法是通过加入适当的沉淀剂，使氯离子与沉淀剂生成沉淀物，然后通过过滤、洗涤、干燥、称重等步骤来确定氯离子的含量。

络合滴定法则是利用络合剂与氯离子形成络合物，通过滴定来确定氯离子的含量。

离子选择电极法则是利用离子选择电极对氯离子进行测定，具有简便、快速的特点。

二、化学分析法。

化学分析法是一种常用的氯离子检验方法，主要包括沉淀滴定法、氧化还原滴定法和荧光分析法。

沉淀滴定法是通过加入沉淀剂，使氯离子与沉淀剂生成沉淀物，然后进行滴定来确定氯离子的含量。

氧化还原滴定法则是利用氧化还原反应来确定氯离子的含量，常用的氧化剂包括高锰酸钾、碘酸钾等。

荧光分析法是利用氯离子与荧光试剂生成荧光物质，通过测定荧光强度来确定氯离子的含量，具有高灵敏度、高选择性的特点。

三、仪器分析法。

仪器分析法是一种现代化的氯离子检验方法，主要包括离子色谱法、原子吸收光谱法和质谱法。

离子色谱法是利用离子色谱仪对氯离子进行分离和测定，具有高灵敏度、高分辨率的特点。

原子吸收光谱法则是利用原子吸收光谱仪对氯离子进行测定，具有高准确度、高灵敏度的特点。

质谱法是利用质谱仪对氯离子进行分析，具有高灵敏度、高分辨率的特点。

综上所述，氯离子的检验方法多种多样，可以根据具体情况选择合适的方法进行检验。

在实际应用中，需要根据样品的性质、含量的要求、仪器设备的条件等因素综合考虑，选择合适的检验方法进行分析。

希望本文介绍的内容能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。

离子选择性电极工作原理
离子选择性电极是一种用于测量特定离子浓度的传感器，它在
化学分析和生物医学领域有着广泛的应用。

其工作原理主要基于离
子在电解质溶液中的活度与浓度之间的关系。

本文将从离子选择性
电极的结构、工作原理和应用方面进行介绍。

首先，离子选择性电极通常由玻璃膜、内部填充溶液和电极组成。

玻璃膜是离子选择性电极的关键部分，它能够选择性地与特定
离子发生化学反应。

内部填充溶液则是为了保持电极内部的离子浓
度不变，以确保电极的稳定性。

电极则是用于测量电位差的部分，
通过测量电位差来确定溶液中特定离子的浓度。

其次，离子选择性电极的工作原理是基于Nernst方程的。

Nernst方程描述了溶液中离子活度与电位之间的关系。

当离子选择
性电极与待测溶液接触时，离子会在玻璃膜上发生化学反应，导致
电位差的变化。

根据Nernst方程，我们可以通过测量电位差来计算
出溶液中特定离子的活度或浓度。

最后，离子选择性电极在生物医学领域有着广泛的应用。

例如，pH电极可以用于测量生物体内部的酸碱平衡，钾离子选择性电极可
以用于监测血液中的钾离子浓度。

此外，离子选择性电极还可以用于环境监测、食品安全检测等领域。

总之，离子选择性电极是一种重要的传感器，它通过测量电位差来确定溶液中特定离子的浓度。

其工作原理基于Nernst方程，通过选择性地与特定离子发生化学反应来实现。

离子选择性电极在化学分析和生物医学领域有着广泛的应用前景，为相关领域的研究和应用提供了重要的技术支持。

实验十三氯离子选择性电极的测试和应用Ⅰ、目的要求1．了解氯离子选择电极的基本性能及其测试方法，同时掌握氯离子选择性电极、玻璃电极、参比电极等的正确使用方法。

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PHS—2C或是3B型酸度计的使用方法。

Ⅱ、基本原理氯离子选择性电极是一种测定水溶液中氯离子浓度的分析工具。

目前广泛应用于水质、土壤、地质、生物、医药、食品等部门。

其结构简单，使用方便。

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。

电极结构如图1所示。

一、电极电位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，它与Ag–AgCl电极十分相似。

当它与被测溶液接触时，就发生离子交换反应，结果在电极膜片表面建立具有一定电位梯度的双电层，这样，电极与溶液之间就存在着电位差，在一定条件下，其电极电位ф与被测溶液中的银离子活度a Ag+之间有以下关系：令AgCl的活度积为K ap，即K ap = a Ag+〃a Cl-式（1）可表示为在测量时，选取饱和甘汞电极作参比电极，两者在被测溶液中组成可逆电池，若фSCE为饱和甘汞电极的电位，则上述可逆电池的电动势为令则由于a Cl- = c Cl-〃γCl-式中c Cl-和γCl-分别为氯离子的浓度和活度系数，又令于是有E0′除与活度系数有关外，它还与膜片制备工艺有关，只是在活度系数恒定，并在一定条件下才可把它看作为常数。

这样一来，E与ln c Cl-或P c Cl-之间应呈线性关系。

只要测定不同浓度的E值，并将E对ln c Cl-或P c Cl-作图，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10-1 ~5×10-5摩尔浓度。

二、电极的选择性和选择性系数离子选择性电极常会受到溶液中其他离子的影响。

即，在同一电极膜上，往往可以有多种离子进行不同程度的交换。

氯离子选择性电极与氯离子浓度符合能斯特方程氯离子选择性电极（ISE）是一种常见的用于测量氯离子浓度的分析仪器，它可以用来显示溶液中可测量物质含量的实时浓度。

氯离子是一种重要的水体污染物，因此，关于与氯离子浓度有关的知识及其准确测量方法的分析，对于水体质量管理监测非常重要。

其中极其重要的一点是，ISEs要符合能斯特方程。

能斯特方程（Nernst Equation）是一种物理化学方程式，用于计算有效浓度梯度感应开路电压，是ISE检测氯离子浓度的基础方法。

所谓“有效浓度梯度感应开路电压”，指在半电极体系中有氯离子活化的条件下，当浓度梯度存在时，所产生的开路电压，这种电压与物质的分布和浓度有关，而这种电压在选择性电极上反映出来，形成了ISE的选择性原理。

在选择性电极的设计的过程中，应该满足能斯特方程的条件，因为它描述了在半电极系统中有效活化的条件下，半电极的开路电压的大小，这是电极选择性的基础。

能斯特方程的推导是通过电势强度和热力学来解释的，可以表达为：E=E0+ (RT/nF) * ln(A/C)其中，E0为半电位均衡实验时产生的电压，R为常数，T为热力学温度，n为活化子数，F为电子伏特，A为两个半电极之间的活化物质，C是被量化的浓度。

根据上面的推理，由于系统中氯离子浓度的变化，ISEs的输出电压也随之变化，而这些变化刚好符合能斯特方程的定义，因此，ISE的设计应该符合能斯特方程，以确保在检测氯离子浓度时，结果是准确可靠的。

在实际操作中，ISE上的电压变化范围大约为60-190mV，每一个mV的变化，大约等于0.1ppm的氯离子浓度变化。

因此，可以根据ISE 上的电压变化，实时反映溶液中的氯离子浓度变化。

在选择ISE的过程中，应该综合考虑电极的性能，检测范围等需求，以及ISE的限制条件，如温度，PH，氯离子对应的电位活化系数，测量精度等，以保证ISE的准确度与可靠性。

此外，ISE的原理和原理都是由能斯特方程支撑的，这意味着在检测氯离子浓度时，用户还要保证ISE的工作状态，如检查ISE的供电是否稳定，检查电极是否损坏，以及检查电位系统是否处于均衡状态等，这些都会影响测量结果的准确度，如果不处理好，就会影响检测结果的准确性，从而影响氯离子浓度的准确测量。