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1、电势PH曲线实验报告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1、掌握电极电势、电池电动势及pH的测定原理与方法。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，即电极电势与浓度与酸度成函数关系。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
2、合体系在不同的pH值范围内，其络合产物不同，以Y4-代 表EDT.A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时电极反应为Fe(0H)Y2-+eFeY2-+0H-根据能斯特(Nernst)方程，其电极电势为：(标准)一-22Fe (OH) YOHFeY 1 naaaFRT 稀溶液中水的活度积KW可瞧作水的离子积， 又根据pH定义，则上式可写成(标准)一bl FRTmmFRT303. 21n-22Fe(OH) YFeY )()(pH 其中 lb=) () (ln22 YOHFeKwFeYFRT 。在EDTA过量时，生成的络合物的浓度可近似瞧作为配制溶液时铁离子的浓度。
3、即 mFeY2- mFe2 +。在mFe2+/mFe3+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+与Fe3+能与EDTA生成稳定的络合物FeY2-与FeY-,其电极反应为FeY-FeY2-其电极电势为（标准）一-2FeYFeYlnaaFRT 式中，（标准） 为标准电极电势;a为活度,a二 m（为活度系数;m为质量摩尔浓度）。则式（1）可改写成（标准）22FeYFeYFe YFeY 1 n 1 nmmFRTFRT= e -b2-2FeYFeYlnmmFRT 式中，b2=2FeYFeYl nFRT。当溶液离子强度与温度一定时,b2为常数。在此pH范围内，该体系的电极电
4、势只 与mFeY2-/mFeY-的值有关，曲线中出现平台区（上图中be段）。低pH时的电极反应为FeY-+H+eFeHY-则可求得：（标准）一 b2FRTmmFRT303. 21 nFeYFeHY pH 在 mFe2 + /mFe3+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 （S04） 2 6H20 数字式 pH 计（NH4）Fe（S04）2 12H20500ml 五颈瓶（带恒温套）HC1电磁搅拌器NaOH药物天平（100g）EDTA复合电极铠电极温度计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
5、、复合电极5、饱与甘汞电极6、铠电极7、反应器仪器装置如图I 24、2所示。复合电极，甘汞电极与铀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、lmol/L(NH4)2Fe(S04)2,0. lmol/L(NH4)Fe(S04)2(配前加两滴 4mol/LHC1),O、5mol/LEDTA(配前加 1、5 克NaOH),4mol/LHCl,2mol/LNaOH 各 50ml o然后按下列次序加入:50皿10、lmol/L(NH4)2Fe(S04)2,50ml0,lmol/L(NH4)
6、Fe(S04)2,60ml0. 5mol/LEDTA, 50ml 蒸憾水，并迅速通 N2。3、将复合电极、甘汞电极、铠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，然后将柏电极，甘汞电极接在数字电压表的+ ”、一”两端，测定两极间的电动势，此电动势就是相 对于饱与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 电极电势与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、86
7、122、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
8、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-+H2S脱硫 2FeY2-+2H+S 2FeY2-+2102+H20再生2FeY-+20H-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
9、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 1X10-4 6X10-4kg旷3,在25C时相应的H2S分压为7、2943、56Pa。根据电极反应S+2H+2eH2S(g)在251时的电极电势 与H2S分压pH2S 的关系应为：(V)=0、072 0、029611 pH2S0、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mFe3 +/mFe2 +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
10、,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mFe3+/mFe2 +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，从热力学角度瞧，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、58之间，或高于8都就是合理的，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与高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。髙pH时电极反应为Fe(0H)Y2-
11、+eFeY2-+OH-其电极电势为：(标准)一blFRTmmFRT303.21n-2-2Fe(0H)YFeY pH 其中 lb=)()(1n22 YOHFeKwFeYFRT 。在EDTA过量时，生成的络合物的浓度可近似瞧作为配制溶液时铁离子的浓度。即 mFeY mFeO在mFe2+/mFe3 +不变时，4与pH呈线性关系。 在特定的PH范围内.Fe2+与Fe3+能与EDTA生成稳定的络合物FeY2-与FeY-,其电极反应为:FeY-+ eFeY2-其电极电势为：(标准)一)(FeY) (FeY) (FeYFeY221 n 1 nmmFRTFRT)(=e -b2-) FeYFeY2In ()(m
12、mFRT(2)式中,b2=)()(-2FeYFeYln FRT。当溶液离子强度与温度一定时,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。 低pH时的电极反应为FeY-+H+eFeHY-则可求得：(标准)一b2FRTmmFRT303. 21nFeYFeHY )()(pH在mFe2+/mFe3 +不变时，与pH呈线性关系。2、脱硫液的mFe3+/mFe2+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造成加入NaOH时，溶液上部出现
13、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。实验五氧化还原及应与电极电势一、实验目的1、掌握电极电势对氧化还原反应的影响。2、定性观察浓度、酸度对电极电势的影响。3、定性观察浓度、酸度、温度、催化剂对氧化还原反应的方向、产物、速度的影响。4、通过实验了解原电池的装置。二、实验原理氧化剂和还原剂的氧化、还原能力强弱，可根据她们的电极电势的相对大小来衡 量。电极电势的值越大，则氧化态的氧化能力越强，其氧化态物质是较强氧 化剂。电极电势的值越小，则还原态的还原能力越强，其还原态物质是较强 还原剂。只有较强的氧化剂才能和较强还原剂反应。即e氧化剂
14、-e还原 剂o时，氧化还原反应可以正方向进行。故根据电极电势可以判断氧化还 原反应的方向。利用氧化还原反应而产生电流的装置，称原电池。原电池的电动势等于正、负两 极的电极电势之差：e二e正-e负。根据能斯特方程：0. 0591 氧化型lgn半还原型其中氧化型/还原型表示氧化态一边各物质浓度無次方的乘积与还原态一边 各物质浓度幕次方乘积之比。所以氧化型或还原型的浓度、酸度改变时，则 电极电势4)值必定发生改变，从而引起电动势E将发生改变。准确测定电 动势是用对消法在电位计上进行的。本实验只是为了定性进行比较，所以采 用伏特计。浓度及酸度对电极电势的影响，可能导致氧化还原反应方向的改 变，也可以影
15、响氧化还原反应的产物。三、仪器和药品仪器：试管，烧杯，伏特计，表面皿，U形管药品：2mol L-1HC1,浓 HNO3, lmol L-lHN03,3mol L-lHAc, lmol L-1H2S04, 3mol L-1H2S04, 0. lmol L-1H2C204,浓 NH3 H20 (加ol L-l), 6mol L-lNaOH, 40%Na0Holmol L-lZnS04, lmol L-lCuS04, 0. lmol L-1KI, 0. lmol L-lAgN03,0. lmol L-lKBr, 0. lmol L-lFeC13, 0. lmol L-lFe2(SO4)3,0. lmol L-lFeS04, lmol LlFeS04,0. OOlmol L-lKMnO4, 0. lmol L-lNa2S03, 0. lmol L-lNa3AsO3,0. lmol L-lMnS04, 0. lmol L-1NH4SCN
