原電池電動勢測定實驗的微量化改進

范國康　方卉慧

摘 要 本研究以廢舊pH電極的銀絲或HC-49U晶振的含銀電極，自制了銀氯化銀（Ag-AgCl）電極。在進行微量化的原電池電動勢測定實驗時，從樣品用量到硝酸鉀鹽橋大小都進行了改進。從源頭上減少污染，既節約了藥品，又方便了操作。從而把綠色化學的思想引入了物理化學實驗的改進。

關鍵詞 微量化實驗 原電池電動勢測定 鹽橋 綠色化學

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

原電池電動勢測定實驗是重要的物理化學實驗，大部分學校均有開設此實驗。其電池體系以銅 、鋅 、飽和甘汞電極和相應電解液組成電池。文獻中報道的改進方法，以提高實驗結果的精度和可靠性為主。從綠色化學角度出發，以減少污染為目標的卻甚少。如果以每次實驗的電解液用量為30ml計算，那么改進后可以減少至3ml以內。這將從源頭十倍以上地減輕處理廢液對環境所造成的壓力。另外，為了配合實驗微量化的要求，我們還同時改進了參比電極和鹽橋裝置。

1鹽橋的制備

稱取瓊脂1g放入50mL飽和KNO3溶液中，浸泡片刻，再緩慢加熱至沸騰，待瓊脂全部溶解后稍冷，將洗凈之鹽橋管（可以用U型小玻璃管或塑料管）插入瓊脂溶液中，從管的上口將溶液吸滿（管中不能有氣泡），保持此充滿狀態冷卻至室溫（即凝固成凍膠固定在管內），取出擦凈備用。

2 Ag-AgCl電極的制備

將廢舊pH電極拆取里面的銀絲部分，打磨光滑后，放入離心管內加入乙醇溶液，然后置于超聲波清洗儀洗滌5min，去除油污。取出銀絲作為正極，以銅絲電極作負極，在約1mol·dm-3 的HCl溶液中電鍍。控制電流為2mA左右，電鍍30min，即可得紫褐色的Ag-AgCl電極。該電極不用時，應保存在KCl溶液中，并貯藏于暗處。如果找不到廢舊pH電極，并且使用次數不多時，也可以拆取常見晶振的含銀電極來制作一次性Ag-AgCl電極。以HC-49U的AT切型6MHz無源晶振為例，拆除封裝后的銀電極用乙醇和去離子水各清洗3次并晾干備用（拆除封裝前后的晶振如圖1所示）。以此銀電極為正極和銅絲為負極，重復上述電鍍過程，即可獲得一次性的Ag-AgCl電極。由于HC-49U晶振的銀層很薄，因此不適合多次重復利用。盡管如此，一次性的Ag-AgCl電極的制作也是有意義的，畢竟很多時候我們找不到廢舊pH電極，而拆取價廉物美的晶振含銀電極，則更為方便實用。在大規模的學生實驗過程中，pH電極的損耗率非常高（一般以玻璃膜破裂為主），所以在本實驗中主要采用廢舊pH電極拆取的方式制備Ag-AgCl電極。但是，用拆取晶振法制作的一次性Ag-AgCl電極，也不失為一種較好的替換之法。

3微量化實驗裝置的改進

取3個1ml的一次性離心管于圖1所示的離心管架中，達圖2的效果。各加入適量電解液，并放入銅絲電極、鋅電極和Ag-AgCl電極，然后與常規方法進行對比實驗。

在室溫30 ℃下，改進前后的電動勢測定值誤差小于1%，并且與理論值也非常接近。改進后的電極和整個電池裝置使用情況良好，不但克服了一般原電池裝置的不足之處，而且可以極大減少試劑的用量。實驗的穩定性和準確性，也較理想，結果令人滿意。

基金項目： 2016年江蘇省高校自然科學研究面上項目，項目編號（No. 16KJD150003）。

作者簡介：范國康，（1974.7-），男，漢族，江蘇人，博士，講師，研究方向：材料物理化學。

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