pH工作原理_中小学试题|家庭教育题库|辅导习题「中国戏曲学院附属中等戏曲学校」




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pH工作原理

中小学试题|家庭教育题库|辅导习题「中国戏曲学院附属中等戏曲学校」来源: https://www.gxfz.org 2019-12-13 16:47高中 376 ℃
去离子水ph
酸度计简称pH计,pH酸度计是一种电化学分析仪器,主要用来分析水溶液的pH值。广泛应用于工农业生产、环境保护、食品分析、医药、科学实验等研究领域中。以pH值表示的酸度是一个重要的物化特性参数。主要用于测定各种溶液的酸碱度(pH)值和测量电极(mV)值。
pH酸度计由电极和电计两部分组成,常见的种类主要有台式酸度计、工业在线酸度计PH计、便携式PH计,笔式酸度计三大类别。
pH测量的基本原理
pH测量实际上是测量一个原电池的平衡电动势E,原电池可以自发地把化学能转
变为电能。与之相反的是电解池,把电能转化为化学能。
 
ZnSO4                  CuSO4                
两个电极插在电解质溶液中,就构成原电池。
如图,Zn 电极和Cu电极分别插入ZnSO4溶液和CuSO4溶液中,就构成丹尼尔电池。
当一个对氢离子可逆的指示电极和一个参比电极同时放入同一种溶液中,就产生一个电动势,其大小与溶液的氢离子活度有关,而与其它离子的存在关系很小,因此通过对电池电动势的测定,可以确定溶液的酸度。

对氢离子可逆的电极,其电极电位与氢离子的活度的关系符合Nernst方程。
有关概念
溶液:是一种物质(即溶质)以分子或比分子更小的质点均匀地分散于另一种物质(即溶剂)中,所得到的稳定体系。

电解质溶液:通常把酸、碱、盐在溶液中能电离成离子,且能为电流所分解,其溶液具有导电性的物质所形成的溶液,称为电解质溶液。
浓度:     在一定溶液或溶剂中所含溶质的量叫做溶液的浓度。
活度:     溶液在化学反应过程中所表现出来的“有效浓度”,一般用符号“a”表示,
它与浓度的关系是:a = rm ,  r”称为活度系数。
对于弱电解质溶液,当溶液无限稀释时,a = m 。

pH的定义:  pH的定义是氢离子活度的负对数,即pH = -log aH, pH值就是溶液的酸度标度。在25℃时,如pH=7,则溶液呈中性,pH﹤7则溶液呈酸性;pH﹥7则溶液呈碱性。一般水溶液的pH值变化范围是0~14。
pH标度:    按照一定的方法测定出的几种标准缓冲溶液的pHs 值作为pH测量的基准点即为pH标度。

缓冲溶液:  当向某溶液中加入强酸或强碱时,其pH值不发生变化或变化很小,也就是说此溶液本身对pH值有一定的调节作用,这种溶液称为缓冲溶液。
通常缓冲溶液是由弱酸及其盐或弱碱及其盐的混合物组成的。
缓冲容量:  使某缓冲溶液的pH值改变一个单位,在一升该溶液中需要加入强酸或强碱的量叫缓冲容量。
稀释值:  用等体积的纯水来稀释一定浓度的缓冲溶液时所引起的pH变化叫做稀释值。
温度系数:  温度变化1℃所引起的某缓冲溶液pH值的变化称为该溶液的温度系数。
液接界电势:在两种溶液接界处,由于离子扩散速度不同而产生的电势。
液接界电势的大小与溶液的pH值有关,还与溶液的离子强度有关。液接界电势的稳定性则与所采用的液接界形式有关。
零电势(等电势):当玻璃电极与参比电极组成pH测量电池时,在玻璃电极的使用范围内,电池电动势与溶液pH值成线性关系。在pH=7时,电动势为零。

pH测量电动势为零时的溶液pH值,称为玻璃电极的零电势pH值。零电势pH值又叫等电势点,取决于内参比溶液的pH值。

写出pH的实用定义并简述其意义:
pHx = pHs +(Ex-Es)/2.3026RT/F
pHx —— 待测液的pH值;
pHs —— 标准缓冲溶液的pH值;
Ex —— 待测液放入电池后测的的电动势;
Es  —— 标准缓冲溶液放入电池后测的的电动势;
R —— 气体常数(8.31439焦耳/摩尔和℃);
T —— 绝对温度(例:20℃=273+293开尔文);
F  —— 法拉弟常数(96493库化/当量)。
(Ex-Es)/(pHx - pHs)= 2.3026RT/F
令K= 2.3026RT/F 称为对氢离子可逆的电极的理论电化转换系数,也叫玻璃电极的理论斜率。它表示溶液的pH值每改变一个单位时,电动势的改变量。K是温度的函数。

上式说明pH值与电动势的关系与温度有关。

问题:选作pH标准的缓冲溶液必须符合哪些要求。

答:选作pH标准的缓冲溶液必须符合:


1、 它的pH值必须预先可以做到准确测定;


2、 必须具有缓冲容量大,稀释值和温度系数小的特点;
溶液的   

3、  制备要简单。
pH缓冲液配置:

1、 厂家配套的缓冲试剂:使用成套的pH缓冲试剂可配制250ml,配制溶液时,应使用去离子水或二次蒸馏水,并预先煮沸15~30分钟,以除去溶解的二氧化碳,冷却后,剪开塑料袋将试剂倒入烧杯中,用适量去离子水使之溶解,并冲洗包装袋,再倒入250ml容量瓶中,稀释至刻度,充分摇匀即可。



2、自行配置称量:pH值在25℃时。
配置方法:pH4.00,邻苯二甲酸氢钾溶液:
精密称取在(115±50℃下烘干(2~3)小时的邻苯二甲酸氢钾[KHC8H4O4]10.12g,溶于蒸馏水中,在容量瓶中稀释至1000ml。

pH6.86,磷酸氢二钠和磷酸氢二钾混合盐溶液:
分别称取在(115±5)℃干燥(2~3)小时的磷酸氢二钠3.533g与磷酸二氢钾3.387g,溶于蒸馏水中,在容量瓶中稀释至1000ml。(注意:配置溶液用的蒸馏水 应预先煮沸(15~30)min或通入惰性气体,以出去溶解的二氧化碳)。 
pH7.
00:磷酸氢二钠和磷酸氢二钾混合盐溶液:
精密称取在(115±5)℃燥干(2~3)小时的磷酸氢二钠4.303g与磷酸二氢钾1.179g,溶于蒸馏水中,在容量瓶中稀释至1000ml。
 
pH9.18,  硼砂溶液:
精密称取硼砂[Na2B4O7·10H2O]3.80g(注意:不能烘),溶于蒸馏水中,在容量瓶中稀释至1000ml。 
pH9.18硼砂溶液应置聚乙烯塑料瓶中密封保存,避免与空气中二氧化碳接触。
缓冲溶液一般存放于冰箱中4℃保存(2~3)个月,但发现有浑浊、发霉或沉淀等现象时,不能继续使用。

pH计电极使用注意事项:
使用玻璃电极应注意事项:


1、使用前在蒸馏水中或KCI溶液中充分浸泡(至少浸泡24h后使用);


2、使用前仔细检查有无裂纹、微孔等现象;


3、玻璃球泡溶液不应浑浊、有气泡;


4、 在粘稠性试样中测试之后,电极必须用去离子水反复冲洗多次,以除去粘附在玻璃膜上的试样。有时还需先用其他溶液洗去试样,再用水洗去溶剂,浸入浸泡液中活化。



5、避免接触强酸强碱或腐蚀性溶液,如果测试此类溶液,应尽量减少浸入时间,用后仔细清洗干净。


6、避免在无水乙醇、重铬酸钾、浓硫酸等脱水性介质中使用,它们会损坏球泡表面的水合凝胶。
甘汞电极使用时应注意:


1、 使用与运输过程中防止剧烈振动,以免扰乱甘汞电极各项的界面而破坏电极的反应平衡。


2、 一般不宜于在80℃以上作长期的使用。



3、 甘汞电极电位的温度滞后性较大,在使用过程中勿使温度有显著变动。


4、 甘汞电极下端KCl液的流速以5~10分钟一滴为宜。


5、 KCl溶液应装至电极管2/3。

电极为什么需要浸泡。pH电极使用前必须浸泡,因为pH球泡是一种特殊的玻璃膜,在玻璃膜表面有一很薄的水合凝胶层,它只有在充分湿润的条件下才能与溶液中的H+离子有良好的响应。同时,玻璃电极经过浸泡,可以使不对称电势大大下降并趋向稳定。
pH玻璃电极一般可以用蒸馏水或pH4缓冲溶液浸泡。通常使用pH4缓冲液更好一些,浸泡时间8小时至24小时或更长,根据球泡玻璃膜厚度、电极老化程度而不同。
pH复合电极:就必须浸泡在含KCL缓冲溶液中,这样才能对玻璃球泡和液接界同时起作用。
这里要特别提醒注意,因为过去人们使用单支的pH玻璃电极已习惯于用去离子水浸泡,后来使用pH复合电极时依然采用这样的浸泡方法,这种错误的浸泡方法引起的直接后果就是使一支性能良好的pH复合电极变成一支响应慢、精度差的电极,而且浸泡时间越长性能越差,因为经过长时间的浸泡,液接界内部例如砂芯内部的KCL浓度已大大降低了,使液接界电势增大和不稳定。当然,只要在正确的浸泡溶液中重新浸泡数小时,电极还是会复原的;pH复合电极头部装有一个密封的塑料小瓶,内装电极浸泡液,电极头长期浸泡其中,使用时拔出洗净就可以,非常方便。
这种保存方法不仅方便,而且对延长电极寿命也是非常有利的,只是塑料小瓶中的浸泡液不要受污染,要注意更换。
pH复合电极插入被测溶液后,要搅拌晃动几下再静止放置,这样会加快电极的响应。
其次,在校准前应特别注意待测溶液的温度。以便正确选择标准缓冲液,并调节电计面板上的温度补偿旋钮,使其与待测溶液的温度一致。不同的温度下,标准缓冲溶液的pH值是不一样的。校准工作结束后,对稳定的pH计一般在24小时内仪器不需再次定标。如遇到下列情况之一,仪器则需要重新标定:


1、溶液温度与定标温度有较大的差异时.


2、电极在空气中暴露过久,如半小时以上时.


3、定位或斜率调节器被误动;


4、测量过酸(pH<2)或过碱(pH>12)的溶液后;


5、换过电极后;


6、当所测溶液的pH值不在两点定标时所选溶液的中间,且距7pH又较远时。


校准时应注意:


1、标准缓冲溶液温度尽量与被测溶液温度接近。


2、定位标准缓冲溶液应尽量接近被测溶液的pH值。
或两点标定时,应尽量使被测溶
液的pH值在两个标准缓冲溶液的区间内。


3、校准后,应将浸入标准缓冲溶液的电极用水特别冲洗,因为缓冲溶液的缓冲作用,。

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