2023年电势PH曲线实验报告.docx
基础化学实险实验十二电势pH曲线的测定姓名：赵永强指导教师：吴振玉一、目的规定1 .掌握电极电势、电池电动势及P H的测定原理和方法。2 . 了解电势-pH图的意义及应用。3 .测定Fe3+/Fe?+-EDTA溶液在不同p H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映不仅与溶液中离子的浓度有关，并且与溶液的pH值有关, 即电极电势与浓度和酸度成函数关系。假如指定溶液的浓度，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-PH曲线。FeY2+OH对于F e "/Fe2+-EDTA配合体系在 不同的PH值范围内，其络合产物不同，以 丫4一代表E DTA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。高pH时电极反映为F e(OH)Y2+e 根据能斯特(Nernsl)方程，其电极电势为:FcY) OHR(oh)广稀溶液中水的活度积Kw可看作水的离子积,又根据p H定义，则上式可写成不小 ； RT】 ShyD 2.303RT .=(标准"一下In pH/(FeY2 ) - Kw/(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7FcY错误! P7Fc错误！。在mFe错误!/ ，"Fc错误!不变时，与pH呈线性关系。 如图中的Cd段。在特定的PH范围内，Fe2和Fe3+能与ED T A生成稳定的络合物F eY?和FeY,其电极反映为FeY- +e = FeY2-其电极电势为小小RTX aRY2-6二a标准）一 万批- F /Y式中，（标准）为标准电极电势;。为活度,a =广?（y为活度系数;Z为质量摩尔 浓度）。则式（1）可改写成二"批/一生心巧上刊叫a标掂 FF F kTrh » RT * /氏丫） 式中，bi= ln-匚。F 4丫当溶液离子强度和温度一定期，乞为常数。在此pH范围内，该体系的电极电势只与 Sfcy / 7fcY错误!的值有关，曲线中出现平台区（上图中be段）。2-低pH时的电极反映为FeY +H+e = FeHY则可求得：2.303R7 TI-F0在泄FC错误！/ hc错误!不变时，与pH呈线性关系。如图中的。6段。三、仪器试剂(NH4)2Fe(S O(NH4)Fe(S OHC 1NaOHEDTA伯电极数字电压表4)2 , 6H 20数字式P H计 4）2 12H10500ml五颈瓶（带恒温套）电磁搅拌器药物天平（100 g）复合电极温度计50容量瓶N2(g)滴管N2(g)滴管四、实验环节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.反映器仪器装置如图124.2所示。复合电极，甘汞电极和伯电极分别插入 反映器三个孔内，反映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 0.1 mol/L(NH4)2Fe(S 0力2, 0. 1 mol/L (NH4)Fe (S 。4)2(配前加两滴 4 mol/L HC1) , 0 .5 mol/L EDTA (配前加 1.5 克 NaOH), 4 mol/L HC 1 , 2 mo 1 / L NaOH 各 5 0 m 1。然后按下列顺序加 入:50ml0.1mol/L(NH4)2Fe(S04)2,5 0ml 0 .1 mol / L (NH4)Fe( S O,) 2,6 0 ml().5 mol/L E DTA, 5 ()ml 蒸镭水，并迅速通 N 2。3、将复合电极、甘汞电极、伯电极分别插入反映容器盖子上三个孔,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，然后将伯电极，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。用滴管从反映容器的第四个孔（即氮气出气口）滴 入少量4mol/LNa OH溶液，改变溶液p H值，每次约改变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、实验数据记录与解决pH值电势/m vpH值电势/mv9.2 8-5.45.8612 2.38.9612.25. 6122.88. 915. 65. 281 23. 18.8 120.64. 4912 3.58. 69284 . 04124. 58. 0961. 83.6 7126.67.8176.33.41 2 9.27.519 1.33 . 26131.37. 16105. 93. 111346. 8115. 431 3 6.86 . 59118.42. 8814 0.16. 5 1119.22. 7814 3.36. 3 31 20. 52. 72144. 96. 1 1121.32. 62149.26. 07121. 82. 5 315 2.65. 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映及平衡问题(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+/Fe-E DTA体系, 可用于消除天然气中的有害气体H?S。运用F。3+一edTA溶液 可将天然气中 H2s氧化成元素硫除去，溶液中FeEDTA络合物被还原为Fe?+ 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，其反映如下：2 FeY + H 2 s ' " > 2FeY2 +2FT+S12FeY? +.O2+H2O 性-> 2FeY"+ 2 OH2在用EDTA络合铁盐脱除天然气中硫时，Fe3+/ Fe2+-EDTA络合体系的电 势一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 IXlOXIOkg - m-3,在 25 时相应的 H2 s 分压为 7.2943.56 Pa。根据电极反映S+2H+2 e =H2s ( g)在25°。时的电极电势与H2s分压2H错误!S的关系应为：(V)=-0. 072- 0 . 0296 1 1h错误!s 0 . 0 5 9 1 pH在图2-17-1中以虚线标出这三者的关系。由电势一pH图可见，对任何一定根已错误！/错误!比值的脱硫液而言，此脱硫液的电极电势与反映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。这一事实表白，任何具有一 定的"总错误!/ 超错误!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，超过此pH后,脱硫趋势保持定值而不再随pH增大而增长，由此 可知,根据-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，脱硫液的P H选择在6.58之间，或高于8都是合理的，但p H不宜大于12, 否则会有Fe(OH)3沉淀出来。七、思考题1 .写出Fe37Fe2+-ED TA络合体系在电势平台区、低pH和高pH时,体系的基本电 极反映及其所相应的电极电势公式的具表达式，并指出每项的物理意义。高pH时电极反映为Fe(OH) Y2-+e = FeY2-+OH-2.303RTF-PH其电极电势为：T, RT、 "丫2二a标准)仙F以9HH其中b1=宠丁卜7(尸ey") Kw F ° 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cY错误!错误！。在优Fe错误！ / mFe错误!不变时,。与pH呈线性关系。在特定的PH范围内,F-+和F e3+能与EDTA生成稳定的络合物F e Y2一和FeY,其电 极反映为：FeY +e B FeY2-其电极电势为：f , RT、八口丫3) RT、机依丫2)q , RTt=-=(pe-b2- nF心丫)F扇Y)F式中，b 红in强立。当溶液离子强度和温度一定期也为常数。在此PH范围内，该体 F八入丫-)系的电极电势只与?FeY错误!/?%、错误!的值有关，曲线中出现平台区。低pH时的电极反映为FeY +H+e = F e HY则可求得:,f , RTy Srhy) 2.303AT TT2- -ln PH(3)F 1Y)F在mFe错误!/加卜飞错误!不变时，勿与PH呈线性关系。2.脱硫液的TWfc错误!/ lFe错误!比值不同,测得的电势一PH曲线有什么差异？答:当脱硫液的L c错误!/ 一e错误!比值不同时影响电势一PH曲线的斜率。八、注意事项1.搅拌速度必须加以控制，防止由于搅拌不均匀导致加入NaOH时，溶液上部出现少量的Fe(OH)3沉淀。2 .甘汞电极使用时应注意KCL溶液需浸没水银球,但液体不可堵住加液小孔。
