轉(zhuǎn)換元件-電位

1、2. 轉(zhuǎn)換元件傳感器的組成敏感元件轉(zhuǎn)換元件+什么是傳感器？能感受或響應(yīng)規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號（光、電）可用信號（光、電）的器件或裝置轉(zhuǎn)換元件電轉(zhuǎn)換元件光轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件的分類電 位電轉(zhuǎn)換元件電 流電 導(dǎo)電位法 電流法（伏安法） 電導(dǎo)法（阻抗法）定義：定義：通常是由通常是由指示電極指示電極、參比電極參比電極和和待測溶液待測溶液構(gòu)成構(gòu)成原電池原電池，直接測量電池電，直接測量電池電動勢并利用動勢并利用能斯特方程能斯特方程來確定物質(zhì)含量來確定物質(zhì)含量的方法。的方法。電位法的概念電位法的概念電池電動勢與試液中離子電池電動勢與試液中離子的活度之間的關(guān)系的活度之間的關(guān)系 直接電位法：直接

2、電位法：測定原電池的電動勢或測定原電池的電動勢或電極電位，利用能斯特方程直接求出待測電極電位，利用能斯特方程直接求出待測物質(zhì)含量的方法。物質(zhì)含量的方法。 電位滴定法：電位滴定法：向試液中滴加可與被測向試液中滴加可與被測物發(fā)生氧化還原反應(yīng)的試劑，以電極電位物發(fā)生氧化還原反應(yīng)的試劑，以電極電位的變化來確定滴定終點，根據(jù)滴定試劑的的變化來確定滴定終點，根據(jù)滴定試劑的消耗量間接計算待測物含量的方法。消耗量間接計算待測物含量的方法。電位法的分類電位法的分類原電池原電池定義：定義：自發(fā)地將自發(fā)地將化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能的裝置的裝置形成條件：形成條件：（1）有活潑性不同的）有活潑性不同的兩個兩個電

3、極電極（2）兩電極都接觸電解質(zhì)溶液）兩電極都接觸電解質(zhì)溶液（3）構(gòu)成閉合回路）構(gòu)成閉合回路（4）在電極表面上能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的）在電極表面上能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)水果原電池水果原電池水果原電池水果原電池相對電極電位相對電極電位規(guī)定：規(guī)定：將將標(biāo)準(zhǔn)氫電極標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為負(fù)極與待作為負(fù)極與待測電極組成電池，電位差即該電極測電極組成電池，電位差即該電極的的相對電極電位相對電極電位，比標(biāo)準(zhǔn)氫電極的，比標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電位高的為正，反之為負(fù)；電極電位高的為正，反之為負(fù)；在在298.15 K 時，以水為溶劑，當(dāng)時，以水為溶劑，當(dāng)半電池的所有反應(yīng)物半電池的所有反應(yīng)物活度都為活度都為1時時的相

4、對電極電位。的相對電極電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位標(biāo)準(zhǔn)電極電位表定量關(guān)系：能斯特方程定量關(guān)系：能斯特方程還原態(tài)氧化態(tài)aanFRTEEln電極電位與溶液中的離子活度的關(guān)系為：電極電位與溶液中的離子活度的關(guān)系為：RxOaanFRTEElnRxOaanFRTElg303.2定量關(guān)系：能斯特方程定量關(guān)系：能斯特方程Ox + ne- = R電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：RxOaaSElg參比電極參比電極電位不受試液組成變化的影響，具有恒定的數(shù)值電位不受試液組成變化的影響，具有恒定的數(shù)值1. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極標(biāo)準(zhǔn)氫電極最最精密精密的參比電極，它的參比電極，它的電位規(guī)定在任何溫度的電位規(guī)定在任何溫度下都是下都是0 V，但氫電極，但氫

5、電極制制作麻煩作麻煩，氫氣，氫氣需凈化需凈化，且且易爆炸易爆炸，壓力的控制壓力的控制等難于滿足要求。等難于滿足要求。由金屬由金屬Hg和和Hg2Cl2及及KCl溶液組成的溶液組成的電極電極參比電極參比電極2. 飽和甘汞電極飽和甘汞電極甘汞電極的電極電位主要決定甘汞電極的電極電位主要決定于于Cl-活度，當(dāng)電極內(nèi)溶液的活度，當(dāng)電極內(nèi)溶液的Cl-活度一定，甘汞電極電位固定?；疃纫欢?，甘汞電極電位固定。半電池符號：半電池符號：Hg，Hg2Cl2（固）（固） KCl電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： Hg2Cl2 + 2e- = 2Hg + 2Cl- 電極電位電極電位(25) ：25時甘汞電極的電極電位時甘汞電極的電極

6、電位(對對SHE)溫度校正，對于溫度校正，對于SCE，t 時的電極電位為：時的電極電位為：Et= 0.2438- 7.610(t-25) （V）0.1 mol/L甘汞甘汞電極電極標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極(NCE)飽和甘汞電極飽和甘汞電極(SCE)KCl濃度濃度 0.1 mol / L 1.0 mol / L 飽和溶液飽和溶液電極電位電極電位（V） +0.3365 +0.2828 +0.2438參比電極參比電極3.銀銀-氯化銀電極氯化銀電極半電池符號：半電池符號：Ag，AgCl（固）（固） KCl 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：AgCl + e- = Ag + Cl- 電極電位（電極電位（25）：）：EA

7、gCl/Ag = E AgCl/Ag- 0.059lgaCl-銀絲鍍上一層銀絲鍍上一層AgCl沉淀沉淀,浸在一定濃度浸在一定濃度的的KCl溶液中，即構(gòu)溶液中，即構(gòu)成銀成銀-氯化銀電極氯化銀電極溫度校正，（標(biāo)準(zhǔn)溫度校正，（標(biāo)準(zhǔn)Ag-AgCl電極），電極），t 時的電時的電極電位為：極電位為：Et= 0.2223 - 610-4(t - 25) （V）25時銀時銀-氯化銀電極的電極電位（對氯化銀電極的電極電位（對SHE）0.1 mol/LAg-AgCl電極電極標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Ag-AgCl電極電極飽和飽和Ag-AgCl電極電極KCl濃度濃度 0.1 mol / L 1.0 mol / L 飽和溶液飽和溶液

8、電極電位電極電位（V） +0.2880 +0.2223 +0.2000指示電極指示電極電位隨待測離子活度不同而變化的電極電位隨待測離子活度不同而變化的電極1. 金屬金屬-金屬離子電極金屬離子電極電極電位為：電極電位為： EAg+ /Ag = E Ag+ /Ag + 0.059lgaAg+ 由金屬浸入含有該金屬離子的溶液組成。例如由金屬浸入含有該金屬離子的溶液組成。例如:Ag-AgNO3電極電極(銀電極銀電極)，Zn-ZnSO4電極電極(鋅電極鋅電極)等。等。電極反應(yīng)為：電極反應(yīng)為： Ag+ + e- - Ag第一類電極的電位僅與第一類電極的電位僅與金屬離子的活度金屬離子的活度有關(guān)有關(guān)2. 金屬

9、金屬-金屬難溶鹽電極金屬難溶鹽電極這類電極電位較穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，在電位分析這類電極電位較穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，在電位分析中既可用作指示電極更常用作參比電極。中既可用作指示電極更常用作參比電極。由金屬表面帶有該金屬難溶鹽的涂層，浸在與其難由金屬表面帶有該金屬難溶鹽的涂層，浸在與其難溶鹽有相同陰離子的溶液中組成。例如溶鹽有相同陰離子的溶液中組成。例如:Ag-AgCl電極，甘汞電極等。其電極電位隨溶液中難溶鹽的電極，甘汞電極等。其電極電位隨溶液中難溶鹽的陰離子活度變化而變化。陰離子活度變化而變化。注意：能與金屬的陽離子形成難溶鹽的其它注意：能與金屬的陽離子形成難溶鹽的其它陰離子的存在，將產(chǎn)生干擾。陰離子的

10、存在，將產(chǎn)生干擾。3. 汞電極汞電極根據(jù)溶液中同時存在的根據(jù)溶液中同時存在的Hg2+和和Mn+與與EDTA間的兩間的兩個配位平衡，可以導(dǎo)出以下關(guān)系式：個配位平衡，可以導(dǎo)出以下關(guān)系式：金屬汞（或汞齊絲）浸入含有少量金屬汞（或汞齊絲）浸入含有少量Hg2+-EDTA配配合物及被測金屬離子的溶液中所組成。合物及被測金屬離子的溶液中所組成。電池符號為：電池符號為： Hg HgY2-,MY(n-4),Mn+nMHgHgHgHgaEElg2059. 0,2222/ 可以看出，在一定條件下，汞電極僅與可以看出，在一定條件下，汞電極僅與Mn+有有 關(guān)，可用作以關(guān)，可用作以EDTA滴定滴定Mn+的指示電極的指示電

11、極 汞電極適用的汞電極適用的pH范圍是范圍是2-11，若溶液，若溶液pH 11， 將產(chǎn)生將產(chǎn)生HgO沉淀，若沉淀，若pH 2，HgY2-不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。 惰性金屬電極一般由惰性材料如鉑、金或石墨作成片惰性金屬電極一般由惰性材料如鉑、金或石墨作成片狀或棒狀，浸入含有均相和可逆的同一元素的兩種不狀或棒狀，浸入含有均相和可逆的同一元素的兩種不同氧化態(tài)的離子溶液中組成同氧化態(tài)的離子溶液中組成4. 零類電極零類電極(或稱氧化還原電極或稱氧化還原電極)惰性金屬電極惰性金屬電極例如：將鉑片插入例如：將鉑片插入Fe3+和和Fe2+的溶液中，的溶液中，電池符號為：電池符號為： Pt Fe2+，F(xiàn)e3+電極反應(yīng)為

12、：電極反應(yīng)為： Fe3+ + e Fe2+電極電位為：電極電位為：232323lg059. 0/FeFeFeFeFeFeaaEE上述指示電極都屬于金屬基電極，其電極電位主要來源上述指示電極都屬于金屬基電極，其電極電位主要來源與電極表面的氧化還原反應(yīng)，受到氧化劑、還原劑等多與電極表面的氧化還原反應(yīng)，受到氧化劑、還原劑等多種因素的影響。目前應(yīng)用更多的指示電極為種因素的影響。目前應(yīng)用更多的指示電極為薄膜電極薄膜電極5、膜電極、膜電極(或稱離子選擇性電極或稱離子選擇性電極)僅對溶液中特定離子有選擇性響應(yīng)（離子選擇性電極）僅對溶液中特定離子有選擇性響應(yīng)（離子選擇性電極）特特 點點是一個稱為選擇膜的敏感元

13、件是一個稱為選擇膜的敏感元件單晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等單晶、混晶、液膜、高分子功能膜及生物膜等膜電極的關(guān)鍵膜電極的關(guān)鍵敏感元件敏感元件膜內(nèi)外被測離子活度的不同而產(chǎn)生電位差膜內(nèi)外被測離子活度的不同而產(chǎn)生電位差工作原理工作原理a1a2伏特計伏特計膜膜RE1RE2a1a2膜內(nèi)外被測離子活度的不同而產(chǎn)生電位差膜內(nèi)外被測離子活度的不同而產(chǎn)生電位差工作原理工作原理E1 = E + Slga1-ERE1E2 = E + Slga2-ERE2E = E1-E2 =Slga1-ERE1-Slga2+ERE2 =ERE2-ERE1-Slga2+Slga1 =K+Slga1陽陽 離離 子子伏特計伏特計

14、膜膜RE1RE2a1a2膜內(nèi)外被測離子活度的不同而產(chǎn)生電位差膜內(nèi)外被測離子活度的不同而產(chǎn)生電位差工作原理工作原理E1 = E - Slga1-ERE1E2 = E - Slga2-ERE2E = E1-E2 =-Slga1-ERE1+Slga2+ERE2 =ERE2-ERE1+Slga2-Slga1 =K-Slga1陰陰 離離 子子 外參比電極外參比電極 被測溶液被測溶液(ai未知未知) 內(nèi)充溶液內(nèi)充溶液(ai一定一定) 內(nèi)參比電極內(nèi)參比電極（敏感膜）（敏感膜）內(nèi)外參比電極的電位值固定，且內(nèi)內(nèi)外參比電極的電位值固定，且內(nèi)充溶液中離子的活度也一定，則電充溶液中離子的活度也一定，則電池電動勢為：池

15、電動勢為：ialgSKE將膜電極和參比電極一起插到被測溶液中，將膜電極和參比電極一起插到被測溶液中，則電池結(jié)構(gòu)為則電池結(jié)構(gòu)為:電位測量儀電位測量儀電磁攪拌器電磁攪拌器攪拌子攪拌子參比電極參比電極SCEAg/AgCl電極電極指示電極指示電極測量裝置測量裝置 測量與校正測量與校正 ialgSKE 校正圖和直接讀數(shù)校正圖和直接讀數(shù) ElgF-測量與校正測量與校正 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法 設(shè)設(shè)cx為未知濃度，為未知濃度，Vx為未知濃度溶液的體積為未知濃度溶液的體積 cs為標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，為標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，Vs為標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積加入標(biāo)準(zhǔn)溶液加入標(biāo)準(zhǔn)溶液前前測定電池電動勢，有：測定電池電動勢，有：

16、 xclgSKE1加入標(biāo)準(zhǔn)溶液加入標(biāo)準(zhǔn)溶液后后測定電池電動勢，有：測定電池電動勢，有： )V)/(VVcVlg(cSKEsxssxx2測量與校正測量與校正 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法 前、后所測定電池電動勢相減，有：前、后所測定電池電動勢相減，有： )V)/(VVcV/(cclgSEsxssxxxsxsxSEsx/VV-)/V(V10cc1/測量與校正測量與校正 格蘭（格蘭（Gran）圖）圖 Gran作圖法作圖法多次加入標(biāo)準(zhǔn)溶液：多次加入標(biāo)準(zhǔn)溶液： )(sxcclgSKE)(/sxcclgSKSE)(1010/sxSKSEcc )( sxccK思考題：1. 電池符號為：Pt | Fe3+, Fe2+ | Cu2+ | Cu, 試寫出兩個半電池的電極反應(yīng)。2. 常用的參比電極有哪些？它們需具有什么特性？3. 常用的指示電極有哪些？試闡述各個指示電極的工作原理及適用范圍。4. 試推導(dǎo)能斯特方程的簡化形式