电势-PH曲线的测定（基础化学实验）

基

础

化

学

实

险

定

的测

曲线

・pH

电势

十二

实验

永强

：赵

姓名

振玉

：吴

教师

指导

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Fc3+/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值范围内，其络合产物不同，以

Y，一代表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o

①高pH时电极反应为

re（OII）Y2+edFeY2+OII

根据能斯特（Nernst）方程，其电极电势为：

中-小_RTIn"丫〉"OH

①-R标准）—

稀溶液中水的活度积Kw可看作水的离子积，又根据pH定义，则上式可写

成

2.303RT

①=①由准）-PI———In---T1

Fm

(Fc(OII)Y2)

RT、y(FeY2-yKw

其中vb产一丁1。

rY(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WFeY»mFe。在〃2Fe/"ZFe不变时，①与pH呈线性关系。如图中的

cd段。

②在特定的PH范围内，Fe?+和Fe3+能与EDTA生成稳定的络合物FcY?和

FeY,其电极反应为

FeY+e=FeY2

其电极电势为

①=中（标准）

式中，R标准）为标准电极电势；。为活度，（7为活度系数；，〃为质量摩尔

浓度）。

则式(1)可改写成

①.二.①，标R准T./RY——2.R-TI.nm-^-=^e-/?2R-T-.lnfn^-2.

F&YF%YF%

一届,RT./.

式中，bi=——In"ry52—。

FrFcY-

当溶液离子强度和温度一定时，历为常数。在此pH范围内，该体系的电极

2-

电势只与WFeY//WFeY的值有关，曲线中出现平台区(上图中t)C段)。

③低pH时的电极反应为

FeY+H++e=FeHY

则可求得：

1,,R7\〃\HY2.303RT„

①=①,标准》一岳一石心一^R-PH

F咋Y

在AKFe/"2Fe不变时，①与pH呈线性关系。如图中的《山段。

三、仪器试剂

数字电压表(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O

数字式pH计(NH4)Fe(SO4)2•12H;O

5()()ml五颈瓶(带恒温套)HC1

电磁搅拌器NaOH

药物天平(100g)EDTA

复合电极伯电极

温度计N2(g)

50容量瓶滴管

四、实验步骤

1、按图接好仪器装置图

1.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.伯

电极7.反应器

仪器装置如图1—24.2所示。复合电极，甘汞电极和钳电极分别插入反应

器三个孔内，

反应器的夹套通以恒温水。测量体系的pH采月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(NH4)2Fe(SO4)2,0.1mol/L(NH4)Fe(SO4)2(配前加

两滴4mol/LHC1),().5mol/LEDTA(配前加1.5克NaOH),4mol/LHCI,

2mol/LNaOH各50ml。然后按下列次序加入：50ml0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2,

5()ml().lmol/L(NH4)Fe(SO4)2,60ml0.5mol/LEDTA,50ml蒸馈水,并迅速通Nz。

3、将复合电极、甘汞电极、的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，然后将销电极，甘汞电

极接在数字电压表的“+”、“一”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4moi/LNaOH溶液，改变溶液pH值，每次均改变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/mv

9.28-5.45.86122.3

8.9612.25.6122.8

8.915.65.28123.1

8.8120.64.49123.5

8.69284.04124.5

8.0961.83.67126.6

7.8176.33.4129.2

7.5191.33.26131.3

7.16105.93.11134

6.8115.43136.8

6.59118.42.88140.1

6.51119.22.78143.3

6.33120.52.72144.9

6.11121.32.62149.2

6.07121.82.53152.6

5.96122

电势-pH曲线

200

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(例如元素分

离，湿法冶金，金属防腐方面)，得到广泛应用。本实验讨论的Fe37Fe2+-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Fe2+-EDTA氧化成Fe3+-EDTA,使溶液得到再生，不断循

环使用，其反应如下：

+

2FeY+H2S—则72FeY<+2H+SX

-

2FeY2+-O2+H2O姓>2FeY+2OH

2

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。例如，低含硫天然气H2s含量约

1x10-4〜6义io-4kg・m-3,在25c时相应的H2s分压为7.29〜43.56Pa。

根据电极反应

S+2H++2e=H2s(g)

在25℃时的电极电势①与H2s分压pH2s的关系应为：

①(V)=-0.072-0.029611〃H2s—0.0591pH

在图277T中以虚线标出这三者的关系。

由电势-pH图可见，对任何一定/加：’比值的脱硫液而言，此脱流液

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+

机Fe/，〃Fe比值的脱疏液，在它的电势平台区的二限时，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①-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，

脱硫症的pH选择在6.5~8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%3+/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。

①高pH时电极反应为

Fe(OH)Y2+e=FeY2+0H

其电极电势为：

2.2.3O3RT

①f=①f，标准)一6一方m----------------------------pH

F"KOH*F

y(FeY2~)Kw

其中bj=跖n

Fy(Fe(OH)Y2~)

在EDT