用电位滴定法测定水中氯离子的含量

一、 实验目的

（1） 掌握电位滴定法的原理及方法。

（2） 学会用自动电位滴定仪进行水中氯离子含量的测定。

二、 实验原理

电位滴定法是在滴定过程中通过测量电位变化来确定滴定终点的方法， 和电位测定法相比， 电位滴定法不需要准确地测量电极电位值， 因此， 温度、 液体接界电位的影响并不重要， 其准确度优于电位测定法。 普通滴定法是依靠指示剂的颜色变化来指示滴定终点， 如果待测溶液有颜色或浑浊时， 终点的指示就比较困难， 或者根本找不到合适的指示剂。 电位滴定法是靠电极电位的突跃来指示滴定终点。在滴定到达终点前后时，滴液中的待测离子浓度往往连续变化n个数量级，引起电位的突跃，被测成分的含量仍然通过消耗滴定剂的量来计算。

通过使用不同的指示电极， 电位滴定法可以进行酸碱滴定、 氧化还原滴定、 络合滴定和沉淀滴定。 酸碱滴定时使用p H玻璃电极为指示电极。 在氧化还原滴定中， 可以用铂电极作指示电极。 在络合滴定中， 若用EDTA作滴定剂， 可以用汞电极作指示电极， 在沉淀滴定中， 若用硝酸银滴定卤素离子， 可以用银电极作指示电极。 在滴定过程中， 随着滴定剂的不断加入， 电极电位E不断发生变化， 电极电位发生突跃， 说明滴定到达终点。 用微分曲线比普通滴定曲线更容易确定滴定终点。

用Ag NO3溶液滴定氯离子时，发生下列反应：

Ag＋＋Cl-＝Ag Cl↓

电位滴定时可选用对氯离子或银离子有响应的电极作指示电极。 本实验以银电极作指示电极， 用带硝酸钠盐桥的饱和甘汞电极作参比电极。 由于银电极的电位与银离子浓度有关，在一定温度时为：

φ＝φθ＋RTn FlnαAg＋（2-27）

随着滴定的进行， 银离子浓度逐渐改变， 原电池的电动势亦随之变化。 进行电位滴定时， 在被测溶液中插入一个参比电极， 一个指示电极组成工作电池。 随着滴定剂的加入， 由于发生化学反应，被测离子浓度不断变化，指示电极的电位也相应地变化， 在等当点附近发生电位的突跃。因此通过测量工作电池电动势的变化， 可确定滴定终点。 使用自动电位滴定仪，在滴定过程中可以自动绘出滴定曲线，自动找出滴定终点，自动给出体积，滴定快捷方便。

本实验采用ZDJ-4A型自动电位滴定仪测定水中氯离子的含量。 ZDJ-4A型自动电位滴定仪的基本结构如图2-10所示。 它可以进行电压测量和p H值测量。

1.m V测量

仪器开机，即进入m V或p H测量状态。按 “m V／p H” 键， 仪器可切换到m V或p H测量状态。在仪器不接电极 （电极接口1和2全部用短路接头短路） 时，仪器显示应在0m V左右。

2.p H测量

在p H测量状态下， 连接好p H电极， 按 “设置” 键， 设置好电极接口 （注意： p H电极在第一次使用时需进行电极标定， 否则影响p H测量和p H滴定。 按 “标定” 键即可进行p H的一点或两点标定， 建议用两点标定， 标定后即可进行p H测量。 仪器有存储功能， 标定数据关机后数据不会丢失）。

3. 各种化学反应的电极和滴定剂的选择

由于化学反应种类繁多， 对不同反应应选择不同的离子选择性电极。 表2-4列出了常见的化学反应应选择的电极和滴定剂。

表2－4 常见的化学反应应选择的电极和滴定剂

4. 滴定的大致过程

对任何一个滴定反应， 滴定的大致过程为：

（1） 准备好电极， 安装好仪器和样品；

（2） 用滴定剂反复冲洗滴定管， 使溶液充满整个滴定管道［“F1”（清洗）键］；

（3） 参数设定： 电极接口、 滴定管、 滴定管参数、 打印机 ［用“设置”（Setup）键设置］；

（4） 搅拌速度： 按“搅拌”（Stirrer）键设置；

图2－10 ZDJ－4A型自动电位滴定仪示意

1—贮液瓶；2—输液管；3—滴定管；4—接口螺母；5—输液管；6—转向阀；7—输液管；8—滴定管；9—电极梗；10—溶液杯支架；11—溶液杯；12—搅拌磁子；13—搅拌器；14—主机

（5） 预滴定： 找到终点， 生成模式；

（6） 模式滴定。

注： 也可用预滴定模式一直进行滴定分析。

三、 仪器及试剂

1. 仪器

（1） ZDJ-4A型自动电位滴定仪；

（2） 216-01型银电极；

（3） 217型参比电极；

（4） 10m L移液管；

（5） 100m L量筒；

（6） 100m L烧杯。

2. 试剂

（1） 硝酸银 （分析纯）；

（2） 氯化钾 （分析纯）；

（3） 氯化钠 （分析纯）；

（4） 水样。

四、 实验步骤

（1） 准备工作。

开机， 按“F1”（清洗）键， 按“▲”或“▼”键选择清洗次数后， 再按“F2”（确认）键， 用0.1mol·L-1硝酸银溶液反复冲洗滴定管，使溶液充满整个滴定管道。

（2） 选用电极。

选用216-01型银电极及217型参比电极。217型参比电极的外套装3mol·L-1氯化钾溶液。

（3） 溶液的配制。

①0.1mol·L-1硝酸银溶液的配制。

称取16.987g分析纯的硝酸银， 溶于水中， 移入1000m L容量瓶中， 并用水稀释至刻度， 摇匀， 溶液保存在棕色瓶中。

②0.1mol·L-1氯化钠溶液的配制。

称取5.844g分析纯的氯化钠， 溶于水中， 移入1000m L容量瓶中， 并用水稀释至刻度， 摇匀。

③3mol·L-1氯化钾溶液的配制。

称取22.365g分析纯的氯化钾， 溶于水中， 移入100m L容量瓶中， 并用水稀释至刻度， 摇匀。

（4） 选用10m L或20m L滴定管。

（5） 分析步骤。

①设置电极插口， 设置滴定管及滴定管系数。

按“设置”（Setup）键设置好电极插口位置、 滴定管及滴定管系数。

②准备样品。

用移液管吸取10m L的0.1mol·L-1氯化钠溶液于反应瓶中，加入40m L去离子水，加入搅拌子， 放在搅拌器上， 将电极及滴液管插入溶液。

③模式生成 （预滴定）。

在开机状态下， 按“设置”（Setup）键设置好电极插口位置、 滴定管及滴定管系数。

按“搅拌”（Stirrer）键， 再按“▲”或“▼”键选择设置好合适的搅拌速度（或用“F2”键直接输入数字搅拌速度）， 按“F1”（确认）键退出搅拌速度设定。

按“F3”（滴定）键， 仪器显示“滴定模式”状态， 按“▲”或“▼”键选择“预滴定”， 按“F2”（确认）键。 再按“▲”或“▼”键选择“m V”， 按“F2”（确认）键， 仪器自动进行预滴定，滴定终点时仪器自动长声提示， 按“F1”（终止）键， 再按“F2”（确认）键， 终止滴定。 仪器自动补充滴定液， 结束后显示终点结果。

按“退出”键结束本次分析。

④滴定分析。

预滴定结束后， 用去离子水反复清洗滴定管外壁。 用移液管吸取10m L氯化钠溶液于反应瓶中， 加入40m L去离子水， 加入搅拌子， 放在搅拌器上， 将电极及滴液管插入溶液。 在开机状态下， 按“设置”（Setup）键设置好电极插口位置、 滴定管及滴定管系数。 按“搅拌”（Stirrer）键， 再按“▲”或“▼”键选择设置好合适的搅拌速度 （或用“F2”键直接输入数字搅拌速度）， 按“F1”（确认）键退出搅拌速度设定。 按“F3”（滴定）键， 仪器显示“滴定模式”状态， 按“▲”或“▼”键选择“重复上次滴定”， 按“F2”（确认）键。 再按“▲”或“▼”键选择“m V”， 按“F2”（确认）键， 仪器自动进行滴定， 滴定终点时仪器自动长声提示， 按“F1”（终止）键， 再按“F2”（确认）键， 终止滴定。 仪器自动补充滴定液， 结束后显示终点结果。 按“退出”键结束本次分析。 重复三次， 计算硝酸银溶液的浓度。

滴定结束后， 用去离子水反复清洗滴定管外壁。 用移液管吸取10m L水样于反应瓶中，加入40m L去离子水， 加入搅拌子， 放在搅拌器上， 将电极及滴液管插入溶液。 重复上述步骤三次。

根据滴定终点所消耗的硝酸银溶液的体积， 计算水样中氯离子的浓度（以mol·L-1表示）。

思 考 题

1. 用硝酸银滴定氯离子时， 是否可以用碘化银电极作指示电极？

2. 与化学分析中的容量分析法相比， 电位滴定法有何特点？