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。测定Fe3+/Fe2+-EDTA溶液在不同pH条件下的电极电势，绘制电势
、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。
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 Y4-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（OH）Y2+e 二 FeY2-+OH-
根据能斯特（Nernst）方程，其电极电势为：
（标准）
%⑺◎
a Fe(OH)Y2-
稀溶液中水的活度积 成
Kw可看作水的离子积，又根据 pH定义，则上式可写
（标准）
—b1 —
RTln
m(FeY2)
叫 Fe(OH)Y 2)
2.303RT
F
pH
RT （FeY2） Kw
其中b1= ln 厂。
F （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
2- 2+ 2+ 3 +
度。即mFeY mFe 。在mFe / mFe不变时， 与pH呈线性关系。如图中的
cd段。
②在特定的PH范围内，Fe2+ft Fe3+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
（标准）RTFln
（标准）
RT
F
ln
aFeY2
aFeY-
式中,
式中,
浓度）
（标准）为标准电极电势；a为活度，a = ? m（为活度系数；m为质量摩尔
则式（1）可改写成
（标准）RTlnFeY2-FeY-巴ln业F
（标准）
RTln
FeY2-
FeY-
巴ln业
F 叫 eY-
?— b2 -五业
F 叫eY-
式中,
b2=
RTln
FeY2-
。
FeY
FeY-
当溶液离子强度和温度一定时,b
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
电势只与
2- -
mFeY /mFeY的值有关，曲线中出现平台区（上图中 bc段）
③低pH时的电极反应为
则可求得：
FeY+H++e ——FeHY
（标准）
—b2—
RT “ ％HY-
F 叫 eY-
2.303RT
F
pH
2+ 3+
在mFe / mFe不变时,
与pH呈线性关系。如图中的ab段
(NH
(NH4)2Fe(SO4)2 ? 6H2O
(NH4)Fe(SO4)2 ? 12H2O
HCl
NaOH
EDTA
铂电极
N2(g)
滴管
三、仪器试剂
数字电压表
数字式pH计
500ml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
四、实验步骤
1、按图接好仪器装置图
水
3
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 24.2 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 0.1mol/L(NH 4)2Fe(SO4)2, 0.1 mol/L (NH 4)Fe(SO4)2 (配前加 两滴 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 mol/L EDTA ，50ml 蒸馏水，并迅速通 N2。
3、 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 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、实验数据记录与处理
pH值
电势 /mv
pH值
电势/mv
9.28
-5.4
5.86
122.3
8.96
12.2
5.6
122.8
8.9
15.6
5.28
123.1
8.81
20.6
4.49
123.5
8.69
28
4.04
124.5
8.09
61.8
3.67
126.6
7.81
76.3
3.4
129.2
7.51
91.3
3.26
131.3
7.16
105.9
3.11
134
6.8
115.4
3
136.8
6.59
118.4
2.88
140.1
6.51
119.2
2.78
143.3
6.33
120.5
2.72
144.9
6.11
121.3
2.62
149.2
6.07
121.8
2.53
152.6
5.96
122
200电劳-pH曲线
200
电劳-pH曲线
PH
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 H2S。利用Fe3+-EDTA溶液 可将天然气 中H2S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，通入空气可以使F0-EDTA氧化成Fe3+-EDTA，使溶液得到再生，不断循 环使用，其反应如下：
脱硫 +
2FeY +H2S 2FeY2+2H++S
-1 再生
2FeY2 + — O2+H2O 再生 2FeY +2OH
2
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H2S含量约 1 X 10-4?6X 10-4 kg ? m-3,在 25C 时相应的 H2S 分压为 7.29?43.56Pa
根据电极反应
S+2H++2e—H2S(g)
在25r时的电极电势 与H2S分压ph2s的关系应为:
(V) = — 0.072- 0.02961lpH2s— 0.0591pH
在图2-17-1中以虚线标出这三者的关系。
3+ 2+
由电势-pH图可见，对任何一定 mFe / mFe比值的脱硫液而言，此脱硫液 的电极电势与反应 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。这一事实表明，任何具有一定的
3 + 2+
mFe / mFe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增大而增加，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pH选择在6.5?8之间，或高于8都是合理的，但pH不宜大于12,否 则会有Fe(0H)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 一 FeY2-+OH-
其电极电势为：
(标准)—b1 —RTF
(标准)
—b1 —
RT
F
In
m^-
mFe(OH)Y2-
2.303RT
F
pH
其中b1 =RTln
其中b1 =
RTln
2
(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，0与pH呈线性关系。
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-，其电
极反应为：
FeY- + e — FeY2-
其电极电势为：
式中,RT ,(标准)—
式中,
RT ,
(标准)— ln
(FeY2-)
RT
ln
m(FeY2-)
=o — b2—巴 In
m( FeY2-)
F
(FeY-)
F
m(FeY-)
F
m( FeY-)
(FeY-)。当溶液离子强度和温度一定时,
(FeY-)
RTln
b2为常数。在此pH范围内，该
体系的电极电势只与 mFeY2/mFeY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：
(标准)—b2—学ln皿警^h
F 讥FeY-) F
在mFe2+/ mFe3+不变时，o与pH呈线性关系。
2?脱硫液的 mFe3 + / mFe2+比值不同，测得的电势一 PH曲线有什么差异? 答：当脱硫液的 mFe / mFe"比值不同时影响电势一 PH曲线的斜率。
八、注意事项
搅拌速度必须加以控制，防止由于搅拌不均匀造成加入 NaOH时，溶液上部出现少量的
Fe(OH) 3沉淀。
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。
推荐访问:实验报告 电势 曲线 实验 电势-PH曲线实验报告0001