儀器分析-電化學報告-F離子

福州大學實驗報告課程名稱：儀器分析實驗實驗類型：電化學實驗實驗項目名稱：離子選擇電極法測定含氟牙膏中氟的含量學生姓名：陳靜康年級專業(yè)：2009級化學類3班學號：040902328同組學生姓名：孫畫方菁豆?jié)崗堅娙簭堸i指導老師：王建老師實驗地點：化學化工學院實驗中心北樓實驗日期：2012年4月19日一目的要求1.掌握用標準曲線法測定未知物濃度。2.學會使用離子計和離子選擇性電極。二原理氟離子選擇電極的電極膜由LaF3單晶制成，電極電位（25oC）為：測量電池為：氟離子選擇電極│試液（c=x）‖SCE測定時試液中應(yīng)加入離子強度調(diào)節(jié)劑TISAB。標準曲線法，配制一系列標準溶液，以電位值φ對logC作圖，然后由測得的未知試液的電位值φ，在標準曲線上查得其濃度。三儀器與試劑儀器：數(shù)字離子酸度計；磁力攪拌器；電極：氟離子選擇電極和飽和甘汞電極。試劑：1.0×10-1mol/LF—標準貯備液：準確稱取NaF(120oC烘1h)4.199g溶于1000mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。貯存于聚乙烯瓶中待用；1.000×10-2—1.00×10-5mol/LF—標準溶液用上述貯備液配制；配制離子強度調(diào)節(jié)劑(TISAB)：稱取NaCl58克，檸檬酸鈉10克，溶解于800毫升蒸餾水中，再加入冰醋酸57毫升，用固體氫氧化鈉（或40％氫氧化鈉溶液）調(diào)節(jié)到pH=5，最后稀釋到1升。樣品（日用牙膏）。四實驗步驟1．氟離子選擇電極的準備將氟離子選擇電極泡在1×10-4mol/L氟離子溶液中約30min，然后用蒸餾水清洗數(shù)次直至測得的電位值約為-300mV(此值各支電極不同)。若氟離子選擇電極暫不使用，宜于干放。2．繪制標準曲線在5只100mL容量瓶中分別配制內(nèi)含5mL離子強度調(diào)節(jié)劑的1.000×10-2—1.00×10-5mol/L氟離子標準溶液。將適量標準溶液(浸沒電極即可)分別倒入5只塑料燒杯中，插入氟離子選擇和飽和甘汞電極，邊接線路，放入攪拌子，由稀至濃分別測量標準溶液的電位值(為什么)測量完畢后將電極用蒸餾水清洗直至測得電位值-300mV左右待用。3．試樣中氟的測定試樣用自來水或牙膏，若用牙膏，用小燒杯準確稱取約1g牙膏，然后加水溶解，加入5mLTISAB。煮沸2min，冷卻并轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，待用。若用自來水，可直接在實驗室取樣。標準曲線法準確移取自來水樣50mL于100mL容量瓶中，加入5mLTISAB，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。然后全部倒入一烘干的塑料燒杯中，插入電極，連接線路。在攪拌條件下待電位穩(wěn)定后讀取電位值φx(此溶液別倒掉，留作下步實驗用)。五實驗數(shù)據(jù)記錄和處理實驗數(shù)據(jù)記錄：

1.標準曲線繪制表一濃度（mol/l）1.00×10-65.00×10-61.00×10-51.00×10-41.00×10-3電位值（mv）-310-278-258-199-1382.牙膏試樣相關(guān)數(shù)據(jù)M（牙膏）=1.3504g牙膏溶液：E=-191mV3.原始數(shù)據(jù)初步處理表二12345含氟牙膏Cf（mol/L）1.00×10-65.00×10-61.00×10-51.00×10-41.00×10-31.30×10-4Lg(Cf（mol/L）)-6.00-5.30-5.00-4.00-3.00-3.87E(mV)-310-278-258-199-138-1914.結(jié)果處理進行初步的處理后，得到E/mv~log(CF/mol·l-1)初步的擬合直線方程為：E/mv=58.168×log(CF/mol·l-1)+34.461回歸系數(shù)R2=0.9976觀察圖像可知，該圖的線性較差，又可知點（-6.00，-310）與其他的點有較大的偏差，已經(jīng)超出了儀器能檢測的范圍，即該點不應(yīng)該出現(xiàn)在標準曲線上，應(yīng)該舍去。舍去點（-6.00，-310）后作標準曲線，如下圖：E/mv~log(CF/mol·l-1)初步的擬合直線方程為：E/mv=60.49732×log(CF/mol·l-1)+43.40092 回歸系數(shù)R2=0.99992后面一條曲線的線性較前面一條曲線有明顯改善，由此可知1.00×10-6mol/L已經(jīng)接近或者超過儀器的檢測限度，故應(yīng)取后一條曲線作為標準曲線進行計算。用origin軟件進行處理，調(diào)用標準曲線，將E=-191mV代入標準曲線的方程可以得到log(CF/mol·l-1)=-3.875。所以可得CF=1.33×10-4mol/L又M（F）=18.998（g/mol）所以牙膏中F-的含量為：1.33×10-4mol/L×18.998g/mol1.3504g六實驗討論1.F-離子電極為膜電極，膜電極的響應(yīng)沒有絕對的專一性，而且只有相對的選擇性。F電極的選擇性很高，但仍有OH-會干擾。這是由于晶體膜表面會發(fā)生反應(yīng)：LaF3（固）+3OH-=La（OH）3（固）+3F-，所以放出來的F-將增高試液中F-的含量。另外，若PH過低，會形成HF或者HF2-而影響F-2.實驗將F-電極與外參比電標（飽和甘汞電極）組成電池，在接近零電流（實驗回路電阻大）的條件下測量電池電動勢，此電池電動勢稱為相對于給定參比電極而確定的研究電極電勢?！半姌O/溶液”之間的絕對ψ無法直接測量，在處理電極過程動力學時也不需要，計算電池電動勢，可采用相對電勢來代替絕對電勢。3.本實驗中F-電極作為負極，所測得的ψ為負數(shù)，隨著濃度的增加，ψ增加，測量時，應(yīng)由濃度低的溶液往濃度高的溶液進行。這樣能減少更換溶液不慎引入濃度變化，引入實驗誤差。4.F離子選擇電極膜電位的產(chǎn)生是由于影響離子在敏感膜表面擴散及建立雙電層的結(jié)果。電極達到平衡時的時間可用響應(yīng)的時間來表示，響應(yīng)時間不僅取決于敏感膜的絕對性質(zhì)，尚與相應(yīng)離子的擴散速度、濃度、共存離子種類、試液溫度等因素有關(guān)。試驗中，采用攪拌試液的方法來加快擴散速度，縮短響應(yīng)時間。5.氟電極不應(yīng)用干燥保存，氟離子儲備液不能用玻璃瓶裝，而要用聚乙烯瓶子裝，參比電極應(yīng)充滿飽和kCl溶液，不能有氣泡。七問題與討論1.寫出離子選擇電極的電極電位完整表達式。答：ψF-=k-（RT/F）·lnaF-其中，k為常數(shù)，包括內(nèi)參比電極的電位與膜內(nèi)的相間電位；aF-為電極外含F(xiàn)-溶液中F-的活度。2.為什么要加入離子強度調(diào)節(jié)劑？答：實驗中在標準系列溶液和試液中加入