实验七、pH计的使用及溶液pH的测定

一、实验目的

1、熟悉pH计的构造及测定原理。

2、掌握用pH计测定溶液pH的步骤。

二、实验原理

1、pH电极的构造：

2、玻璃电极使用前，必须在水溶液中浸泡，使之生成一个三层结构，即中间的干玻璃层和两边的水化硅胶层。浸泡后的玻璃膜示意图：

（1）水化硅胶层具有界面，构成单独的一相，厚度一般为0.01~10 µm。在水化层，玻璃上的Na⁺与H⁺发生离子交换而产生相界电位，也即道南电位。

（2）水化层表面可视作阳离子交换剂。溶液中H⁺经水化层扩散至干玻璃层，干玻璃层的阳离子向外扩散以补偿溶出的离子，离子的相对移动产生扩散电位。两者之和构成膜电位。

（3）将浸泡后的玻璃电极放入待测溶液，水合硅胶层表面与溶液中的H⁺活度不同，形成活度差，H⁺由活度大的一方向活度小的一方迁移，平衡时：

H⁺（_溶液）=H⁺（_硅胶）

E_内=k₁+0.059lg（a₂/a₂'）

E_外=k₂+0.059lg（a₁/a₁'）

a₁、a₂分别表示外部试液和电极内参比溶液的H⁺活度；a₁'、a₂'分别表示玻璃膜外、内水合硅胶层表面的H⁺活度；k₁、k₂则是由玻璃膜外、内表面性质决定的常数。

（4）由于玻璃膜内、外表面的性质基本相同，则k₁=k_2，a₁'=a₂'

E_膜=E_外-E_内=0.059lg（a₁/a₂）

（5）由于内参比溶液中的H⁺活度（a₂）是固定的，则：

E_膜=K' +0.059lga₁=K' -0.059pH_(试液)

3、用电位法测定溶液的pH值时，E_（电池） = K + 0.059 pH。由于K是无法测量的，我们可以利用在相同条件下测pH值与之相近的标准缓冲溶液E_s = K + 0.059 pH，通过两式来消除K，从而求得pH_x = pH_s +（E_s-E_x）/0.0592 V

水质监测是水质分析的常规项目。本实验通过监测昆明湖水、自来水等不同水质的pH值，学习pH计的使用及其样品处理，水质评价。

三、实验仪器及试剂

仪器：pHS-3C⁺酸度计。

试剂：标准溶液（混合磷酸盐pH = 6.86、邻苯二酸氢钾pH = 4.00、硼砂pH = 9.18），未知液1、2和湖水。

四、实验步骤

1、打开电源，按“pH/mV”，进入pH测定状态，按“温度”按钮，使显示溶液温度值，然后按“确认”键，仪器确定溶液温度后回到pH测量状态。

2、用超纯水清洗酸度计电极，并用滤纸将水吸干。

3、校准pH计（三点法）：将电极插入到pH = 6.86的缓冲溶液中，待读数稳定后按“定位”键，（pH指示灯慢闪烁，表明仪器在定位标定状态），调节读数为该溶液当时温度下的pH值，然后按“确认”键，仪器进入pH测定状态，pH指示灯停止闪烁。然后再依次用pH = 4.00和pH = 9.18的缓冲液进行校正。

4、清洗电极，将电极插入未知液中测量其pH值，每组平行测量三次。

5、样品处理测定

将电极浸入水样中，搅拌溶液，测量其pH值，每组平行测量三次。

6、测量完毕，清洗电极，将电极插入到饱和KCl溶液中保护，关闭电源。

五、实验数据记录及处理

分别在室温及T=25℃时测定

六、实验注意事项

1、用搅拌磁子搅拌。

2、建议使用温度补偿探头进行温度补偿。

3、选择与样品pH值接近的缓冲液校准仪器。

4、pH电极不用时浸泡在饱和KCl溶液中。

5、用于校准仪器的标准液用完回收，不能丢弃。

七、思考题

1. 当温度高于或低于25℃时，会对pH测量产生何种影响？

2. 对湖水等复杂水样测量时存在的响应时间较慢的现象，试分析可能的原因？

附表：(自行查阅)

不同温度下标准缓冲溶液的温度和pH关系曲线图。

标准缓冲溶液的配置及常见的标准缓冲溶液

试根据实验感受，查阅资料设计湖水等复杂水样的前处理方法