盐桥的制备及应用 学生讲义

盐桥的制备及应用一、实验目的1）掌握常用盐桥的制备方法。2）熟悉盐桥的多种型式。3)掌握盐桥在电池电动势测定中的工作原理。二、实验原理在测量电极电势时，往往参比电极内的溶液和被研究体系内的溶液组成不一样.这时在两种溶液间存在一个接界面。在接界面的两侧由于溶液的浓度不同，所含的离子种类不同,在液界面上产生液接界电势. 为了尽量减小液接电势通常采用盐桥.常见的盐桥是一种充满盐溶液的玻璃管,管的两端分别与两种溶液相连接。通常盐桥做成U形状，充满盐溶液后，把它置于两溶液间,使两溶液导通。盐桥内充满凝胶状电解液，也可以抑制两边溶液的流动.所用的凝胶物质有琼脂、硅胶等，一般常用琼脂。但高浓度的酸、氨都会与琼脂作用，从而破坏盐桥，污染溶液。若遇到这种情况,不能采用琼脂盐桥。由于琼脂微溶于水，也不能用于吸附研究实验中。选择盐桥应注意以下几点：（1） 盐桥溶液内阴阳离子的扩散速度应尽量相近，且溶液浓度要大。这样在溶液界面上主要是盐桥溶液向对方扩散，在盐桥两端产生的两个液接电势的方向相反,串联后总的液接电势大大减小，甚至可以忽略不计。在水溶液体系中,常采用饱和KCI或NH4NO3 做盐桥溶液例如25时0。1MHCI和0。1M HCI相接界时，液接电势为38mV,采用饱和KCI溶液做盐桥后，在盐桥一端的饱和KCI溶液和0。1M HCI溶液间液接电势约为4。6mV，饱和KCI溶液一侧带正电;在盐桥另一端的液接电势约为3。0mV，且也是饱和KCI一侧带正电.这样，总的液接电势只约为2mV，比原先要小得多.在有机电解质溶液中的盐桥可采用苦味酸四乙基胺或高氯酸季铵盐溶液。如果KCI、NH4NO3在该有机溶液中能溶解，则也可采用KCI、NH4NO3溶液.（2） 盐桥溶液内的离子，必须不与两端的溶液相互作用。如果在研究金属腐蚀的电化学过程中，微量的CI-离子对某些金属的阳极过程会有明显的影响，这时应避免用KCI的盐桥，或尽量设法避免CI-扩散到研究体系。在长期使用盐桥时，微量的盐桥溶液往往能扩散到被测体系中，因此，在选择盐桥溶液时，必须考虑到盐桥溶液中离子扩散到被测系统后对测量结果的影响。如果体系用离子选择电极测定CI-的溶度，若采用饱和KCI溶液作为盐桥溶液，那么微量CI离子选择性电极的电势。为了尽量减少被测溶液、盐桥溶液及参比电极溶液间的彼此污染,应减小盐桥内溶液的流动速度和离子扩散速度.为此曾设计和制备了各种形式的盐桥。有的盐桥用玻璃磨口活塞（其中不要用凡士林做润滑剂，以免污染溶液）.有的盐桥两端用多空烧结玻璃或多孔陶瓷封结。这些多孔材料的孔径要很小，如10-2m10m.连接时可直接在喷灯火焰上熔接，也可用聚四氟乙烯或聚乙烯管套接，也可用石棉绳封结盐桥管中。（3） 利用液位差使电解液朝一定方向流动，可以减小盐桥溶液扩散进入研究体系溶液或参比电极的溶液内。如图1所示，中间容器中的溶液(6）为饱和KCI或与参比电极内的溶液相同，其液面比研究体系的液面低。因此，通过虹吸现象,研究体系的溶液会通过盐桥向中间容器流动.如果取下了参比电极的橡皮帽（8），参比电极内的液面比中间容器内的液面高,参比体系的溶液将流向中间容器，这样就可以有效地防止参比体系与研究体系之间的相互污染。图1。 利用液位差防止参比电极与研究体系溶液间的相互污染。1-研究体系；2-研究电极；3-鲁金毛细管；4盐桥；5-多孔烧结玻璃或石棉绳；6中间溶液；7参比体系溶液；8橡皮帽。盐桥通常采用氯化钾（ KCl)、硝酸铵（ NH4NO3 ）或硝酸钾（ KNO3 )等。饱和KCl溶液的浓度高达4。2 moldm3,当盐桥插入到浓度不大的两电解质溶液之间的界面时，产生了两个接界面，盐桥中K+和Cl向外扩散就成为这两个接界面上离子扩散的主流。由于K+和Cl-的扩散速率相近，使盐桥与两个溶液接触产生的液接电势均很小，且两者方向相反，故相互抵消后降至12 mV。选择盐桥中的电解质的原则是高浓度、正负离子迁移速率接近相等，且不与电池中溶液发生化学反应。常采用KCl、NH4NO3和KNO3的饱和溶液。三、仪器与药品ZDWC数字式电子电位差计,磁力搅拌器,250mL磨口锥形瓶,U型玻璃管，50mL和250mL烧杯，表面皿，滤纸，100mL量筒，胶头滴管，天平，饱和甘汞电极，锌电极，铜电极，铂电极,银电极。琼脂，氯化钾，ZnSO4,CuSO4，蒸馏水， KNO3四、实验步骤1。 盐桥的制备1。1. 3琼脂饱和KCl盐桥制备方法：在250mL烧杯中，加入97mL蒸馏水和3g琼脂,盖上表面皿，水浴加热使琼脂完全溶解。然后加入30gKCl，充分搅拌使KCl完全溶解后，趁热用滴管或虹吸将此溶液灌入洁净的U型玻璃管中，静置待琼脂凝结后便可使用。注意:U型管内的各部位不能留有气泡，不能出现断面，否则会增加电阻,甚至造成断路。盐桥的溶胶冷凝后,管口往往出现凹面，此时用玻棒蘸一滴热溶胶加在管口即可。制备好的盐桥插在饱和KCl溶液中备用.多余的琼脂饱和KCl用磨口塞塞好，使用时重新加热.琼脂 KCl盐桥在下列情况中不宜使用:（1）含有高浓的酸、氨等物质的溶液，因高浓的酸、氨都会与琼脂作用,破坏盐桥，沾污溶液。(2）含有与Cl作用的离子（如Ag+ , Hg22+ 等）或含有与K+作用的离子(如ClO4- 等)的溶液。在这种情况下，应替换成其它电解质所配制的盐桥。例如，对于AgNO3溶液，可用NH4NO3盐桥。对于能与Cl作用的溶液,可用Hg- Hg2SO4- 饱和K2SO4电极与3%琼脂-1mol/L K2SO4 盐桥。对于含有浓度大于1mol /L的ClO4 溶液（因K+、Cs+、Rb+、NH4+ 的高氯酸盐溶解度较小),则可用汞-甘汞- 饱和NaCl（或LiCl)电极与3 琼脂-1mol/L NaCl(或LiCl)盐桥。1. 2 KNO3盐桥KNO3 盐桥的制备如下: 20gKNO3溶于50mL水中，制成饱和溶液，可再加入少量的KNO3晶体使之处于饱和状态即可；再加入1。 5g 琼脂，热水浴中加热溶液，使琼脂粉溶解，趁热时用滴管吸取热琼脂KNO3饱和溶液缓慢加入到U型玻璃管中直至完全充满，且不能有气泡，玻璃管口朝上放置自然冷却,凝固后使用.冷却后的胶凝饱和溶液因体积收缩在管口呈现凹面，再滴上一滴热溶液，使管口呈凸面,以防止盐桥倒置在电极管中使用时在管口产生气泡。盐桥如果长时间不使用时,要将盐桥管口倒置放入饱和溶液中，放置水挥发后管内结晶导电能力减弱，影响电动势数据测量.NH4NO3盐桥和KNO3盐桥在许多溶液中都能使用，但通常使用的电极与KNO3、NH4NO3 盐桥无共同离子,因而在配合使用时会改变参考电极的浓度和引入外来离子，从而可能改变参考电极的电势。2。盐桥在电动势测定中的应用2. 1 电池组成（1） Hg(l)+Hg2Cl2(s) 饱和KCl溶液CuSO4（0。100M) Cu（s）（2) Hg（l)+Hg2Cl2（s） 饱和KCl溶液ZnSO4（0.100M) Zn（s)（3） ZnSO4(0。100M) Zn(s） CuSO4（0.100M） Cu(s）(4) Hg（l)+Hg2Cl2(s) 饱和KCl溶液AgNO3(0.100M) Ag（s）(5） Ag（s)+AgCl(s)HCl（0。100M）AgNO3(0.100M）Ag（s)2。 2 电位差计测量电池电动势选择合适的盐桥，ZD-WC数字式电子电位差计测量上述电池的电动势，注意电位仪测量前应预热15min，正负极不能接错.五、 数据处理1. 按能斯特方程(1）计算实验温度时所测电池电动势的理论值，与实验值相比较, 求出相对误差.式中： E 为各组分都处于标准状态时的电池电动势。六、思考题1。 U型管如何固定,以便于加料及补料。2. 在盐桥制备过程中如何避免气泡的出现? 若出现气泡，如何赶走气泡。3. 分析电池电动势测量误差的可能原因.