电化学实验讲义.docx
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电化学实验讲义
电化学分析实验
浙江树人大学生物与环境工程学院
二O一二年九月
编写:
李成平
实验一皮蛋的pH值测定
一、实验目的
1.了解电位法测定pH的原理
2.了解pH计的使用方法及性能
3.掌握电位法测定pH值的实验技术
二、实验原理
制做皮蛋(松花蛋)的主要原料为:
鸭蛋、纯碱、石灰等。
在一定条
件下,经过一定周期即制得皮蛋。
此时由于碱的作用,形成了蛋白及蛋清凝胶。
测定皮蛋水溶液的pH值时,由玻璃电极作为氢离子活度的指示电极,
饱和甘汞电极作为参比电极,它们与待测液(皮蛋水溶液)组成工作电池,其电池可表示为:
Ag,AgCl│HCl(0.1mol/L)│玻璃膜│试液∥KCl(饱和)│Hg2Cl2,Hg
电池电动势在不考虑液体接界电位及不对称电位时,可表示为:
E电池=ESCE-EG
而EG=EAgCl/Ag+K-0.0592pH
∴E电池=ESCE–K-EAgCl/Ag+0.0592pH
令ESCE–K-EAgCl/Ag=K,,则上式为:
E电池=K,+0.0592pH
K,为常数,包括不对称电位,液接电位及内外参比电极电位。
这样通过测定电池的电位即可确定溶液的pH。
本实验测定步骤为:
先用pH已知的标准缓冲溶液定位,使酸度计指示该溶液的pH值。
经过校正定位后的酸度计,即可用来直接测定水样的pH值。
其测定方法可用标准曲线法或标准加入法。
在测试中,pH范围应用pH缓冲液定值在5~8。
对于干扰元素(Al、Fe、Zr、Th、Mg、Ca、Ti及稀土)通常可用柠檬酸,EDTA,DCTA,磺基水扬酸等掩蔽。
阴离子一般不干扰测定。
加入总离子强度调节缓冲剂能控制酸度,掩蔽干扰,调节离子强度。
三、仪器与试剂
1.仪器pHS-4型酸度计;甘汞电极、pH玻璃电极;磁力搅拌器;组织捣碎机。
2.试剂pH标准缓冲溶液。
四、实验操作
1.试样处理:
将皮蛋洗净、去壳。
按皮蛋∶水的比例2∶1加入水,在组织捣碎机中捣成均浆。
2.测定:
称取匀浆样15g(相当于样品10g),加水搅匀,稀释至150ml,用双层纱布过滤,取此滤液50ml放到酸度计上测取读数。
五、数据处理
平均值pH=(pH1+pH2+……)/N
平均偏差σ=∑(pHi–pH)/N
六、问题讨论
1.在测试中为什么强调试液与标准缓冲溶液的温度相同?
2.在pH测定时,用标准缓冲溶液定位的目的是什么?
标准缓冲溶液可否重复使用?
3.怎样开机鉴定酸度计是否正常?
4.在测试中,试液搅拌,不搅拌有何不同?
实验二饮用水中氟含量的测定——工作曲线法
一、目的要求
1.巩固离子选择性电极法的理论知识。
2.了解用氟离子选择性电极测定水中微量氟的原理和方法。
3.了解总离子强度调节缓冲溶液的意义和作用。
4.学会标准曲线法测定水中微量氟离子的方法。
5.练习使用PHS—4型酸度计测量水中的pF值。
二、方法原理
氟是人体必须的微量元素,摄入适量的氟有利于牙齿的健康。
但摄入过量对人体有害,轻者造成斑釉牙,重者造成氟胃症。
测定溶液中的氟离子,一般由氟离子选择性电极作指示电极,饱和甘汞电极作参比电极。
它们与待测液组成电池。
可表示为:
Ag,AgCl│NaF(0.1mol/L),NaCl(0.1mol/L)│LaF3电极膜‖KCl(饱和)│Hg2Cl2,Hg
其电池电动势为:
E电池=ESCE-EF
而EF=EAgCl/Ag+K–
ln
因此E电池=ESCE-EAgCl/Ag–K+
ln
令K,=ESCE-EAgCl/Ag–K可得
E电池=K,+
ln
在25℃时,E电池表示为:
E电池=K,+0.0592lg
=K,-0.0592pF
式中K,为含有内外参比电极电位及不对称电位的常数。
pF为F-浓度的负对数。
这样通过测定电位值,便可得到pF的对应值。
本实验采用工作曲线法:
配制一系列已知浓度的含F-标准溶液,加入总离子强度调节缓冲剂,得相应的E值,作E—pF工作曲线。
未知样品测得E值后,在工作曲线上查出对应的pF,即得分析结果。
当F离子浓度在10-1~10-5mol/L范围内时,氟电极电位与pF成直线关系,可用标准曲线法或标准加入法进行测定。
氟电极只对游离的F-有响应,在酸性溶液中,H+与部分F-形成HF或HF-2,会降低F-的浓度。
在碱性溶液中,LaF3薄膜与OH-发生交换作用而使溶液中F-浓度增加,因此溶液的酸度对测定有影响,电极适宜于测定的pH值范围为5~7。
氟电极的最大优点是选择性好。
除能与F-生成稳定络合物或难溶沉淀的元素(如Al、Fe、Zr、Th、Ca、Mg、Li及稀土元素等)会干扰测定外,103倍以上的Cl-、Br-、HCO3-、NO3-、Ac-、C2O42-等阴离子均不干扰。
加入总离子强度调节缓冲剂,可以起到控制一定的离子强度和酸度,以及掩蔽干扰离子等多种作用。
三、试剂与仪器
1.100μg(微克)/mLF-标准贮备液将分析纯试剂NaF在120℃下烘干两小时,冷却称取0.2210g溶于去离子水中,转入1000mL容量瓶中,稀释至刻度,贮于聚乙烯瓶中。
2.10μg/mLF-标准稀释液吸取贮备液10.00mL于100mL容量瓶中,用去离子水稀释至刻度。
3.总离子强度调节缓冲液于1000mL烧杯中,加入500mL去离子水和57mL冰HAc、58gNaCl、12gNa3C6H5O7·2H2O(柠檬酸钠),搅拌至溶解。
将烧杯放在冷水浴中,缓缓加入6mol/LNaOH溶液,直至pH值在5.0~5.5之间(约125mL,用pH计检查),冷至室温,转入1000mL容量瓶中,用去离子水稀释至刻度。
4.0.1%溴甲酚绿溶液。
5.1mol/LHNO3溶液。
6.2mol/LNaOH溶液。
7.pHS—4型酸度计。
8.pF—1型氟离子选择性电极,232型甘汞电极。
9.电池搅拌器。
四、测定步骤
1.氟电极的准备氟电极使用前,在纯水中浸泡数小时或过夜,或在10-3mol/LNaF溶液中浸泡1~2小时,再用去离子水洗到空白电位。
2.标准曲线法
(1)吸取10ug/mLF-标准稀释液0.00、0.25、0.50、0.75、1.00、2.00、3.00、4.00mL,分别放入六个50mL容量瓶中,加入0.1%溴甲酚绿溶液1滴,加2mol/LNaOH溶液至溶液由黄变蓝,再加1mol/LHNO3溶液至恰变黄色。
加入总离子强度调节缓冲溶液10mL,用去离子水稀释至刻度,摇均,即得F-溶液的标准系列。
(2)将标准系列溶液由低浓度到高浓度依次转入塑料烧杯中,插入氟电极及参比电极,用电磁搅拌器搅拌4分钟后,停止搅拌半分钟,开始读取平衡电位,然后每隔半分钟读一次数,直到3分钟不变为止,并将结果填入下表:
容量瓶编号
0
1
2
3
4
5
c*ug/mL
0.00
0.10
0.20
0.40
0.60
0.80
mv
以氟离子浓度c(ug/mL)为横坐标,相应的mv数为纵坐标在半对数坐标纸上作图,即得标准曲线。
或在普通坐标上,作mv—pF图。
(3)吸取含氟量<5mg(毫克)/L的水样25.00mL(若含量较高,应稀释后再吸取)于50mL容量瓶中,加0.15溴甲酚绿溶液1滴,加2mol/LNaOH溶液至由黄变蓝,再加1mol/LHNO3溶液至由蓝恰变黄色,加入总离子强度调节缓溶液10mL,用去离子水稀释至刻度,摇匀。
在与标准曲线相同的上条件下测定电位,从标准曲线上查出F—浓度Cx(ug/mL)。
五、结果计算
标准曲线法水中氟的含量可由下式计算:
cx×50.00
氟含量(ug/mL)=
25.00
式中cx——从标准曲线上查得水样的氟含量
六、实验的注意事项
(1)电极在使用前应按要求进行活化、清洗,电极敏感膜应保持清洁和完好,切勿沾污或受到机械损伤。
(2)测定时应按溶液从稀至浓的次序进行。
在浓溶液中测定后应立即用去离子水将电极清洗到空白电位值,再测定稀溶液,,否则将严重影响电极寿命和测量准确度(有迟滞效应),电极不宜在浓溶液长时间浸泡,以免影响检出下限。
(3)电极使用后,应清洗至其电位为空白电位值,擦干,按要求保存。
思考题
(1)用氟电极测定F-浓度的原理什么?
(2)用氟电极测得的是F-浓度还是活度?
如果要测定F-的浓度,应该怎么办?
(3)氟电极在使用前应该怎样处理?
达到什么要求?
(4)为什么实验中要加入总离子强度调节缓冲溶液?
(5)在加入总离子强度调节缓冲溶液前,为什么要先加入溴甲酚绿指示剂,并加入NaOH溶液和HNO3溶液?
注释
(1)总离子强度调节缓冲溶液,通常由惰性电解质、金属络合剂(作掩蔽剂)及pH缓冲剂组成。
根据试样的不同情况配加不同的总离子强度调节缓冲溶液,不同的总离子强度调节缓冲溶液掩蔽干扰离子的效果不同,而且影响电极的灵敏度。
(2)氟电极的空白电位,即电极在不含F-的去离子水中的电位。
(3)如果水样含氟很低,可用更稀NaF标准溶液配制标准系列,绘制标准曲线。
(4)如果测定的是自来水,则不必加指示剂和进行调节pH值,直接就可以加入总离子强度调节缓冲溶液。
(5)电位平衡时间随F-浓度减小而延长。
在同一数量级内测定水样,一般在几分钟内可达到平衡。
在测定中,待平衡电位在3分钟内无明显变化即可。
达到平衡电位所需时间与电极状况、溶液温度等有关。
实验三氟电极测定食品中氟(标准加入法)
一、实验目的
同实验二
二、实验原理
氟对人体的影响在实验二中已介绍,由于氟是自然界分布较为广泛的元素之一,对我们所摄用的各类食品均有一定的污染,污染的主要来源是工业三废的排放,含氟农药的使用,以及食品烘干、加工、储藏过程中氟的引入等。
食品中氟的允许量如下表:
粮食≤1.0mg/Kg
豆类≤1.0mg/Kg
蔬菜≤1.0mg/Kg
水果≤1.0mg/Kg
肉类、鱼类≤2.0mg/Kg
蛋类≤1.0mg/Kg
本测定方法适用于粮食、蔬菜、水果、豆类及其制品。
由饱和甘汞电极和氟离子选择性电极与待测液组成电池,其电位测定原理同实验二。
本实验采用标准加入法测定食品中的氟。
先用待测液测定电位得E1,设:
S为电极斜率,ax为未知溶液的活度,Vx为体积,则电位与活度间关系为:
E1=Kˊ+Slgax
然后向待测液中加入活度为as的标准溶液Vx(ml),测得E2,(Vs《Vx)
则E2=K2ˊ+Slg(asVs+axVX)/(VX+VS)
同一电极Kˊ=K2ˊ,这样两次测量电位差
△E=E2–E1=Slg
又VS《VX,
则VX+VS=VX
整理得:
(10△E/S-1)-1
离子强度保持一致,上式可写为:
Cs*VS
Vx
Cx=(10△E/S-1)-1
这里CX为未知样浓度,Cs标准液浓度,Vx、Vs分别为未知液和标准液加入体积,△E为两次测量电位差,S电极斜率。
通过测定△E和S值,控制Vx、Vs、Cx即可求出未知液Cx.
三、仪器与试剂
1、仪器
pHS—4型酸度计;氟电极;饱和甘汞电极;电磁搅拌器。
2、试剂
精确称0.5220经100℃干燥4h的氟化钠(A、R级),溶于水,并移入25ml容量瓶中,稀释至刻度,此液含氟量为50ug*ml-1,作为标准添加试液。
其它溶液的配制同实验二。
四、实验操作
1、试样处理。
称取2.00g经粉碎并通过40目筛的食品样品,置于50ml容量瓶中,加10mL1mol/L盐酸,密闭浸泡1h(不时轻轻摇动),应尽量避免样品粘于瓶壁上。
提取后加25mL总离子强度调节剂,加水稀释至刻度、混均备用。
2、操作。
取上述试样置于100ml聚乙烯塑料杯中,将氟电极与饱和甘汞电极插入试液中,启动搅拌器搅拌10~30min,于静态读取毫伏数E1,然后在试样杯中加入0.5ml氟标准添加液,搅拌10min后测得毫伏数为E2。
3、测定氟是注意事项。
3.1使用氟电极应使电极在蒸馏水或10-3mol/L以下NaF溶液中浸泡1小时以上,使其在纯水中的空白电位值在-340mv左右。
3.2氟电极允许使用的pH值范围为5~9。
适宜于pH5~7,这一点请在测试中注意。
3.3试液中Al3+对测定F—有严重干扰,钙、镁、铁、硅等有一定的干扰。
五、结果处理
A3*1000
m3*1000
X=
CsVs
Vx
A3=(10△E/S-1)-1
X=样品中含F量mg/kg
A3=测定时F含量ug
M3=样品质量g
Cs=F标准添加液浓度(50ug/ml);
Vs=F标准添加液体积(0.5ml);
Vx=试样体积(50ml);
△E=E2-E1;S=59mv.
六、问题讨论
1.为什么F—选择性电极在使用前需浸泡?
2.使用F—电极时pH<5和pH>9时会出现什么情况。
3.总离子强度缓冲剂中的柠檬酸钠是起什么作用的。
4.F—电极在使用前强调其在纯水中的电位值为-340mV左右是什么意思?
实验四电位滴定
一、实验内容:
以KMnO4溶液滴定Fe2+溶液。
二、实验目的:
熟悉电位滴定法的操作。
三、仪器及药品
pHS—4型酸度计微量定滴管
216型铂电极100ml量筒
217型带盐桥套管的甘汞电极0.02mol/LKMnO4标准溶液
电磁搅拌器0.01mol/LFeSO4待测液
移液管25ml10%的H2SO4
四、操作过程
1、准确吸取25毫升FeSO4待测液于250ml烧杯中,以10%H2SO4稀释至100毫升。
2、铂电极预处理,将铂电极浸在热的浓硝酸中数分钟,然后蒸馏水冲洗干净,给甘汞电极的盐桥管里充注饱和KCl溶液。
3、电位计,采用pHS—4型酸度计。
当仪器的“pH—MV”开关指在+MV档时,pHS—4型酸度计就成为一台高输入阻抗的毫伏计。
4、插入电极时,甘汞电极接入玻璃电极插孔,铂电极接入接线柱上。
5、开始搅拌,按下读数开关,读出指示值。
6、加入KMnO41.00毫升,测电动势,记录。
如此连续操作。
7、当电动势变化较大时,改为每加0.10ml滴定剂读一次电位值。
五、计算
1、运用二阶微商法求出终点体积。
2、计算待测液的溶度。
六、讨论
1、写出滴定反应的方程式,铂电极是否参与反应?
此时铂电极属于哪种类型的电极
2、通过实验操作,你体会电位滴定法有哪些特点?
(与指示剂法比较)。
实验五库仑滴定测定VC片中VC的含量
一、实验目的
1、学习和掌握库仑滴定法的基本原理。
2、学习库仑滴定仪的使用和滴定操作。
3、学会用库仑滴定法测定VC的方法。
二、实验原理
库仑滴定法是建立在控制电流电解法基础上的一种准确而灵敏的分
析方法,常用于微量组分及痕量组分的物质测定。
与待测物质起定量反应的“滴定剂”是由辅助电解质在工作电极上发生电极反应而产生的,其滴定终点借指示剂或电化学方法指示。
根据滴定终点时所耗电量,由法拉第电解定律计算出产生“滴定剂”的量,从而计算出被测物质的量。
本实验是恒电流库仑滴定法是以强度一定的电流通过电解池,通过阳极电极反应电解电解液中的KI,产生滴定剂I2,I2与被测样品中Vc发生定量化学反应,用双指示电极电流法确定滴定终点。
当被测物质作用完后,指示灯亮,记录滴定终点时电解所消耗的电量,根据法拉第定律计算Vc含量。
W=QM/nF
M:
Vc分子量(176.13),Q:
消耗电量mQ,n:
电子数(2.00),
F:
法拉第常数(96485C/mol),W:
样品中Vc质量mg。
库仑法:
滴定过程的反应可表示为:
阳极反应:
2I--2e=I2阴极反应:
I2+2e=2I-
化学反应:
抗坏血酸+I2=脱氢抗坏血酸+2I-+2H+
三、仪器与试剂
仪器
KTL-1型通用库仑仪(江苏电分析有限公司),
GSP-805型圆盘搅拌器(江苏电分析仪器电子设备分厂)
试剂配制
1、1mol/L碘化钾溶液的配制:
称取83.005克碘化钾定容于500ml容量瓶中。
2、样品准备
取VC10片,研成粉末,混匀。
精密1.0g置500mL容量瓶中,加冰醋酸溶液5mL,用水稀释至刻毒,超声溶解,过滤,滤液作样品溶液。
四、实验操作
1、预电解:
在电解池中加入5ml1mol/L碘化钾,加少量(一滴)VC溶液和45ml去离子水,混匀后作电解液,开动搅拌,选择电流10mA并调节仪器的终点指示为:
电流上档,按下启动和电解键,此时终点指示灯灭,按下工作键开始电解。
滴定终点时指示灯亮,此时电解池中的还原物质通过预电解除去。
2、样品中VC含量的测定:
在预电解后的电解池中准确加入2.00ml样品溶液,开动搅拌机,按
下工作键进行恒定电流电解,滴定终点时指示灯亮,记录电解消耗的电量,通过法拉第定律计算。
五、结果处理
根据法拉第定律计算Vc含量。
W=QM/nF
M:
Vc分子量(176.13),Q:
消耗电量mQ,n:
电子数(2.00),
F:
法拉第常数(96485C/mol),W:
样品中Vc质量mg。
七、问题讨论
1、双铂片电极为何能指示滴定终点?
2、讨论本实验可能产生的误差来源及其预防措施。
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