离子选择电位法测量自然水中的钠离子讲义

一、 实验目的

1、 掌握电位法的基本原理。

2、 学会使用离子选择电极的测量方法和数据处理方法。

二、 方法原理

当钠离子选择性电极pNa电极与甘汞电极与参比电极同时浸入溶液后，即组成测量电池对。其中pNa电极的电位随溶液中钠离子的活度而改变。用一台高阻抗输入的毫伏计测量，即可获得与水样中钠离子活度相对应的电极电位，以pNa值表示：

pNa=-logaNa+ ⑴

RTlgnFpNa电极的电位与溶液中钠离子活度的关系符合能斯特公式 E=E0+2.3026

式中E——pNa电极所产生的电位V； aNa+ ⑵

E0——当钠离子活度为1mol/L时，pNa电极所产生的电位V；

R——气体常数，8.314J·K-1·mol-1;

T——热力学温度，K；

F——法拉第常数，9.649×10C·mol-1；

n——参加反应的得失电子数； 4

aNa+——溶液中钠离子的活度，mol/L。

当溶液中钠离子浓度小于10 mol/L时，钠离子活度近似等于浓度，离子活度系数Υ≈1，当钠离子浓度大于10mol/L时，离子活度Υ≠1，在测定中要注意活度系数的修正，为此水样应预先稀释，否则误差较大。

-3-3

当测定溶液的aNa+＜10mol/L，被测溶液和定位溶液的温度为20℃时，则式⑵可简化

为：

0.058log-3c′

Na+

cNa+=ΔE ⑶

0.058（pNa-pNa′）=ΔE ⑷

或 pNa= pNa′+

——标准溶液的钠离子浓度，mol/L； c′

Na+∆E 0.058 ⑸ 式中ΔE——标准溶液的电位与样品溶液电位之差，V；

cNa+——样品溶液的钠离子浓度，mol/L；

pNa′——标准溶液中钠离子浓度所对应的pNa值；

pNa——样品溶液钠离子浓度所对应的pNa值。

为了减少温度的影响，定位溶液温度和水样温度相差不宜超过±5℃。氢离子和钾离子对测定水样中钠离子浓度有干扰，前者可以通过加入碱化剂，使被测溶液的pH大于10来消除，后者必须严格控制Na：K至少为10:1。 ++

三、试剂

1、氯化钠标准溶液的配制：

1.1 pNa2标准贮备液（10mol/L） 精确称取1.1690g经250 ~350℃烘干1 ~2h的氯化钠（NaCl）基准试剂（或优级纯）溶于1级试剂水中，然后转入2L的容量瓶中并稀释至刻度，摇匀。

1.2 pNa4标准溶液（10 mol/L） 相当于2.3mgNa/L。配制时取pNa2贮备液，用 1级试剂水准确稀释至100倍。

-4+-2

1.3 pNa5标准溶液（10mol/L） 相当于230μgNa/L。取pNa4标准溶液，用1级级试剂水准确稀释至10倍。

1.4碱化剂：氢氧化钡溶液 -5+

四、仪器

离子计或性能类似的其他表计。仪器精度应达±0.01 pNa，具有斜率校正功能。

4.1钠离子选择电极（钠功能玻璃电极）

电极长时间不用，以干放为宜，干放前应用1级试剂水清洗干净。当电极定位时间过长，测定时反应迟钝，线性变差都是电极衰老或变坏的表现，应更换新电极。当使用无斜率标准功能的钠度计时，要求pNa电极的实际斜率不低于理论斜率的98%，新的久置不用的pNa电极，应用沾有四氯化碳或乙醚的棉花擦净电极的头部，然后用水清洗，浸泡在3%的盐酸溶液中5-10min用棉花擦洗再用1级试剂水洗干净。并将电极浸在碱化后的pNa4标准液中1h后使用。电极导线有机玻璃引出部分切勿受潮。

4.2甘汞电极

甘汞电极用完后应浸泡在与内充液浓度相同的氯化钾溶液中，不能长时间浸泡在纯水中。长期不用时应干放保存，并套上专用的橡皮套，防止变干而损坏电极，重新使用前，先在与内充液浓度相同的氯化钾溶液浸泡数小时。测定中如果发现读数不稳，可检查甘汞电极的接线是否牢固，接触不良现象，陶瓷塞是否破裂或堵塞，有以上现象的可更换电极。

4.3试剂瓶（聚乙烯塑料制品）

所用试剂瓶以及取样瓶都应用聚乙烯塑料制品，塑料容器用洗涤剂清洗。后用1:1的热盐酸浸泡半天，然后用1级试剂水冲洗干净后才能使用。各取样及定位用塑料容器都应专用，不宜更换不同浓度的定位溶液或互相混淆。

五、实验步骤

5.1仪器开启半小时后，进行校正。

5.2向分析中需使用的pNa4、pNa5标准溶液，1级试剂水和水样中滴加氢氧化钡溶液，进行碱化，调整pH大于10。

5.3以pNa4标准溶液定位，将碱化后的标准溶液摇匀。冲洗电极杯数次，将pNa电极和甘汞电极同时浸入该标准溶液进行定位。定位应重复核对1 ~2次。直至重复定位误差不超过pNa±0.02，然后以碱化后的pNa5标准溶液中冲洗电极和电极杯数次，再将pNa电极和甘汞电极同时浸入pNa5标准溶液中，待仪器稳定后旋动斜率校正旋钮，使仪器指示为pNa5±0.02~0.03，则说明仪器及电极均正常，可进行水样测定。

5.4水样测定

碱化后的1级试剂水冲洗电极和电极杯，使pNa计的读数在pNa6.5以上。再以被测水样冲洗电极和电极杯2次以上。最后重新取碱化后的被测水样。摇匀，将电极浸入被测水样中，摇匀，掀下仪表读数开关，待仪表指示稳定后，记录读数。若水样钠离子浓度大于10 3mol/L，则用1级试剂水稀释后滴加氢氧化钡溶液使pH大于10，然后进行测定。

六、注意事项

6.1经常使用的pNa电极。在测定完毕后应将电极放在碱化后的pNa4标准溶液中备用。

6.2不用的pNa电极以干放为宜，但在干放前应以1级试剂水清洗干净，以防溶液浸蚀敏感薄膜。电极一般不宜放置过久。

6.3甘汞电极在测试完毕后，应浸泡在相同浓度氯化钾溶液中，不能长时间的浸泡在水中，以防盐桥微孔中氯化钾被稀释，对测定结果有影响。