電勢-PH曲線實驗報告7頁

1、實驗十二 電勢-pH曲線的測定姓名：趙永強指導(dǎo)教師：吳振玉基礎(chǔ)化學(xué)實驗一、目的要求1.掌握電極電勢、電池電動勢及pH的測定原理和方法。2. 了解電勢-pH圖的意義及應(yīng)用。3. 測定Fe3+/Fe2+-EDTA溶液在不同pH條件下的電極電勢，繪制電勢-pH曲線。二、實驗原理很多氧化還原反應(yīng)不僅與溶液中離子的濃度有關(guān)，而且與溶液的pH值有關(guān)，即電極電勢與濃度和酸度成函數(shù)關(guān)系。如果指定溶液的濃度，則電極電勢只與溶液的pH值有關(guān)。在改變?nèi)芤旱膒H值時測定溶液的電極電勢，然后以電極電勢對pH作圖，這樣就可得到等溫、等濃度的電勢pH曲線。對于Fe3+/Fe2+-EDTA配合體系在不同的pH值范圍內(nèi)，其絡(luò)合

2、產(chǎn)物不同，以Y4-代表EDTA酸根離子。我們將在三個不同pH值的區(qū)間來討論其電極電勢的變化。高pH時電極反應(yīng)為Fe(OH)Y2-+e FeY2-+OH-根據(jù)能斯特(Nernst)方程，其電極電勢為：稀溶液中水的活度積KW可看作水的離子積，又根據(jù)pH定義，則上式可寫成b1pH其中=。在EDTA過量時，生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時鐵離子的濃度。即 mFeYmFe 。在mFe/ mFe不變時，與pH呈線性關(guān)系。如圖中的cd段。在特定的PH范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+和Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-和FeY-，其電極反應(yīng)為FeY- e FeY2-其電極電勢為式中，為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢；a為活

3、度，a=gm(g為活度系數(shù)；m為質(zhì)量摩爾濃度)。則式(1)可改寫成 yb2式中，b2。當(dāng)溶液離子強度和溫度一定時，b2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電勢只與 mFeY/mFeY的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)平臺區(qū)（上圖中bc段）。低pH時的電極反應(yīng)為FeY-+H+e FeHY-則可求得：b2pH在mFe/ mFe不變時，與pH呈線性關(guān)系。如圖中的ab段。三、儀器試劑數(shù)字電壓表 (NH4)2Fe(SO4)26H2O數(shù)字式pH計 (NH4)Fe(SO4)212H2O500ml五頸瓶（帶恒溫套） HCl電磁攪拌器 NaOH藥物天平（100 g） EDTA復(fù)合電極 鉑電極溫度計 N2(g)50容量瓶 滴管

4、四、實驗步驟1、按圖接好儀器裝置圖1.酸度計 2.數(shù)字電壓表 3.電磁攪拌器 4.復(fù)合電極 5.飽和甘汞電極 6.鉑電極 7.反應(yīng)器 儀器裝置如圖I24.2所示。復(fù)合電極，甘汞電極和鉑電極分別插入反應(yīng)器三個孔內(nèi)，反應(yīng)器的夾套通以恒溫水。測量體系的pH采用pH計，測量體系的電勢采用數(shù)字壓表。用電磁攪拌器攪拌。2、配制溶液 預(yù)先分別配置0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，0.1 mol/L (NH4)Fe(SO4)2（配前加兩滴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

5、：50ml0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，50ml0.1 mol/L (NH4)Fe(SO4)2，60ml0.5 mol/L EDTA，50ml蒸餾水，并迅速通N2。3、將復(fù)合電極、甘汞電極、鉑電極分別插入反應(yīng)容器蓋子上三個孔，浸于液面下。4、將復(fù)合電極的導(dǎo)線接到pH計上，測定溶液的pH值，然后將鉑電極，甘汞電極接在數(shù)字電壓表的“”、“”兩端，測定兩極間的電動勢，此電動勢是相對于飽和甘汞電極的電極電勢。用滴管從反應(yīng)容器的第四個孔(即氮氣出氣口)滴入少量4mol/LNaOH溶液，改變?nèi)芤簆H值，每次約改變0.3，同時記錄電極電勢和pH值，直至溶液PH=8時，停止實驗。收拾整理儀器。

6、五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理pH值電勢/mvpH值電勢/mv9.28-5.45.86122.38.9612.25.6122.88.915.65.28123.18.8120.64.49123.58.69284.04124.58.0961.83.67126.67.8176.33.4129.27.5191.33.26131.37.16105.93.111346.8115.43136.86.59118.42.88140.16.51119.22.78143.36.33120.52.72144.96.11121.32.62149.26.07121.82.53152.65.96122 六、討論電勢-pH圖的應(yīng)用電

7、勢-pH圖對解決在水溶液中發(fā)生的一系列反應(yīng)及平衡問題(例如元素分離，濕法冶金，金屬防腐方面)，得到廣泛應(yīng)用。本實驗討論的Fe3+/Fe2+-EDTA體系，可用于消除天然氣中的有害氣體H2S。利用Fe3+-EDTA溶液 可將天然氣中H2S氧化成元素硫除去，溶液中Fe3+-EDTA絡(luò)合物被還原為Fe2+-EDTA配合物，通入空氣可以使Fe2+-EDTA氧化成Fe3+-EDTA，使溶液得到再生，不斷循環(huán)使用，其反應(yīng)如下：2FeY-+H2S2FeY2-+2H+S2FeY2-+O2+H2O2FeY-+2OH-在用EDTA絡(luò)合鐵鹽脫除天然氣中硫時，F(xiàn)e3+/Fe2+-EDTA絡(luò)合體系的電勢-pH曲線可以幫

8、助我們選擇較適宜的脫硫條件。例如，低含硫天然氣H2S含量約110-4610-4 kgm-3，在25時相應(yīng)的H2S分壓為7.2943.56Pa。根據(jù)電極反應(yīng)S+2H+2eH2S(g)在25時的電極電勢與H2S分壓pHS的關(guān)系應(yīng)為：(V)0.0720.02961lpHS0.0591pH在圖2-17-1中以虛線標(biāo)出這三者的關(guān)系。由電勢-pH圖可見，對任何一定mFe / mFe比值的脫硫液而言，此脫硫液的電極電勢與反應(yīng)S+2H+2eH2S(g)的電極電勢之差值，在電勢平臺區(qū)的pH范圍內(nèi)，隨著pH的增大而增大，到平臺區(qū)的pH上限時，兩電極電勢差值最大，超過此pH，兩電極電勢值不再增大而為定值。這一事實表

9、明，任何具有一定的mFe/ mFe比值的脫硫液，在它的電勢平臺區(qū)的上限時，脫硫的熱力學(xué)趨勢達(dá)最大，超過此pH后，脫硫趨勢保持定值而不再隨pH增大而增加，由此可知，根據(jù)-pH圖，從熱力學(xué)角度看，用EDTA絡(luò)合鐵鹽法脫除天然氣中的H2S時，脫硫液的pH選擇在6.58之間，或高于8都是合理的，但pH不宜大于12，否則會有Fe(OH)3沉淀出來。七、思考題1.寫出Fe3+/Fe2+EDTA絡(luò)合體系在電勢平臺區(qū)、低pH和高pH時，體系的基本電極反應(yīng)及其所對應(yīng)的電極電勢公式的具表示式，并指出每項的物理意義。高pH時電極反應(yīng)為Fe(OH)Y2-+e FeY2-+OH-其電極電勢為：b1pH其中=。在EDTA過量時，生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時鐵離子的濃度。即 mFeYmFe 。在mFe/ mFe不變時，與pH呈線性關(guān)系。在特定的PH范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+和Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-和FeY-，其電極反應(yīng)為：FeY- e FeY2-其電極電勢為： yb2 (2)式中，b2。當(dāng)溶液離子強度和溫度一定時，b2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電勢只與mFeY/mFeY的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)平臺區(qū)。低pH時的電極反應(yīng)為FeY-+H+e FeHY-則可求得：b2pH (3)在mFe/ mFe不變時，與pH呈線性關(guān)系。2.脫硫液