基础化学实验：酸度计的原理与应用

酸度计亦称pH计或离子计，是一种用来准确测定溶液中某离子活度的仪器。它主要由电极和电位差测量部分组成。当采用氢离子选择电极时可测定溶液的pH，若采用其它的离子选择电极，则可以测量溶液中某相应离子的浓度（实为活度）。

6.1.1　基本原理

酸度计测pH值的方法是电位测定法。它除测量溶液的酸度外，还可以测量电池电动势（mV）。测量时用玻璃电极作指示电极，饱和甘汞电极（SCE）作参比电极，组成电池：

由于甘汞电极的电极电位不随溶液pH值变化，在一定温度下是一定值，而玻璃电极的电极电位随溶液pH值的变化而改变，所以它们组成的电池电动势也只随溶液的pH值而变化。玻璃电极（图6-1）由Ag-AgCl电极、盐酸和特制的球型玻璃膜构成。将它插入待测溶液，其电极电位φG与溶液pH值有下列关系：

其中为玻璃电极标准电位，R为气体常数，T为开尔文温标，F为法拉第常数。饱和甘汞电极（SCE）（图6-2）由汞、甘汞糊、饱和KCl溶液构成。一定温度下饱和KCl溶液的浓度为一定值，故饱和甘汞电极的电位也为一定值，298K时为0.2412V。将玻璃电极和饱和甘汞电极插入溶液组成原电池，电池的电动势为：

图6-1　玻璃电极

1.玻璃薄膜　2.玻璃外壳　3.Ag/AgCl参比电极　4.含Cl-的缓冲溶液（一般为0.1mol·L-1HCl溶液）

图6-2　饱和甘汞电极

1.绝缘帽　2.加液口　3.内电极（PtIHg2Cl2，Hg）4.饱和KCl溶液　5.多孔性物质　6.导线

由上式可知，E与pH呈线性关系。只要测得E便可求得pH。由于通常是未知的，所以实际测定中应该用与待测溶液pH值相近的标准溶液定位。在原电池中标准溶液给出的电动势为：

待测溶液给出的电动势为：

上两式中pHs和pHx分别为标准溶液和待测溶液的pH值。两式相减，得(www.xing528.com)

目前广泛使用的测pH的复合电极是由玻璃电极与Ag/AgCl外参比电极组合而来，它结构紧凑，比两支分离的电极用起来更方便，也不容易破碎（图6-3）。复合pH电极在第一次使用或在长期停用后再次使用前应在3mol·L-1KCl溶液中浸泡24h以上，使其活化。平时可浸泡在3mol·L-1KCl溶液中保存。

图6-3　复合pH电极

1.Ag/AgCl内参比电极　2.0.1mol·L-1HCl溶液　3.密封胶　4.玻璃薄膜　5.保护套　6.导线　7.密封塑料　8.加液孔　9.Ag/AgCl外参比电极　10.KCl溶液　11.聚碳酸酯外壳　12.微孔陶瓷　13.KCl溶液

用于校正酸度计的pH标准溶液一般为pH缓冲溶液。标准缓冲溶液应保存在盖紧的玻璃瓶或塑料瓶中以免受空气中的CO2或溶剂挥发等的影响。标准缓冲溶液一般在几周内可保持pH稳定不变。在校正时，应先用蒸馏水冲洗电极，并用滤纸轻轻吸干，以免沾污标准缓冲溶液及影响电极的响应速率（复合电极里面容易夹带水）。为了减少测量误差，应选用与待测溶液的pH相近的pH标准缓冲溶液来校正酸度计。

6.1.2　 pHS-3C型酸度计

酸度计型号较多，目前实验室广泛使用的有pHS-2型、pHS-3B型、pHS-3C型和梅特勒320-SpH计等。它们的结构、功能和使用方法大同小异，下面简单介绍pHS-3C型酸度计的使用方法（如图6-4）。

图6-4　pHS-3C型酸度计示意图（左：仪器外形结构，右：仪器后面板）

1.机箱　2.键盘（从左到右分别为：确认、温度、斜率、定位、pH/mV键）3.显示屏　4.多功能电极架　5.电极　6.测量电极插座　7.参比电极插口　8.保险丝　9.电源开关　10.电源插座

pHS-3C型酸度计是一种精密数字显示pH计，其稳定性较好，操作较简便。测量溶液pH时的操作步骤如下：

（1）安装电极架和电极　将多功能电极架插入电极架插座中，把pH复合电极安装在电极架另一端，拔下电极下端的电极保护套，并且拉下电极上端的橡胶套使其露出上端校孔，再用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干电极底部的水。

（2）开机　将电源线插入电源插座，按下电源开关。电源接通后，预热30分钟，接下来进行校正。

（3）校正　按“pH/mV”键使pH指示灯亮，即进入pH测量状态；按“温度”键设定溶液温度，再按“确认”键。将清洗过的电极插入pH=6.86标准缓冲溶液中，待读数稳定后，按“定位”键，使仪器显示读数与该缓冲溶液在此温度下的pH一致，然后按“确认”键。用蒸馏水清洗电极，并用滤纸吸干存留在电极下端的水，再将其插入pH为4.00或9.18的标准缓冲溶液中，待读数稳定后，按“斜率”键使仪器显示读数为该缓冲溶液在此温度下的pH，然后按“确认”键。仪器的校正到此完成，可进行pH的测量。需要注意的是，校正好后仪器的“定位”及“斜率”键不应再按。若不小心触动了这些键，则不要按“确认”键，而是按“pH/mV”键使仪器重新进入pH测量，这样就不需要再进行校正。一般情况下，每天校正一次即可。

（4）测量溶液的pH　用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干（也可用待测溶液洗一次），将电极浸入被测溶液中，摇动烧杯，使溶液均匀，然后让溶液静置，待读数稳定后读出溶液的pH。若被测溶液与用于校正的溶液的温度不同，则先按“温度”键使仪器显示被测溶液的温度，再按“确认”键，再进行pH测量。

（5）还原仪器　测定完毕，关闭电源，洗净电极并套上电极保护套（内盛3mol·L-1KCl溶液），盖上防尘罩，并进行仪器使用情况登记。