電勢-PH曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告0001

1、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)十二 電勢-pH曲線的測定姓名：趙永強(qiáng)指導(dǎo)教師：吳振玉一、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(shí)驗(yàn)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(shí)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、等濃度的電勢一 pH曲線。對于Fe3+/Fe2+-EDTA配合體系在不 同的pH值

2、范圍內(nèi)，其絡(luò)合產(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(shí)電極反應(yīng)為Fe（OH）Y2+e 二 FeY2-+OH-根據(jù)能斯特（Nernst）方程，其電極電勢為：（標(biāo)準(zhǔn)）%a Fe(OH)Y2-稀溶液中水的活度積 成Kw可看作水的離子積，又根據(jù) pH定義，則上式可寫（標(biāo)準(zhǔn)）b1 RTlnm(FeY2)叫 Fe(OH)Y 2)2.303RTFpHRT（FeY2） Kw其中b1= ln廠。F（Fe（OH）Y2 ）在EDTA過量時(shí)，生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時(shí)鐵離子的濃2-2+2+3 +度。即mFeY mFe 。在mFe / mFe

3、不變時(shí)，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+ft 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（標(biāo)準(zhǔn)）RTFlnaFeY2aFeY-式中,濃度）（標(biāo)準(zhǔn)）為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢；a為活度，a = m（為活度系數(shù)；m為質(zhì)量摩爾則式（1）可改寫成（標(biāo)準(zhǔn)）RTlnFeY2-FeY-巴ln業(yè)F 叫 eY- b2 -五業(yè)F 叫eY-式中,b2=RTlnFeY2-。FeY-當(dāng)溶液離子強(qiáng)度和溫度一定時(shí),b2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電勢只與2-mFeY /mFeY的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)平臺區(qū)（上圖中 bc段）低p

4、H時(shí)的電極反應(yīng)為則可求得：FeY+H+e FeHY（標(biāo)準(zhǔn)）b2RT “ HY-F叫 eY-2.303RTFpH2+3+在mFe / mFe不變時(shí),與pH呈線性關(guān)系。如圖中的ab段(NH4)2Fe(SO4)2 6H2O(NH4)Fe(SO4)2 12H2OHClNaOHEDTA鉑電極N2(g)滴管三、儀器試劑數(shù)字電壓表數(shù)字式pH計(jì)500ml五頸瓶（帶恒溫套）電磁攪拌器藥物天平（100 g）復(fù)合電極溫度計(jì)50容量瓶四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖接好儀器裝置圖水31. 酸度計(jì) 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 I 24.2 所示。復(fù)合電極，甘汞

5、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(jì)，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(NH 4)2Fe(SO4)2, 0.1 mol/L (NH 4)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：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(jì)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?dú)獬鰵饪?)滴入少量 4mol/LNaOH 溶液，改變?nèi)芤?pH 值，每次約改變 0.3，同時(shí)記錄電極電勢 和 pH 值，直至溶液 PH=8 時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)。收拾整理儀器。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理pH值電勢 /mvpH值電勢/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電勞-pH曲線PH六、討論電勢-pH圖的應(yīng)用電勢-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

8、分離，濕法冶金，金屬防腐方面)，得到廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)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F0-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：脫硫+2FeY +H2S2FeY2+2H+S-1再生2FeY2 + O2+H2O 再生 2FeY +2OH2在用EDTA絡(luò)合鐵鹽脫除天然氣中硫時(shí)，F(xiàn)e3+/Fe2+-EDTA絡(luò)合體系的電勢 -pH曲線可以幫助我們選擇較適宜的脫硫條件。

9、例如，低含硫天然氣H2S含量約 1 X 10-46X 10-4 kg m-3,在 25C 時(shí)相應(yīng)的 H2S 分壓為 7.2943.56Pa根據(jù)電極反應(yīng)S+2H+2eH2S(g)在25r時(shí)的電極電勢 與H2S分壓ph2s的關(guān)系應(yīng)為:(V) = 0.072- 0.02961lpH2s 0.0591pH在圖2-17-1中以虛線標(biāo)出這三者的關(guān)系。3+2+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+2e H2S(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(shí)，兩電極電勢差值最大，超過此pH,兩電極電

10、勢值不再增大而為定值。這一事實(shí)表明，任何具有一定的3 +2+mFe / mFe比值的脫硫液，在它的電勢平臺區(qū)的上限時(shí)，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(shí)， 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(0H)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(shí)，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(xiàng)的物理意義。 高pH時(shí)電極反應(yīng)為Fe(OH)Y2-+e

11、一 FeY2-+OH-其電極電勢為：(標(biāo)準(zhǔn))b1 RTFInm-mFe(OH)Y2-2.303RTFpH其中b1 =RTln(FeY2 ) Kw2(Fe(OH)Y2 )在EDTA過量時(shí)，生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時(shí)鐵離子的濃度。即mFeYmFe 。在mFe2+/ mFe3+不變時(shí)，0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：式中,RT ,(標(biāo)準(zhǔn))ln(FeY2-)RTlnm(FeY2-)=o b2巴 Inm( FeY2-)F(FeY-)Fm(FeY-)Fm( FeY-)(FeY-)。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度和溫度一定時(shí),(FeY-)RTlnb2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電勢只與 mFeY2/mFeY的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)平臺區(qū)。 低pH時(shí)的電極反應(yīng)為FeY-+H+e FeHY-則可求得：(標(biāo)準(zhǔn))b2學(xué)ln皿警hF譏FeY-)F在mFe2+/ mFe3+不變時(shí)，o與pH呈線