(1)參比電極 最常用的參比電極為飽和甘汞電極,其原理與氯化銀電極相同,電極電位決定于飽和氯化鉀的濃度。電極是由兩個(gè)玻璃套管組成,在一端封入鉑鉑絲的內(nèi)套管中裝入汞和氯化亞亞汞混合糊狀物,并用浸有飽和氯化鉀溶液的脫脂棉塞緊。外管一端用微孔玻璃柱封住,內(nèi)裝飽和氯化鉀溶液。內(nèi)管是倒插入外管內(nèi)的,其電極電位為
E=E0Hg2C12/Hg - 0005911og(Cl-)
在不同溫度(t)其值為
E=0.2445-7.6×10 -4(t-25)伏
(2)pH值指示電極
A.氫電極 當(dāng)將一種貴金屬屬(如如鉑片)插入被測(cè)溶液中,并不斷使氫氣沖打鉑片,這時(shí)此金屬就具有金屬氫電極的性質(zhì)(圖64)。
圖中(a)所示形狀適宜在氫氣中進(jìn)行測(cè)量;(b)常用于電位滴定;(c)型較好,在滴定中可防止空氣中氧進(jìn)入。
在氫電極上的反應(yīng)為:1/2H2<=>H++e
氫電極的電位與(H+)的關(guān)系為:
EH=0.0591log[H+]
或 PH=-EH/0.0591
若以甘汞電極為參考電極,溶液的pH值與電極電位的關(guān)系式為:
pH=Es-0.2438+0.00065(t-25)/0.0591+0.0002(t-25)
氫電極安裝復(fù)雜,影響它的因素也多。除作研究工作外,一般很少采用.
B.氫醌電極氫醌電極用于測(cè)定中性或酸性溶液的pH值,應(yīng)用簡(jiǎn)單方便。它屬于氧化還原電極,由對(duì)苯二酚和醌等克分子組成:
E=常數(shù)+0.0591/2 log aQ/aHQ-0.0591pH(25℃)
式中aQ和aHQ分別代表醌和對(duì)苯二酚的活度當(dāng)溶液中其它鹽類含量不大時(shí),醌和對(duì)苯二酚的活度系數(shù)相等,由于氫配在溶液中產(chǎn)生等分子量的配和對(duì)苯二酚,所以aQ等于aHQ
因而 E=E0-0.0591pH(25°)
由此可知,氫醌電極的電位隨溶液的pH值而改變,與氫電極完全相同。上式中E6為一常數(shù),是氫電極與氫醌電極插入同一溶液內(nèi)所組成電池的電動(dòng)勢(shì),它與溶液pH值無(wú)關(guān)。當(dāng)離子強(qiáng)度極小時(shí),E0=0.6994伏(25℃)在標(biāo)準(zhǔn)酸混合液(HC1為0.01N,KC1為0.09N)中,E0為0.6992伏特。離離子強(qiáng)度較小時(shí),E0與溫度間的關(guān)系如下:
E0=0.6992+0.00074(25°-t)(0~38℃間)
當(dāng)以甘汞電極為參考電極時(shí),PHI與電動(dòng)勢(shì)間的關(guān)系為
飽和甘汞電極
pH=0.4552-0.00009(t-25)-Es/0.0591+0.0002(t-25)
C.玻璃電極
最常見(jiàn)的玻璃電極是用管壁很薄的玻璃泡制成。在玻璃泡內(nèi)盛有已知pH值的溶液,使用時(shí)將玻璃泡浸入未知溶液中,并在已知溶液和未知溶液中都插入相同參考電極(如飽和甘汞電極),于是構(gòu)成下列電池
Hg(L)|Hg2Cl2(S),KCle(飽和)||laH'+||aH"+|| KC1(飽和)·Hg2Cl2(S)Hg(L)
E1 EL EG EL E2
在此電池中,兩個(gè)參考電極的電動(dòng)勢(shì)E1和E2大小相等,符號(hào)相反y兩個(gè)擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)El'和El''都很小,而且符號(hào)也相反,故可認(rèn)為電池電動(dòng)勢(shì)完全取決于玻璃電極勢(shì)EG。
至于玻璃電極勢(shì)產(chǎn)生的原因,曾有各種不同的說(shuō)法,現(xiàn)在僅介紹其中的一種種:玻璃膜是一個(gè)半透性膜,僅能讓H'通過(guò),當(dāng)兩種不同H+濃度的溶液以此膜相相隔后,H+就從濃度大的溶液向稀的溶液擴(kuò)散,因此玻璃電極膜的內(nèi)外產(chǎn)生元個(gè)電位差,其大小決定于膜內(nèi)外的H+的濃度:
EG=-RT/F 1N a''H+/a'H+=2.303RT/F(PH''-PH')=0.0591(PH''-PH')
PH''=PH'+EG/0.0591
當(dāng)pH'為已知時(shí),即可根據(jù)上式由所測(cè)得的EG計(jì)算pH"。并由上式可知,被測(cè)溶液的pH值與上述電池的電動(dòng)勢(shì)有線型關(guān)系。
由上述可知,當(dāng)將pH值相同的溶液放在膜的內(nèi)外兩邊時(shí),電池的電位理應(yīng)為零,即EG=0。但實(shí)際上,幾乎所有的玻璃電極浸入與膜內(nèi)溶液pH值相同的溶液時(shí),EG常不為零(約為1~2毫伏特),這種電位稱為玻璃電極的不對(duì)稱電位。對(duì)于每一支玻璃電極不對(duì)稱電位近于一個(gè)常數(shù),可以事先測(cè)出,以作為玻璃電極勢(shì)的改正值。通常在pH計(jì)上有消除此電位的簡(jiǎn)單裝置
由于玻璃電極的電阻很大,中因此使用玻璃電極的pH計(jì)時(shí)必需將電流放大,否則不能用普通電流計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
玻璃電極的優(yōu)點(diǎn):
①測(cè)定pH值時(shí)不受氧化劑或還原劑的影響。
②可用于測(cè)定有顏色的、混濁的或膠狀溶液的pH值。
③用玻璃電極測(cè)定非緩沖溶液亦可得到正確的pH值,因?yàn)檫@時(shí)通過(guò)電池內(nèi)的電流極小。
④pH值的測(cè)定可在極少量溶液中進(jìn)行。
玻璃電極的缺點(diǎn)是:玻璃電極的電阻很大,必需利用真空管作為放大器來(lái)放大所測(cè)電流。其次,玻璃電極很易損壞。另外,用玻璃電極測(cè)pH值為1~9的溶液時(shí)誤差較小,在此范圍以外誤差較大。