(1)参比电极 最常用的参比电极为饱和甘汞电极,其原理与氯化银电极相同,电极电位决定于饱和氯化钾的浓度。电极是由两个玻璃套管组成,在一端封入铂铂丝的内套管中装入汞和氯化亚亚汞混合糊状物,并用浸有饱和氯化钾溶液的脱脂棉塞紧。外管一端用微孔玻璃柱封住,内装饱和氯化钾溶液。内管是倒插入外管内的,其电极电位为
E=E0Hg2C12/Hg - 0005911og(Cl-)
在不同温度(t)其值为
E=0.2445-7.6×10 -4(t-25)伏
(2)pH值指示电极
A.氢电极 当将一种贵金属属(如如铂片)插入被测溶液中,并不断使氢气冲打铂片,这时此金属就具有金属氢电极的性质(图64)。
图中(a)所示形状适宜在氢气中进行测量;(b)常用于电位滴定;(c)型较好,在滴定中可防止空气中氧进入。
在氢电极上的反应为:1/2H2<=>H++e
氢电极的电位与(H+)的关系为:
EH=0.0591log[H+]
或 PH=-EH/0.0591
若以甘汞电极为参考电极,溶液的pH值与电极电位的关系式为:
pH=Es-0.2438+0.00065(t-25)/0.0591+0.0002(t-25)
氢电极安装复杂,影响它的因素也多。除作研究工作外,一般很少采用.
B.氢醌电极氢醌电极用于测定中性或酸性溶液的pH值,应用简单方便。它属于氧化还原电极,由对苯二酚和醌等克分子组成:
E=常数+0.0591/2 log aQ/aHQ-0.0591pH(25℃)
式中aQ和aHQ分别代表醌和对苯二酚的活度当溶液中其它盐类含量不大时,醌和对苯二酚的活度系数相等,由于氢配在溶液中产生等分子量的配和对苯二酚,所以aQ等于aHQ
因而 E=E0-0.0591pH(25°)
由此可知,氢醌电极的电位随溶液的pH值而改变,与氢电极完全相同。上式中E6为一常数,是氢电极与氢醌电极插入同一溶液内所组成电池的电动势,它与溶液pH值无关。当离子强度极小时,E0=0.6994伏(25℃)在标准酸混合液(HC1为0.01N,KC1为0.09N)中,E0为0.6992伏特。离离子强度较小时,E0与温度间的关系如下:
E0=0.6992+0.00074(25°-t)(0~38℃间)
当以甘汞电极为参考电极时,PHI与电动势间的关系为
饱和甘汞电极
pH=0.4552-0.00009(t-25)-Es/0.0591+0.0002(t-25)
C.玻璃电极
最常见的玻璃电极是用管壁很薄的玻璃泡制成。在玻璃泡内盛有已知pH值的溶液,使用时将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参考电极(如饱和甘汞电极),于是构成下列电池
Hg(L)|Hg2Cl2(S),KCle(饱和)||laH'+||aH"+|| KC1(饱和)·Hg2Cl2(S)Hg(L)
E1 EL EG EL E2
在此电池中,两个参考电极的电动势E1和E2大小相等,符号相反y两个扩散电动势El'和El''都很小,而且符号也相反,故可认为电池电动势完全取决于玻璃电极势EG。
至于玻璃电极势产生的原因,曾有各种不同的说法,现在仅介绍其中的一种种:玻璃膜是一个半透性膜,仅能让H'通过,当两种不同H+浓度的溶液以此膜相相隔后,H+就从浓度大的溶液向稀的溶液扩散,因此玻璃电极膜的内外产生元个电位差,其大小决定于膜内外的H+的浓度:
EG=-RT/F 1N a''H+/a'H+=2.303RT/F(PH''-PH')=0.0591(PH''-PH')
PH''=PH'+EG/0.0591
当pH'为已知时,即可根据上式由所测得的EG计算pH"。并由上式可知,被测溶液的pH值与上述电池的电动势有线型关系。
由上述可知,当将pH值相同的溶液放在膜的内外两边时,电池的电位理应为零,即EG=0。但实际上,几乎所有的玻璃电极浸入与膜内溶液pH值相同的溶液时,EG常不为零(约为1~2毫伏特),这种电位称为玻璃电极的不对称电位。对于每一支玻璃电极不对称电位近于一个常数,可以事先测出,以作为玻璃电极势的改正值。通常在pH计上有消除此电位的简单装置
由于玻璃电极的电阻很大,中因此使用玻璃电极的pH计时必需将电流放大,否则不能用普通电流计进行测量。
玻璃电极的优点:
①测定pH值时不受氧化剂或还原剂的影响。
②可用于测定有颜色的、混浊的或胶状溶液的pH值。
③用玻璃电极测定非缓冲溶液亦可得到正确的pH值,因为这时通过电池内的电流极小。
④pH值的测定可在极少量溶液中进行。
玻璃电极的缺点是:玻璃电极的电阻很大,必需利用真空管作为放大器来放大所测电流。其次,玻璃电极很易损坏。另外,用玻璃电极测pH值为1~9的溶液时误差较小,在此范围以外误差较大。