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碳棒電極、Pt電極、鈦電極,有時(shí)也有Cu電極,等等。
根據(jù)電極的組成體系和作用機(jī)理不同分類
指示電極:電極電位隨被測(cè)電活性物質(zhì)活度變化的電極.
以金屬為基體,共同特點(diǎn)是電極上有電子交換發(fā)生的氧化還原反應(yīng)??煞譃橐韵滤姆N:(一)第一類電極(Electrode of the first kind):亦稱金屬基電極(M Mn+)
電極反應(yīng):M n++n e-=M
電極電位:E=E°+0.059V/n lgαM n+
要求:0(Mn+/M)>0,如Cu,Ag,Hg等;其它元素,如Zn,Cd,In,Tl,Sn,雖然它們的電極電位較負(fù),因氫在這些電極上的超電位較大,仍可做一些金屬離子的指示電極。
特點(diǎn):因下列原因,此類電極用作指示電極并不廣泛
a)_選擇性差,既對(duì)本身陽離子響應(yīng),亦對(duì)其它陽離子響應(yīng);
b)_許多這類電極只能在堿性或中性溶液中使用,因?yàn)樗峥墒蛊淙芙猓?
c)_電極易被氧化,使用時(shí)必須同時(shí)對(duì)溶液作脫氣處理
d)一些硬金屬,如Fe,Cr,Co,Ni.其電極電位的重現(xiàn)性差;
e)pM-aMn+作圖,所得斜率與理論值(-0.059/n)相差很大,且難以預(yù)測(cè);
較常用的金屬基電極有:Ag/Ag+,Hg/Hg22+(中性溶液);Cu/Cu2+,Zn/Zn2+,Cd/Cd2+,Bi/Bi3+,Tl/Tl+,Pb/Pb2+(溶液要作脫氣處理).電極反應(yīng):MX n+n e-=M+n X-
電極電位:E=E°MX n/M-0.059V lgαX-
此類電極可作為一些與電極離子產(chǎn)生難溶鹽或穩(wěn)定配合物的陰離子的指示電極;如對(duì)Cl-響應(yīng)的Ag/AgCl和Hg/Hg2Cl2電極,對(duì)Y4-響應(yīng)的Hg/HgY(可在待測(cè)EDTA試液中加入少量HgY)電極。
但該類電極最為重要的應(yīng)用是作參比電極.其中MX,NX是難溶化合物或難離解配合物.舉例如下.
Ag/Ag2C2O4,CaC2O4,Ca2+
電極反應(yīng):Ag2C2O4+2e==2Ag++C2O42-
電極電位:E=K+0.059/2lgαCa2+
因?yàn)椋?
代入前式得:
簡(jiǎn)化上式得:
可見該類電極可指示Ca2+活度的變化.
對(duì)于難離解的配合物,如Hg/HgY,CaY,Ca2+電極
電極反應(yīng):HgY2-+2e===Hg+Y4-
電極電位:
式中比值aHgY/aCaY可視為常數(shù),
因此得到:
同上例,該電極可用于指示Ca2+活度的變化(測(cè)定時(shí),可在試液中加入少量HgY).零類電極(Metallic redox indicators),亦稱惰性電極.電極本身不發(fā)生氧化還原反應(yīng),只提供電子交換場(chǎng)所.
如Pt/Fe3+,F(xiàn)e2+電極,Pt/Ce4+,Ce3+電極等.
電極反應(yīng):Fe3++e===Fe2+
電極電位:E=E°+0.059V lg(αFe3+/αFe 2+)
可見Pt未參加電極反應(yīng),只提供Fe3+及Fe2+之間電子交換場(chǎng)所.具有敏感膜并能產(chǎn)生膜電位的電極,稱為膜電極,它以固體膜或液體膜為探頭,其膜電位是由于離子交換或擴(kuò)散而產(chǎn)生,而沒有電子轉(zhuǎn)移,其膜電位與特定的離子活度的關(guān)系式符合能斯特公式.
主要由離子選擇性膜、內(nèi)參比電極和內(nèi)參比溶液組成。根據(jù)膜的性質(zhì)不同,離子選擇性電極可分為非晶體膜電極、晶體膜電極和敏化電極等
此外還有:微電極和修飾電極
根據(jù)電極所起的作用分類
(一)指示電極和工作電極
在電化學(xué)測(cè)試過程中,溶液主體濃度不發(fā)生變化的電極,稱為指示電極.如果有較大電流通過,溶液的主體濃度發(fā)生顯著的變化的電極,稱為工作電極.
電位分析法中離子選擇性電極為指示電極,在電解分析和庫侖分析中所用的鉑電極為工作電極.
定義:與被測(cè)物質(zhì)無關(guān),電位已知且穩(wěn)定,提供測(cè)量電位參考的電極,稱為參比電極.前述標(biāo)準(zhǔn)氫電極可用作測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電極電位的參比電極.但因該種電極制作麻煩,使用過程中要使用氫氣,因此,在實(shí)際測(cè)量中,常用其它參比電極來代替.
1,甘汞電極(Calomel electrode)
定義:甘汞電極由汞,Hg2Cl2和已知濃度(0.1,3.5,4.6M)的KCl溶液組成.
電極組成:Hg Hg2Cl2,KCl(xM);如下圖所示.
(二)參比電極
圖8.7甘汞電極(a)233型;(b)217型
1-導(dǎo)線;2-加液口;3-KCI溶液;4-素?zé)尚荆?-鉑絲
6-Hg;7-Hg2CI2
可見,電極電位與Cl-的活度或濃度有關(guān).當(dāng)Cl濃度不同時(shí),可得到具有不同電極電位的參比電極.(注意:飽和甘汞電極指KCl濃度為4.6M)
電極反應(yīng):Hg2Cl2(s)+2e==2Hg(l)+2Cl-
電極電位:
特點(diǎn):
a)制作簡(jiǎn)單,應(yīng)用廣泛;
b)使用溫度較低(<40oC).但受溫度影響較大.(當(dāng)T從20oC 25oC時(shí),飽和甘汞電極位從0.2479V 2444V,E=0.0035 V);
c)當(dāng)溫度改變時(shí),電極電位平衡時(shí)間較長(zhǎng);d)Hg(II)可與一些離子產(chǎn)生反應(yīng).
阻抗高,電流小,KCl滲漏少
適宜于水溶劑
阻抗小,有滲漏,接觸好
適宜非水溶液及粘稠液
圖8.8甘汞電極
2,Ag/AgCl電極
定義:該參比電極由插入用AgCl飽和的一定濃度(3.5M或飽和KCl溶液)的KCl溶液中構(gòu)成.
電極組成:Ag AgCl,(xM)KCl
電極反應(yīng):AgCl+e==Ag+Cl-
電極電位:
構(gòu)成:同甘汞電極,只是將甘汞電極內(nèi)管中的(Hg,Hg2Cl2+飽和KCl)換成涂有AgCl的銀絲即可.
特點(diǎn):a)可在高于60oC的溫度下使用;
b)較少與其它離子反應(yīng)(但可與蛋白質(zhì)作用并導(dǎo)致與待測(cè)物界面的堵塞)
銀-氯化銀電極
在銀絲或鉑絲上鍍一層純銀,將其洗凈后,以其為陽極置于lmol/LHCI中,電解約0.5 h,這時(shí)在電極上覆蓋一層淡紫色的AgCI層,再將其放在用AgCI飽和的Cl-溶液,即制得銀一氯化銀電極.
圖8.9銀-氯化銀電極
1-導(dǎo)線;2-Ag-AgCI絲;3-KCI溶液;4-素?zé)尚?
三,參比電極使用注意事項(xiàng)
1)電極內(nèi)部溶液的液面應(yīng)始終高于試樣溶液液面?。ǚ乐乖嚇訉?duì)內(nèi)部溶液的污染或因外部溶液與Ag+,Hg2+發(fā)生反應(yīng)而造成液接面的堵塞,尤其是后者,可能是測(cè)量誤差的主要來源)
2)上述試液污染有時(shí)是不可避免的,但通常對(duì)測(cè)定影響較小.但如果用此類參比電極測(cè)量K+,Cl-,Ag+,Hg2+時(shí),其測(cè)量誤差可能會(huì)較大.這時(shí)可用鹽橋(不含干擾離子的KNO3或Na2SO4)來克服.
(三)輔助電極或?qū)﹄姌O
(四)極化電極和去極化電極
在電解過程中,插入試液中電極的電位完全隨著外加電壓的變化而變化或當(dāng)電極的電位改變很大而電流改變很小時(shí),這類電極稱為極化電極.如普通極譜中所用的滴汞電極.當(dāng)電極電位不隨著外加電壓的變化而變化,或當(dāng)電極的電位改變很小而電流改變很大時(shí),這類電極稱為去極化電極.如電位分析法中飽和甘汞電極和離子選擇性電極。
它們提供電子傳遞的場(chǎng)所,當(dāng)通過電流很小時(shí),一般直接由工作電極和參比電極組成電池,但當(dāng)電流較大時(shí)需采用輔助電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)來測(cè)量。