电势-PH曲线实验报告0001

1、基础化学实验实验十二 电势-pH曲线的测定姓名：赵永强指导教师：吴振玉一、目的要求1. 掌握电极电势、电池电动势及 pH的测定原理和方法。2. 了解电势-pH图的意义及应用。3. 测定Fe3+/Fe2+-EDTA溶液在不同pH条件下的电极电势，绘制电势-pH 曲线。二、实验原理很多氧化还原反应不仅与溶液中离子的浓度有关，而且与溶液的pH值有关,即电极电势与浓度和酸度成函数关系。如果指定溶液的浓度，则电极电势只与溶液的pH值有关。在改变溶液的pH值时测定溶液的电极电势，然后以电极电势 对pH作图，这样就可得到等温、等浓度的电势一 pH曲线。对于Fe3+/Fe2+-EDTA配合体系在不 同的pH值

2、范围内，其络合产物不同，以 Y4-代表EDTA酸根离子。我们将在三个不 同pH值的区间来讨论其电极电势的变化。高pH时电极反应为Fe（OH）Y2+e 二 FeY2-+OH-根据能斯特（Nernst）方程，其电极电势为：（标准）%a Fe(OH)Y2-稀溶液中水的活度积 成Kw可看作水的离子积，又根据 pH定义，则上式可写（标准）b1 RTlnm(FeY2)叫 Fe(OH)Y 2)2.303RTFpHRT（FeY2） Kw其中b1= ln厂。F（Fe（OH）Y2 ）在EDTA过量时，生成的络合物的浓度可近似看作为配制溶液时铁离子的浓2-2+2+3 +度。即mFeY mFe 。在mFe / mFe

3、不变时，与pH呈线性关系。如图中的cd段。在特定的PH范围内，Fe2+ft Fe3+能与EDTA生成稳定的络合物FeY2-和 FeY-，其电极反应为FeY- + e = FeY2-其电极电势为（标准）RTFlnaFeY2aFeY-式中,浓度）（标准）为标准电极电势；a为活度，a = m（为活度系数；m为质量摩尔则式（1）可改写成（标准）RTlnFeY2-FeY-巴ln业F 叫 eY- b2 -五业F 叫eY-式中,b2=RTlnFeY2-。FeY-当溶液离子强度和温度一定时,b2为常数。在此pH范围内，该体系的电极电势只与2-mFeY /mFeY的值有关，曲线中出现平台区（上图中 bc段）低p

4、H时的电极反应为则可求得：FeY+H+e FeHY（标准）b2RT “ HY-F叫 eY-2.303RTFpH2+3+在mFe / mFe不变时,与pH呈线性关系。如图中的ab段(NH4)2Fe(SO4)2 6H2O(NH4)Fe(SO4)2 12H2OHClNaOHEDTA铂电极N2(g)滴管三、仪器试剂数字电压表数字式pH计500ml五颈瓶（带恒温套）电磁搅拌器药物天平（100 g）复合电极温度计50容量瓶四、实验步骤1、按图接好仪器装置图水31. 酸度计 2.数字电压表 3.电磁搅拌器 4.复合电极 5.饱和甘汞电极 6.铂电极 7.反应器仪器装置如图 I 24.2 所示。复合电极，甘汞

5、电极和铂电极分别插入反应 器三个孔内，反应器的夹套通以恒温水。测量体系的 pH 采用 pH 计，测量体系的电势采用 数字压表。用电磁搅拌器搅拌。2、配制溶液预先分别配置 0.1mol/L(NH 4)2Fe(SO4)2, 0.1 mol/L (NH 4)Fe(SO4)2 (配前加 两滴 4 mol/L HCl), 0.5 mol/L EDTA (配前加 1.5 克 NaOH), 4 mol/L HCl , 2 mol/L NaOH 各 50ml。然后按下列次序加入：50ml0.1mol/L(NH 4)2Fe(SO4)2, 50ml0.1 mol/L (NH 4)Fe(SO4)2，60ml0.5

6、mol/L EDTA ，50ml 蒸馏水，并迅速通 N2。3、将复合电极、甘汞电极、铂电极分别插入反应容器盖子上三个孔，浸于液面 下。4、将复合电极的导线接到 pH 计上，测定溶液的 pH 值，然后将铂电极，甘汞电极接在数字电压表的“” 、“”两端，测定两极间的电动势，此电动势是相对 于饱和甘汞电极的电极电势。用滴管从反应容器的第四个孔(即氮气出气口 )滴入少量 4mol/LNaOH 溶液，改变溶液 pH 值，每次约改变 0.3，同时记录电极电势 和 pH 值，直至溶液 PH=8 时，停止实验。收拾整理仪器。五、实验数据记录与处理pH值电势 /mvpH值电势/mv9.28-5.45.86122

7、.38.9612.25.6122.88.915.65.28123.18.8120.64.49123.58.69284.04124.58.0961.83.67126.67.8176.33.4129.27.5191.33.26131.37.16105.93.111346.8115.43136.86.59118.42.88140.16.51119.22.78143.36.33120.52.72144.96.11121.32.62149.26.07121.82.53152.65.96122200电劳-pH曲线PH六、讨论电势-pH图的应用电势-pH图对解决在水溶液中发生的一系列反应及平衡问题(例如元素

8、分离，湿法冶金，金属防腐方面)，得到广泛应用。本实验讨论的 Fe3+/Fe2+-EDTA 体系，可用于消除天然气中的有害气体 H2S。利用Fe3+-EDTA溶液 可将天然气 中H2S氧化成元素硫除去，溶液中Fe3+-EDTA络合物被还原为Fe2+-EDTA配合 物，通入空气可以使F0-EDTA氧化成Fe3+-EDTA，使溶液得到再生，不断循 环使用，其反应如下：脱硫+2FeY +H2S2FeY2+2H+S-1再生2FeY2 + O2+H2O 再生 2FeY +2OH2在用EDTA络合铁盐脱除天然气中硫时，Fe3+/Fe2+-EDTA络合体系的电势 -pH曲线可以帮助我们选择较适宜的脱硫条件。

9、例如，低含硫天然气H2S含量约 1 X 10-46X 10-4 kg m-3,在 25C 时相应的 H2S 分压为 7.2943.56Pa根据电极反应S+2H+2eH2S(g)在25r时的电极电势 与H2S分压ph2s的关系应为:(V) = 0.072- 0.02961lpH2s 0.0591pH在图2-17-1中以虚线标出这三者的关系。3+2+由电势-pH图可见，对任何一定 mFe / mFe比值的脱硫液而言，此脱硫液 的电极电势与反应 S+2H+2e H2S(g)的电极电势之差值，在电势平台区的pH范围内，随着pH的增大而增大，到平台区的pH上限时，两电极电势差值最大，超过此pH,两电极电

10、势值不再增大而为定值。这一事实表明，任何具有一定的3 +2+mFe / mFe比值的脱硫液，在它的电势平台区的上限时，脱硫的热力学趋势达最 大，超过此pH后，脱硫趋势保持定值而不再随 pH增大而增加，由此可知，根 据-pH图，从热力学角度看，用EDTA络合铁盐法脱除天然气中的 H2S时， 脱硫液的pH选择在6.58之间，或高于8都是合理的，但pH不宜大于12,否 则会有Fe(0H)3沉淀出来。七、思考题1写出Fe3+/Fe2+ EDTA络合体系在电势平台区、低pH和高pH时，体系的基本电极反应及其所对应的电极电势公式的具表示式，并指出每项的物理意义。 高pH时电极反应为Fe(OH)Y2-+e

11、一 FeY2-+OH-其电极电势为：(标准)b1 RTFInm-mFe(OH)Y2-2.303RTFpH其中b1 =RTln(FeY2 ) Kw2(Fe(OH)Y2 )在EDTA过量时，生成的络合物的浓度可近似看作为配制溶液时铁离子的浓度。即mFeYmFe 。在mFe2+/ mFe3+不变时，0与pH呈线性关系。 在特定的PH范围内，Fe2+和Fe3+能与EDTA生成稳定的络合物 FeY2-和FeY-，其电极反应为：FeY- + e FeY2-其电极电势为：式中,RT ,(标准)ln(FeY2-)RTlnm(FeY2-)=o b2巴 Inm( FeY2-)F(FeY-)Fm(FeY-)Fm( FeY-)(FeY-)。当溶液离子强度和温度一定时,(FeY-)RTlnb2为常数。在此pH范围内，该体系的电极电势只与 mFeY2/mFeY的值有关，曲线中出现平台区。 低pH时的电极反应为FeY-+H+e FeHY-则可求得：(标准)b2学ln皿警hF讥FeY-)F在mFe2+/ mFe3+不变时，o与pH呈线