实验十二 电势-pH曲线的测定姓名：赵永强指导教师：吴振玉基础化学实验一、目的要求1.掌握电极电势、电池电动势及pH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+/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－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 FeY2-+OH-根据能斯特(Nernst)方程，其电极电势为：－稀溶液中水的活度积KW可看作水的离子积，又根据pH定义，则上式可写成－b1－pH其中=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 mFeYmFe 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+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，为标准电极电势；a为活度，a =gm(g为活度系数；m为质量摩尔浓度)则式(1)可改写成－ ＝φy－b2－式中，b2＝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 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FeY-+H++e FeHY-则可求得：－b2－pH在mFe/ mFe不变时，与pH呈线性关系如图中的ab段三、仪器试剂数字电压表 (NH4)2Fe(SO4)26H2O数字式pH计 (NH4)Fe(SO4)212H2O500ml五颈瓶（带恒温套） HCl电磁搅拌器 NaOH药物天平（100 g） EDTA复合电极 铂电极温度计 N2(g)50容量瓶 滴管四、实验步骤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.铂电极 7.反应器 仪器装置如图I24.2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(NH4)2Fe(SO4)2，0.1 mol/L (NH4)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(NH4)2Fe(SO4)2，50ml0.1 mol/L (NH4)Fe(SO4)2，60ml0.5 mol/L EDTA，50ml蒸馏水，并迅速通N23、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/mvpH值电势/mv9.28-5.45.86122.38.9612.25.6122.88.915.65.28123.18.8120.64.49123.58.69284.04124.58.0961.83.67126.67.8176.33.4129.27.5191.33.26131.37.16105.93.111346.8115.43136.86.59118.42.88140.16.51119.22.78143.36.33120.52.72144.96.11121.32.62149.26.07121.82.53152.65.96122 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-+H2S2FeY2-+2H++S2FeY2-+O2+H2O2FeY-+2OH-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110-4～610-4 kgm-3，在25℃时相应的H2S分压为7.29～43.56Pa根据电极反应S+2H++2eH2S(g)在25℃时的电极电势与H2S分压pHS的关系应为：(V)＝－0.072－0.02961lpHS－0.0591pH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mFe / mFe比值的脱硫液而言，此脱硫液的电极电势与反应S+2H++2eH2S(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(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。
①高pH时电极反应为Fe(OH)Y2-+e FeY2-+OH-其电极电势为：－b1－pH其中=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 mFeYmFe 在mFe/ mFe不变时，φ与pH呈线性关系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-，其电极反应为：FeY- ＋e FeY2-其电极电势为：－ ＝φy－b2－ (2)式中，b2＝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mFeY/mFeY的值有关，曲线中出现平台区③低pH时的电极反应为FeY-+H++e FeHY-则可求得：－b2－pH (3)在mFe/ mFe不变时，φ与pH呈线性关系2.脱硫液的mFe/ mFe比值不同，测得的电势—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—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造成加入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。
平时考试注意事项一． 以平常心态考试会发挥得更好紧张时，闭眼，静一静二． 考前不给自己定科目考试分数目标会考得更好三． 审题要仔细要审完关键字要标识能减少失误四． 遇到3--4分钟没思路的题可暂时放弃，演算很复杂的题可等容易简单的题做完后再做，切不可在一道题上消耗过多的宝贵时间五． 解题时只专心在本题上会大大提高正确率，一心二用易失误六． 以中等速度解题争取做一题对一题，做对比做完重要一万倍七． 会的题要保证全对，中档题要争取全对，不会的题争取不交白卷低档题和中档题全做对就能考上一本！八． 力争一次做对，不要指望有时间检查和修改九． 整洁清爽的卷面，正确的书写，会赢得改卷老师的欢喜十． 解题时要由易到难，尤其是理综卷可看成是一门课容易的题先做，拿到了基本分，心踏实了，反而会发挥得更好十一． 解题推演要一步一步地推，跳步骤可能导致失误丢分十二． 草稿纸演算标题号，书写要整齐，以便查错方便十三． 考过的科目不要再去想它，一门心思准备后面的考试十四． 晚上要早点休息，保证以最佳状态参加考试十五． 考试要带的东西要头天晚上准备好，以免遗漏，并放在最瞩目的地方十六． 考试前一天晚上把考试格言认真读一遍。
高考和平时考试并无二样，所不同的只是高考内容广泛且综合，囊括了小学，初中，高中所学知识高考主要考核每个考生十二年来所学知识的全面性，灵活性和解题能力统计过去历次高考情况，试题难易程度分配率大致排比为3:5:2，即一般难度的大约三成，中等难度的大约占五成，难度大点的所谓提高题约占二成由此可见，只要能把中等难度以前的分数全都拿到，总分应该稳得600分如果提高题再能拿到30%应有的分数，那总分就可得640—650分了所以一定要有信心和决心，不要被高考所吓倒当然对待每道具体试题，还一定要认真细心，不能有丝毫马虎大意才行接到试卷后不要急着答题，先简略的浏览下卷间的篇幅及夹层面或背面有无试题（防止答漏题）以及试卷的说明和要求（或注意事项）还要留意答案的相应位置审题和解题应是同步进行的，每道题在解题前都必须用几秒到几十秒的时间先认真思考一下试题的意义和要解答的问题以及如何去解答审题要注意试题里关键词和字的意义，特制一些棱模两可的词和字一定要区分清楚有时一遍弄不懂的就要两遍三遍，知道弄懂题意后再动笔作答审题要集中思想，专心致志，不要一心挂两头，瞻前顾后，分散精力，打乱思维思考到那一题就好像全张试卷就只有这么一题。
其他试卷题全都不存在似地总之，思考试题时精力一定要高度集中，千万不可以思考了这一题又惦记着那一题也不要怕审题耽误时间，常言道磨刀不误砍柴工题审好答案明朗了，下笔要流利些，顺当些，时间省在里面不说，更重要的是避免。