氯离子选择性电极性能的测试及自来水中氟含量的测定
实验八氯离子选择性电极性能的测试及自来水中氟含量的
测定
【教学目标】
1. 通过对氯离子选择性电极性能的测试及自来水中氟含量的测定实验，学生掌握离子选择项电极测定电位选择性系数的原理、方法以及操作技术，并学会利用该方法建立标准曲线去测定自来水中的氟离子含量。
2. 通过该实验，学生初步掌握离子选择性电极的测定原理、使用注意事项以及主要特征，并且学会从实验仪器了解实验相关原理及相关化学知识的方法。
3. 拓展学生对电化学应用的了解，并激发学生对电化学知识学习的兴趣。
【实验原理与技术】
离子选择性电极是一种电化学传感器，它对特定的离子有电位响应。但任何一支离子选择性电极不可能只对溶液中的某特定离子有响应，对其他某些离子也会有响应，若把氯离子选择性电极侵入含有Br-溶液时，也会产生膜电位。当Cl-和Br-共存于溶液中时，由于Br-存在必然会对Cl-的测定产生干扰。为了表明共存离子对电位的“贡献”，可用一个扩展的能斯特公式描述：EK2.303RT/blg(aiKijan)jnF式中：i为被测离子；j为干扰离子；n和b分别为被测离子和干扰离子的电荷数；Kij为电位选择系数。从上式可以看出，电位选择系数愈小，电极对被测离子的选择性愈好。
测定Kij的方法可以用分别溶液法和混合溶液法，本实验采用混合溶液法测定Kij。混合溶液法是i、j离子共存于溶液中，实验中配制一系列含有固定活度的干扰离子和不同活度的被测离子的标准溶液，分别测量电位值，绘成曲线，如图所示。
曲线中的斜线部分（ai>aj）的能斯
特方程为：
E1K12.303RTlga1nF
在曲线的水平部分（aj>ai），电极
对i离子的响应可以忽略，电位值
完全由j离子决定，则：
E2K22.303RT/blgKijan
jnF
/bKijai/an
j假定K1=K2，在两直线的交点处E1=E2，可以得出下述公式：
因此可以求得Kij值，这一方法也称为固定干扰法，本实验以Br-为干扰离子，测定氯离子选择性电极的电位选择系数KCl-,Br。
【实验用品】
1、仪器
pHS-3D型酸度计；电磁搅拌器；217型饱和甘汞电极；PCl-1型氯离子选择性电极；容量瓶；移液管。
2、试剂 (试剂均为分析纯)
0.100 mol/L NaCl标准溶液；0.010 mol/L NaBr标准溶液；1.0 mol/L KNO3溶液pH值约2.5左右；饱和KCl溶液。
【实验操作步骤】
1、仪器的准备
按酸度计操作步骤调试仪器，选择mV键，检查232型甘汞电极是否充满KCl溶液，若未充满，应补充饱和KCl溶液，并用皮筋将套管连接在甘汞电极上。
2、离子选择性电极的准备
接通电源，预热20 min，校正仪器，调仪器零点。氟电极接仪器负接线柱，饱和甘汞电极接仪器正接线柱。将电极插入蒸馏水中，测定之前，需用去离子水洗电极洗至空白电位。
3、标准溶液配制
准确吸取适量的Cl-标准溶液于50 mL容量瓶中以配制0.0001，0.001，0.005，0.01及0. 01 mol/L的一系列溶液，各加入5.00 mL0.01 mol/L的Br-标准溶液和15 mL 1.0 mol/L KNO3溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀。
4、电位测定
将准备好的五个溶液转移到玻璃烧杯中，由低浓度到高浓度分别测定电位值，准确记录实验数据。
【数据处理】
以电位值E为纵坐标，lgaCl为横坐标，作图。延长曲线中两段直线
部分，得一交点，根据公式计算氯离子选择性电极对溴离子的电位选择性系数。
【注意事项】
1. 学生做实验时，提醒学生氯离子与氟离子的测定均需遵从从低浓度到高浓度的原则。其原因为，先测定高浓度，若电极未清洗干净，残留在电极表面的高浓度的待测离子会影响接下来低浓度的待测离子的测定。而由低到高测定，低浓度待测离子对高浓度待测离子的影响可以忽略。
2. 检测实验结果是否可靠要通过标准曲线的斜率进行检验。由Nerst方程可知。标准曲线的斜率应为55.2mV。若斜率相差太多，则实验结果不可靠。须回顾实验过程中是否出现操作失误，溶液配错，数据记录错误等问题。
3. 提醒学生测定前，记得对相关电极进行活化，以免影响实验结果。构建盐桥时，相关溶液均需要为饱和溶液，且溶液中有未溶解的盐存在。
【教学建议】
1. 注意相关知识点的导入。例如：AgBr的溶度积小于AgCl，因此Br-会影响Cl-的测定，从而导入选择性系数这个概念。以及离子选择性电极得基本原理就是Nerst方程，是最经典的电化学的应用。
2. 在相关知识点讲解时可以进行适当的拓展。提醒学生该处涉及电化学相关知识点，但点到即止，不要进行深入。
3. 在介绍离子选择性电极时，可是适当补充课外知识。如：相关的膜材料以及离子选择性电极的发展。从我国没有氟离子选择性电极说起，介绍离子选择性电极在我国的发展历史，以及相关名人。例如：湖南大学俞汝勤院士。