电势-PH曲线实验报告

基础化学实验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、目的要求掌握电极电势、电池电动势及pH的测定原理和方法。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值范围内，其络合产物不同，以丫4-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。①高pH时电极反应为Fe(0H)Y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，以丫4-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。①高pH时电极反应为Fe(0H)Y2-+eFeY2-+0H-根据能斯特(Nernst)方程，其电极电势为:a°aln oh-FaFe(OH)Y2-稀溶液中水的活度积％可看作水的离子积，又根据pH定义，则上式可写成①二①(标准)RTRTm①二① 一b一ln (FeY2-)(标准)1Fm(Fe(OH)Y2-)2.303RT— pHF其中b=竺ln丫(FeY2—)°KWFY(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m2-〜m2+。在m2+/m3+不变时，①与pH呈线性关系。如图中的cdFeYFe FeFe段。段。②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-,FeY-FeY-+e=FeY2-其电极电势为①二①（标准）①二①（标准）RT aInFcY2・F aFcY-式中,①（标准式中,①（标准为标准电极电势；*为活度，a=・m（为活度系数；m为质量摩尔浓度）。则式（1）可改写成RTYRTm丄 . RT mlnFcY2-— ln—FcY2-=e—b一 ln—FcY2-FYFm2FmFcY-FcY-FcY-①二①（标准）式中,RT 丫式中,lnFcY2-F 丫FcY-当溶液离子强度和温度一定时，b为常数。在此pH范围内，该体系的电极2电势只与m2-/m-的值有关，曲线中出现平台区（上图中be段）。FeY FeY③低pH时的电极反应为FeY-+H++e=FeHY-则可求得：RT、m 2.303RT,,①二①一b— ln—fchy-— pH(标准) 2F m FFcY-在m2+/m3+不变时，①与pH呈线性关系。如图中的ab段。Fe Fe三、仪器试剂数字电压表数字式pH计(NH)Fe(SO)数字电压表数字式pH计42 42 2(NH)Fe(SO)•12HO4 42 2

500ml五颈瓶(带恒温套)电磁搅拌器药物天平(100g)复合电极温度计50容量瓶四、实验步骤HCINaOHEDTA

铂电极N(g)2HCINaOHEDTA

铂电极N(g)2滴管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.铂电极7.反应器仪器装置如图I所示。复合电极，甘汞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L(NH)Fe(SO),mol/L(NH)Fe(SO)(配前加两滴4mol/L42 42 4 42HCl),mol/LEDTA(配前加克NaOH),4mol/LHCl,2mol/LNaOH各50ml。然后按下列次序加入：L(NH)Fe(SO),mol/L(NH)Fe(SO),mol/LEDTA,42 42 4 4250ml蒸馏水，并迅速通N。23、 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，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/mv pH值 电势/mv28134电势-pH曲线200十系列1PH200十系列1PH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Fe3+/Fe2+-EDTA体系，可用于消除天然气中的有害气体HS。利用Fe3+-EDTA溶液可将天然气中2HS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2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-+HS脱硫〉2FeY-+2H++S222FeY-+10+HO再生〉2FeY-+20H-2222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HS含量约1X210-4〜6X10-4kg・m-3，在25°C时相应的HS分压为〜。2根据电极反应S+2H++2e^^HS(g)2在25°C时的电极电势①与HS分压p的关系应为：2 H2S①(V)=—— -12(),2)S在图2-17-1中以虚线标出这三者的关系。由电势-pH图可见，对任何一定m3+/m2+比值的脱硫液而言，此脱硫液的FeFe电极电势与反应S+2H++2e=HS(g)的电极电势之差值，在电势平台区的pH范围2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m3+/Fem2＋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Fe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HS时，脱硫液的pH2选择在〜8之间，或高于8都是合理的，但pH不宜大于12,否则会有Fe(OH)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=FeY2-+OH-其电极电势为：RT m 2.303RT①二①_—b—InFeY2 pH(标准)1F m FpFe(OH)Y2-RT y(FeY2-)•Kw其中b二In1F y(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mFeY

-mFe。在mFe2+/mFe3+不变时，e与pH呈线性关系。在特定的PH范围内，Fe2+和Fea+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:①二①（标准）RT Y RT mln(FeY2-①二①（标准）RT Y RT mln(FeY2-)— ln―(FeY2-) =e—b—F Y F m 2(FeY-) (FeY-)RT mln―(FeY2-)F m(FeY-)亠亠RT、Y式中，b=ln(FeY2-)。2FY(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m/mFeYFeY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:丰丰 RTm 2.303RT①二① —b— ln—(FeHY-)— pH（标准）2F m F（标准）(FeY-)在m在mFe2+/m