電勢pH曲線的測定

1、電勢pH曲線的測定一、實驗目的1、掌握電勢pH曲線的測量原理和pH計的使用方法。2、測定Fe3+/Fe2+-¾EDTA體系的電勢pH圖。二、實驗原理 標準電極電勢的概念被廣泛應用于解釋氧化還原體系之間的反應。但是很多氧化還原反應的發(fā)生都與溶液的pH值有關，此時，電極電勢不僅隨溶液的濃度和離子強度變化，還要隨溶液pH值而變化。對于這樣的體系，有必要考查其電極電勢與pH的變化關系，從而能夠得到一個比較完整、清晰的認識。在一定濃度的溶液中，改變其酸堿度，同時測定電極電勢和溶液的pH值，然后以電極電勢對pH作圖，這樣就制作出體系的電勢-pH曲線，稱為電勢-pH圖。 根據(jù)能斯特(Nernst)

2、公式，溶液的平衡電極電勢與溶液的濃度關系為 (1)式中aox、cox和gox分別為氧化態(tài)的活度、濃度和活度系數(shù)；are、cre和gre分別為還原態(tài)的活度、濃度和活度系數(shù)。在恒溫及溶液離子強度保持定值時，式中的末項亦為一常數(shù)，用b表示之，則 (2)顯然，在一定溫度下，體系的電極電勢將與溶液中氧化態(tài)和還原態(tài)濃度比值的對數(shù)呈線性關系。 本實驗所討論的是Fe3+/Fe2+-¾EDTA 絡合體系。以Y4-代表EDTA酸根離子(CH2)2N2，體系的基本電極反應為FeY-+e = FeY2-則其電極電勢為 (3)由于FeY-和FeY2-這兩個絡合物都很穩(wěn)定，其lgK穩(wěn)分別為25.1和14.32，

3、因此，在EDTA過量情況下，所生成的絡合物的濃度就近似地等于配制溶液時的鐵離子濃度，即這里和分別代表Fe3+和Fe2+的配制濃度。所以式(3)變成 (4) 由式(4)可知，F(xiàn)e3+/Fe2+-¾EDTA絡合體系的電極電勢隨溶液中的比值變化，而與溶液的pH值無關。對具有某一定的比值的溶液而言，其電勢pH曲線應表現(xiàn)為水平線。 但Fe3+和Fe2+除能與EDTA在一定pH范圍內生成FeY-和FeY2-外，在低pH時，F(xiàn)e2+還能與EDTA生成FeHY-型的含氫絡合物；在高pH時，F(xiàn)e3+則能與EDTA生成Fe(OH)Y2- 型的羥基絡合物。在低pH時的基本電極反應為 FeY-+H+e =

4、FeHY-則 (5)同樣，在較高pH時，有Fe(OH)Y2-+e = FeY2-+OH- (6)式中，KW為水的離子積。由式(5)及(6)可知，在低pH和高pH值時，F(xiàn)e3+/Fe2+¾EDTA絡合體系的電極電勢不僅與的比值有關，而且也和溶液的pH有關。在比值不變時，其電勢-pH為線性關系，其斜率為-2.303RT/F。 圖1是Fe3+/Fe2+¾EDTA絡合體系(均為0.15mol·dm-3)的一組電勢pH曲線。圖中每條曲線都分為三段：中段是水平線，稱電勢平臺區(qū)；在低pH和高PH時則都是斜線。圖1 Fe3+/Fe2+ EDTA絡合體系的電勢pH曲線表1 Fe3+

5、/Fe2+¾EDTA體系的電勢-pH曲線對應的濃度值曲線09.9×10-26.2×10-23.1×10-229.6×10-26.0×10-416010.0×10-20 圖1所標電極電勢都是相對于飽和甘汞電極的值。I 4條曲線對應各組分的濃度如表1所示。 天然氣中含有H2S，它是有害物質。利用Fe3+EDTA溶液可以將天然氣中的硫分氧化為元素硫除去，溶液中Fe3+EDTA絡合物被還原為Fe2+¾EDTA絡合物；通入空氣可使低鐵絡合物被氧化為Fe3+¾DETA絡合物，使溶液得到再生，不斷循環(huán)使用。其反應如下：

6、 在用EDTA絡合鐵鹽法脫除天然氣中的硫時，F(xiàn)e3+/Fe2+¾EDTA絡合體系的電勢pH曲線可以幫助我們選擇較合適的脫硫條件。例如，低含硫天然氣H2S含量均為0.10.6g/m3，在25時相應的H2S分壓為7.343.6 Pa，根據(jù)其電極反應S + 2H+ + 2e = H2S(g)在25時的電極電勢與H2S的分壓及pH的關系為:-0.0591pH (7)在圖1中以虛線標出這三者的關系。由電勢-pH圖可見，對任何一定比值的脫硫液而言，此脫硫液的電極電勢與(7)式電勢之差值在電勢平臺內，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值時，兩電極電勢差值不再

7、增大。這一事實表明，任何一個一定比值的脫硫液在它的電勢平臺區(qū)的上限時，脫硫的熱力學趨勢達最大；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)圖I24.1，從熱力學角度看，用EDTA絡合物鐵鹽法脫除天然氣H2S時脫硫液的pH選擇在6.58之間或高于8都是合理的。 三、儀器藥品酸度計，數(shù)字電壓表，鉑片電極(或鉑絲電極)，飽和甘汞電極，復合電極，磁力攪拌器，滴瓶(25ml)，堿式滴定管(50ml)，量筒(100ml)，超級恒溫槽，EDTA，F(xiàn)eCl3·6H2O，F(xiàn)eCl2·4H2O，HCl溶液(4mol·dm-3), NaOH溶液（1 mol

8、83;dm-3）。圖2 電勢¾pH測定裝置圖1. 酸度計 2.數(shù)字電壓表 3.電磁攪拌器 4.復合電極 5.飽和甘汞電極 6.鉑電極 7.反應器四、實驗步驟1. 儀器裝置儀器裝置如圖2所示。復合電極，甘汞電極和鉑電極分別插入反應器三個孔內，反應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電位差計。用電磁攪拌器攪拌。其中復合電極與pH計相連測量體系的pH值；甘汞電極和鉑電極分別與電位差計的正、負極相連以測量體系的電位。2. 配制溶液用臺稱稱取3.5gEDTA，加40ml蒸餾水，加熱溶解，最后讓EDTA溶液冷至25，轉移到反應器中。迅速稱取0.86g FeCl3

9、83;6H2O和0.59g FeCl2·4H2O，立即轉移到反應器中。3. 電勢和pH的測定開動電磁攪拌器，用滴管緩慢滴加2mol/l的NaOH溶液直至溶液pH=8左右(用堿量約28ml)，此時溶液為褐紅色（注意事項：加堿時要防止局部生成Fe(OH)3而產生沉淀）。測定其溶液的和pH。4. 測定此時溶液的pH值和值。 向溶液中滴入少量4mol/l的 HCl，待攪拌0.5分鐘，重新測定體系的pH及值。如此反復，每滴加一次HCl后（其滴加量以引起pH改變0.3左右為限），測一個pH值和值，得出該溶液的一系列電極電勢和pH值，直至溶液變渾濁(pH約等于2.3左右)為止。（由于Fe2+易受空

10、氣氧化，如有條件最好向反應器通入N2保護。） 五、數(shù)據(jù)處理1. 用表格形式列出所測得的電池電動勢和pH值數(shù)據(jù)，以測得的電池電動值(即相對于飽和甘汞電極的體系的電極電勢)為縱軸，pH值為橫軸，作出Fe3+/Fe2+¾EDTA絡合體系的電勢pH曲線。從所得曲線上水平段確定FeY-和FgY-穩(wěn)定存的pH范圍。2. 25時由電極反應： S + 2H+ + 2e = H2S(g)得 = 0.076-0.0296lg-0.0591 pH將= -0.11v，-0.13v，-0.15v所對應的pH值列表，在同一圖上作¾pH直線，求直線與曲線交點的pH值，并指出脫硫最合適的pH值。六、注意事

11、項1. 向反應液中滴加NaOH溶液時，滴加速度一定要慢，防止溶液局部產生沉淀，影響實驗的進行。2. 每次測定體系的和pH時，都要攪拌一段時間再測定。3. 甘汞電極與鉑電極組合是測量體系的電位差的，由于體系的電位低于飽和甘汞電極的電位，因此連接時要把飽和甘汞電極連接電位差計的正極，鉑電極接負極，而在讀數(shù)時，則需要在數(shù)字前加負號。七、思考題1. 寫出Fe3+/Fe2+EDTA絡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及其所對應的Nernst公式的具體形式，并指出每項的物理意義。2. 復合電極有何優(yōu)缺點？其使用注意事項是什么？3. 用酸度計和電位差計測電動勢的原理各有什么不同？它們的

12、測量精確度各是多少？PH-3S 精密酸度計操作規(guī)程一、簡介PH-3S型精密酸度計是一種智能型的實驗常規(guī)分析測量儀器，它適用于醫(yī)藥、環(huán)保、高校和科研單位的的化驗室測量水溶液中PH值和溶液溫度值。二、特點1、儀器采用微處理器技術，使儀器具有自動溫度補償功能，同時儀器也可以進行手動溫度補償，儀器具有斷電保護功能，在使用完畢后關機或非正常斷電情況下，儀器內部存儲的設置參數(shù)不會丟失。2、在（0.060）溫度范圍內，用戶可選擇5種PH緩沖溶液對儀器進行一點、二點標定。三、校準儀器的標準緩沖溶液（25.0）0.05摩爾/升 磷苯二甲酸氫鉀 4.005PH0.025摩爾/升 混合磷酸鹽 6.865PH四、儀器

13、功能介紹儀器有兩種工作狀態(tài)：一次標定和二次標定。每種工作狀態(tài)可同時測量溫度值（外接溫度傳感器）、ph值、溶液電壓值，同時顯示溶液的ph值和溫度值。 儀器共有六個工作鍵，分別為：標定轉換、標定、取消、標定指示燈和測量指示燈；兩個工作指示燈：分別指示標定狀態(tài)和測量狀態(tài)。如圖所示：1、標定轉換：在測量狀態(tài)下按此鍵，可進行一次標定和二次標定之間的轉換，相應的標定指示數(shù)碼管指示其工作狀態(tài)，“1”表示一次標定，“2”表示二次標定。在標定狀態(tài)下按此鍵無效。2、：用于ph值的參數(shù)調節(jié)，進行逐位預置，預置位以閃爍形式提示預置。 或用于預置位增加、減少操作。3、取消：在標定狀態(tài)下，當ph值預置有誤時按此鍵可結束本

14、次操作，重新開始預置。 4、標定：用于標定電極。在測試過程中按次鍵可重新標定。電極標定：標定方式包括一點標定、兩點標定。（1）一點標定： 一點標定是指采用一種標準緩沖溶液對電極系統(tǒng)進行標定，用于自動校準儀器的定位值。儀器把PH復合電極的百分斜率作為100%，在測量精度要求不高的情況下，可采用此方法，簡化操作。（若儀器已經經過兩點標定則不用再進行一點標定，可直接進行一點標定方式下的測量。）操作步驟如下：a、 將PH復合電極插入儀器的測量電極插座內，并將該電極用蒸餾水清洗干凈，放入標準緩沖溶液中（規(guī)定標準緩沖溶液中的任意一種）。b、 當儀器處于一點標定狀態(tài)下（此時標定指示數(shù)碼管指示為“1”），按標

15、定鍵，儀器即進入一點標定工作狀態(tài)，當顯示數(shù)碼管的電壓值穩(wěn)定后，按和 或鍵進行PH值設置，若在預置過程中有錯誤操作按取消鍵即可。（2）二點標定：二點標定是為了提高PH的測量精度。其含義是選用二種標準緩沖溶液對電極系統(tǒng)進行標定，測得PH復合電極的實際百分斜率和定位值。操作步驟如下：按標定鍵（標定指示數(shù)碼管指示“2”），儀器即進入二點標定工作狀態(tài)，當顯示數(shù)碼管的電壓值穩(wěn)定后，按和 或鍵進行PH值設置。在用一種溶液標定完畢之后，儀器立即進入第二種溶液的標定。此時將電極用蒸餾水清洗干凈，放入另一種標準緩沖溶液中。當顯示數(shù)碼管的電壓值穩(wěn)定后，按和 或鍵進行PH值設置。五、操作步驟將傳感器、復合飽和電極、2

16、20V電源接入后面板，后面板如圖所示：操作步驟 將220V電源接入后蓋板上的電源插座。將溫度傳感器、復合電極、對應后面板位置接好。 打開電源開關，顯示初態(tài)如： 2 0000.0 00.000 15 儀器預熱15分鐘。 分別配制好溶液：鄰苯二甲酸氫鉀、硼砂。準備好蒸餾水（用于清洗復合電極）。 旋下復合電極保護套，放在蒸餾水中清洗。把復合電極和溫度傳感器放在“硼砂”溶液中。 在儀器處于測量狀態(tài)下按標定/轉換鍵，選擇標定方式（1或2）（建議用2次標定測量比較準確）。按住標定鍵3秒，標定指示燈亮。此時PH值顯示窗口，小數(shù)點后的第三位閃爍。等到電壓值穩(wěn)定，根據(jù)所顯示的溫度選擇標準的PH值用增加鍵、減少鍵、逐位鍵進行標定。如：25時硼砂的PH值為9.18 按動鍵，小數(shù)點后的第二位數(shù)字閃爍，再按鍵，此位將逐次顯示“9”、“8”至“8”時停止按動鍵。按動鍵，小數(shù)點后的第一位數(shù)字閃爍，再按鍵，此位將顯示“1”，停此按動鍵。按動鍵，個位上的數(shù)字閃爍，再按鍵，此位將顯示“9”， 停止按動鍵。1次標定完成。按動鍵，十位上的數(shù)字閃爍，再按一下鍵，數(shù)秒后小數(shù)點后的第三位又開始閃爍，此時