電勢(shì)PH曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電勢(shì)PH曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)十二電勢(shì)-pH曲線的測(cè)定姓名：趙永強(qiáng)指導(dǎo)教師：吳振玉一、目的要求1、掌握電極電勢(shì)、電池電動(dòng)勢(shì)及pH的測(cè)定原理與方法。2、了解電勢(shì)-pH圖的意義及應(yīng)用。3、測(cè)定Fe3+/Fe2+-EDTA溶液在不同pH條件下的電極電勢(shì)，繪制電勢(shì)-pH曲線。二、實(shí)驗(yàn)原理很多氧化還原反應(yīng)不僅與溶液中離子的濃度有關(guān)，而且與溶液的pH 值有關(guān)，即電極電勢(shì)與濃度與酸度成函數(shù)關(guān)系。如果指定溶液的濃度，則電極 電勢(shì)只與溶液的pH值有關(guān)。在改變?nèi)芤旱膒H值時(shí)測(cè)定溶液的電極電勢(shì)，然 后以電極電勢(shì)對(duì)pH作圖，這樣就可得到等溫、等濃度的電勢(shì)一pH曲線。對(duì)于Fe3+/Fe2+-EDTA配

2、合體系在不同的pH值范圍內(nèi)，其絡(luò)合產(chǎn)物不同，以Y4-代 表EDT.A酸根離子。我們將在三個(gè)不同pH值的區(qū)間來討論其電極電勢(shì)的變化。 高pH時(shí)電極反應(yīng)為Fe(0H)Y2-+eFeY2-+0H-根據(jù)能斯特(Nernst)方程，其電極電勢(shì)為：(標(biāo)準(zhǔn))一-22Fe (OH) YOHFeY 1 naaaFRT 稀溶液中水的活度積KW可瞧作水的離子積， 又根據(jù)pH定義，則上式可寫成(標(biāo)準(zhǔn))一bl FRTmmFRT303. 21n-22Fe(OH) YFeY )()(pH 其中 lb=) () (ln22 YOHFeKwFeYFRT 。在EDTA過量時(shí)，生成的絡(luò)合物的濃度可近似瞧作為配制溶液時(shí)鐵離子的濃度。

3、即 mFeY2- mFe2 +。在mFe2+/mFe3+不變時(shí)，與pH呈線性關(guān)系。如圖中的cd段。 在特定的PH范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+與Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-與FeY-,其電極反應(yīng)為FeY-FeY2-其電極電勢(shì)為（標(biāo)準(zhǔn)）一-2FeYFeYlnaaFRT 式中，（標(biāo)準(zhǔn)） 為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì);a為活度,a二 m（為活度系數(shù);m為質(zhì)量摩爾濃度）。則式（1）可改寫成（標(biāo)準(zhǔn)）22FeYFeYFe YFeY 1 n 1 nmmFRTFRT= e -b2-2FeYFeYlnmmFRT 式中，b2=2FeYFeYl nFRT。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度與溫度一定時(shí),b2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電

4、勢(shì)只 與mFeY2-/mFeY-的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)平臺(tái)區(qū)（上圖中be段）。低pH時(shí)的電極反應(yīng)為FeY-+H+eFeHY-則可求得：（標(biāo)準(zhǔn)）一 b2FRTmmFRT303. 21 nFeYFeHY pH 在 mFe2 + /mFe3+不變時(shí)，與pH呈線性關(guān)系。如圖中的ab段。三、儀器試劑數(shù)字電壓表（NH4） 2Fe （S04） 2 6H20 數(shù)字式 pH 計(jì)（NH4）Fe（S04）2 12H20500ml 五頸瓶（帶恒溫套）HC1電磁攪拌器NaOH藥物天平（100g）EDTA復(fù)合電極鎧電極溫度計(jì)N2（g） 50容量瓶滴管四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖接好儀器裝置圖1、酸度計(jì)2、數(shù)字電壓表3、電磁攪拌器4

5、、復(fù)合電極5、飽與甘汞電極6、鎧電極7、反應(yīng)器儀器裝置如圖I 24、2所示。復(fù)合電極，甘汞電極與鈾電極分別插入反應(yīng)器三個(gè) 孔內(nèi)，反應(yīng)器的夾套通以恒溫水。測(cè)量體系的pH采用pH計(jì)，測(cè)量體系的電勢(shì) 采用數(shù)字壓表。用電磁攪拌器攪拌。2、配制溶液預(yù)先分別配置 0、lmol/L(NH4)2Fe(S04)2,0. lmol/L(NH4)Fe(S04)2(配前加兩滴 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、將復(fù)合電極、甘汞電極、鎧電極分別插入反應(yīng)容器蓋子上三個(gè)孔，浸于液面下。4、將復(fù)合電極的導(dǎo)線接到pH計(jì)上，測(cè)定溶液的pH值，然后將柏電極，甘汞電極接在數(shù)字電壓表的+ ”、一”兩端，測(cè)定兩極間的電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)就是相 對(duì)于飽與甘汞電極的電極電勢(shì)。用滴管從反應(yīng)容器的第四個(gè)孔(即氮?dú)獬鰵?口)滴入少量4mol/LNaOH溶液，改變?nèi)芤簆H值，每次約改變0、3,同時(shí)記錄 電極電勢(shì)與pH值，直至溶液PH=8時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)。收拾整理儀器。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理pH值電勢(shì)/mvpH值電勢(shì)/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、討論電勢(shì)-pH圖的應(yīng)用電勢(shì)-pH圖對(duì)解決在水

8、溶液中發(fā)生的一系列反應(yīng)及平 衡問題(例如元素分離，濕法冶金，金屬防腐方面)，得到廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)討 論的Fe3+/Fe2+-EDTA體系，可用于消除天然氣中的有害氣體H2S。利用 Fe3+-EDTA溶液可將天然氣中H2S氧化成元素硫除去，溶液中Fe3+-EDTA絡(luò) 合物被還原為Fe2+-EDTA配合物，通入空氣可以使Fe2+-EDTA氧化成 Fe3+-EDTA,使溶液得到再生，不斷循環(huán)使用，其反應(yīng)如下:2FeY-+H2S脫硫 2FeY2-+2H+S 2FeY2-+2102+H20再生2FeY-+20H-在用EDTA絡(luò)合鐵鹽脫除天然氣中硫時(shí),Fe3+/Fe2+-EDTA絡(luò)合體系的電勢(shì)-pH曲線

9、可以幫助我們選擇較適宜的脫硫條件。例如，低含硫天然氣H2S含量約 1X10-4 6X10-4kg曠3,在25C時(shí)相應(yīng)的H2S分壓為7、2943、56Pa。根據(jù)電極反應(yīng)S+2H+2eH2S(g)在251時(shí)的電極電勢(shì) 與H2S分壓pH2S 的關(guān)系應(yīng)為：(V)=0、072 0、029611 pH2S0、0591pH在圖2-17-1中以虛線標(biāo)出這三者的關(guān)系。由電勢(shì)-pH圖可見，對(duì)任何一定mFe3 +/mFe2 +比值的脫硫液而言，此脫硫液的電極電勢(shì)與反應(yīng)S+2H+2eH2S (g)的電極 電勢(shì)之差值，在電勢(shì)平臺(tái)區(qū)的pH范圍內(nèi)，隨著pH的增大而增大，到平臺(tái)區(qū)的 pH上限時(shí)，兩電極電勢(shì)差值最大，超過此pH

10、,兩電極電勢(shì)值不再增大而為定值。這一事實(shí)表明，任何具有一定的mFe3+/mFe2 +比值的脫硫液，在它的電勢(shì)平臺(tái)區(qū)的上限時(shí)，脫硫的熱力學(xué)趨勢(shì)達(dá)最大，超 過此pH后，脫硫趨勢(shì)保持定值而不再隨pH增大而增加，由此可知，根據(jù)-pH 圖，從熱力學(xué)角度瞧，用EDTA絡(luò)合鐵鹽法脫除天然氣中的H2S時(shí)，脫硫液的 pH選擇在6、58之間，或高于8都就是合理的，但pH不宜大于12,否則會(huì) 有Fe(OH)3沉淀出來。七、思考題1、寫出Fe3+/Fe2+EDTA絡(luò)合體系在電勢(shì)平臺(tái)區(qū)、低pH與高pH 時(shí)，體系的基本電極反應(yīng)及其所對(duì)應(yīng)的電極電勢(shì)公式的具表示式，并指出每 項(xiàng)的物理意義。髙pH時(shí)電極反應(yīng)為Fe(0H)Y2-

11、+eFeY2-+OH-其電極電勢(shì)為：(標(biāo)準(zhǔn))一blFRTmmFRT303.21n-2-2Fe(0H)YFeY pH 其中 lb=)()(1n22 YOHFeKwFeYFRT 。在EDTA過量時(shí)，生成的絡(luò)合物的濃度可近似瞧作為配制溶液時(shí)鐵離子的濃度。即 mFeY mFeO在mFe2+/mFe3 +不變時(shí)，4與pH呈線性關(guān)系。 在特定的PH范圍內(nèi).Fe2+與Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-與FeY-,其電極反應(yīng)為:FeY-+ eFeY2-其電極電勢(shì)為：(標(biāo)準(zhǔn))一)(FeY) (FeY) (FeYFeY221 n 1 nmmFRTFRT)(=e -b2-) FeYFeY2In ()(m

12、mFRT(2)式中,b2=)()(-2FeYFeYln FRT。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度與溫度一定時(shí),b2為常數(shù)。在此pH范 圍內(nèi)，該體系的電極電勢(shì)只與mFeY/mFeY的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)平臺(tái)區(qū)。 低pH時(shí)的電極反應(yīng)為FeY-+H+eFeHY-則可求得：(標(biāo)準(zhǔn))一b2FRTmmFRT303. 21nFeYFeHY )()(pH在mFe2+/mFe3 +不變時(shí)，與pH呈線性關(guān)系。2、脫硫液的mFe3+/mFe2+比值不同，測(cè)得的電勢(shì)PH曲線有什么差異？答： 當(dāng)脫硫液的mFe/mFe比值不同時(shí)影響電勢(shì)一PH曲線的斜率。八、注意事項(xiàng)1、攪拌速度必須加以控制，防止由于攪拌不均勻造成加入NaOH時(shí)，溶液上部出現(xiàn)

13、少 量的Fe(OH)3沉淀。2、甘汞電極使用時(shí)應(yīng)注意KCL溶液需浸沒水銀球,但液體不可堵住加液小孔。實(shí)驗(yàn)五氧化還原及應(yīng)與電極電勢(shì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電極電勢(shì)對(duì)氧化還原反應(yīng)的影響。2、定性觀察濃度、酸度對(duì)電極電勢(shì)的影響。3、定性觀察濃度、酸度、溫度、催化劑對(duì)氧化還原反應(yīng)的方向、產(chǎn)物、速度的影響。4、通過實(shí)驗(yàn)了解原電池的裝置。二、實(shí)驗(yàn)原理氧化劑和還原劑的氧化、還原能力強(qiáng)弱，可根據(jù)她們的電極電勢(shì)的相對(duì)大小來衡 量。電極電勢(shì)的值越大，則氧化態(tài)的氧化能力越強(qiáng)，其氧化態(tài)物質(zhì)是較強(qiáng)氧 化劑。電極電勢(shì)的值越小，則還原態(tài)的還原能力越強(qiáng)，其還原態(tài)物質(zhì)是較強(qiáng) 還原劑。只有較強(qiáng)的氧化劑才能和較強(qiáng)還原劑反應(yīng)。即e氧化劑

14、-e還原 劑o時(shí)，氧化還原反應(yīng)可以正方向進(jìn)行。故根據(jù)電極電勢(shì)可以判斷氧化還 原反應(yīng)的方向。利用氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置，稱原電池。原電池的電動(dòng)勢(shì)等于正、負(fù)兩 極的電極電勢(shì)之差：e二e正-e負(fù)。根據(jù)能斯特方程：0. 0591 氧化型lgn半還原型其中氧化型/還原型表示氧化態(tài)一邊各物質(zhì)濃度無次方的乘積與還原態(tài)一邊 各物質(zhì)濃度幕次方乘積之比。所以氧化型或還原型的濃度、酸度改變時(shí)，則 電極電勢(shì)4)值必定發(fā)生改變，從而引起電動(dòng)勢(shì)E將發(fā)生改變。準(zhǔn)確測(cè)定電 動(dòng)勢(shì)是用對(duì)消法在電位計(jì)上進(jìn)行的。本實(shí)驗(yàn)只是為了定性進(jìn)行比較，所以采 用伏特計(jì)。濃度及酸度對(duì)電極電勢(shì)的影響，可能導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)方向的改 變，也可以影

15、響氧化還原反應(yīng)的產(chǎn)物。三、儀器和藥品儀器：試管，燒杯，伏特計(jì)，表面皿，U形管藥品：2mol L-1HC1,濃 HNO3, lmol L-lHN03,3mol L-lHAc, lmol L-1H2S04, 3mol L-1H2S04, 0. lmol L-1H2C204,濃 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. lm

16、ol L-lFeS04, lmol LlFeS04,0. OOlmol L-lKMnO4, 0. lmol L-lNa2S03, 0. lmol L-lNa3AsO3,0. lmol L-lMnS04, 0. lmol L-1NH4SCN, 0. Olmol L-1I2 水，Br2 水，CC14, 固體 NH4F,固體 0. 4mol LlK2Cr207,(NH4)2S208,飽和KC1。鋅粒，瓊脂，電極(鋅片、銅片、鐵片、碳棒)，水浴 鍋，導(dǎo)線，鱷魚夾，砂纟氏，紅色石蕊試紙。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 電極電勢(shì)和氧化還原反應(yīng)(1) 在試管中分別加入少量0. 5mL0. lmolL-1KI溶液和2滴0.

17、 lmolL-lFeC13 溶液，混勻后加入0. 5mLCC14，充分振蕩，觀察CC14層顏色有何變化？(2) 用0. lmolL-lKBr溶液代替KI進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，觀察CC14層是否有Br2 的橙紅色？(3) 分別用Br2水和12水同0. lmolL-lFeS04溶液作用，有何現(xiàn)象？再加入 1滴0. lmol L-1NH4SCN溶液，又有何現(xiàn)象？根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)，定性比較Br2/Br-、I2/I-、Fe3+/Fe2+三個(gè)電對(duì)的電極電勢(shì) 相對(duì)高低，指出哪個(gè)物質(zhì)是最強(qiáng)的氧化劑，哪個(gè)物質(zhì)是最強(qiáng)的還原劑，并說 明電極電勢(shì)和氧化還原反應(yīng)的關(guān)系。2. 濃度和酸度對(duì)電極電勢(shì)的影響(1)濃度影響1) 在兩支

18、 50mL 燒杯中，分別加入 30mLlmol L-lZnS04 和 30mLlniol LlCuS04溶液。在ZnSO4溶液中插入Zn片，在CuSO4溶液中插入Cu片，用導(dǎo)線將 Zn片和Cu片分別與伏特計(jì)的負(fù)極和正極相連，用鹽橋連通兩個(gè)燒杯溶液, 測(cè)量電動(dòng)勢(shì)(如圖33所示)。2) 取出鹽橋，在CuSO4溶液中滴加濃NH3H20溶液并不斷攪拌，至生成的沉淀溶解而形成藍(lán)色溶液，放入鹽橋，觀察伏特計(jì)有何變化。利用能斯特方程解 釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。CuS04+2NH3 H20=Cu2(0H)2S04+(NH4)2S04(NH4)2S04+2NH3 H20=2Cu(NH3)42+S042-+20H-圖33原電

19、池裝置3) 再取出鹽橋，在ZnS04溶液中滴加濃$H3H20溶液并不斷攪拌至生成的沉淀溶解后，放入鹽橋，觀察伏特計(jì)有何變化。利用能斯特方程解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。ZnS04+2NH3 H20二Zn(0H)2+(NH4)2S04Zn(OH)2+4NH3二Zn(NH3)42+20H-(2)酸度影響1) 取兩支50mL燒杯，在一只燒杯中注入30mLlmo 1L-lFeS04溶液，插入Fe片，另一只燒杯中注入30mL0. 4molL-lK2Cr207溶液，插入碳棒。將Fe 片和碳棒通過導(dǎo)線分別與伏特計(jì)的負(fù)極和正極相連，用鹽橋連通兩個(gè)燒杯溶 液，測(cè)量電動(dòng)勢(shì)。2) 往盛有K2Cr207的溶液中，慢慢加入lmolL-

20、1H2SO4溶液，觀察電壓有何變化？再往K2Cr2O7的溶液中逐滴加入6molL-lNaOH,觀察電壓有何變化？3. 濃度和酸度對(duì)氧化還原產(chǎn)物的影響(1) 取兩支試管，各放一粒鋅粒，分別注入2mL濃HNO3和lmolL-1HNO3,觀 察所發(fā)生現(xiàn)象。寫出有關(guān)反應(yīng)式。濃HNO3被還原后的產(chǎn)物可通過觀察生成 氣體的顏色來判斷。稀HNO3的還原產(chǎn)物可用氣室法檢驗(yàn)溶液中是否NH4+離 子生成的方法來確定。氣室法檢驗(yàn)刈4+離子：將5滴被檢驗(yàn)溶液滴入一個(gè)表面皿中，再加3滴40%Na0H 混勻。將另一個(gè)較小的表面皿中黏附一小塊濕潤的紅色石蕊試紙，把它蓋在 大的表面皿上做成氣室。將此氣室放在水浴上微熱兩分鐘，

21、若石蕊試紙變藍(lán) 色，則表示有刈4+離子存在。加入3mL去離子水，用pH試紙測(cè)定其pH值，再分別加入5滴0. lmolL-1HC1 或0. lmolL-lNa()H溶液，測(cè)定它們的pH值。(2) 在3支試管中，各加入0. 5mL0. Imo 1L-lNa2S03溶液，再分別加入 lmol L-1H2S04、蒸館水、6molL-lNaOH溶液各0. 5mL,搖勻后，往三支試管中加入幾滴0.OOlmol L-lKMnO溶液。觀察反應(yīng)產(chǎn)物有何不同？寫出有關(guān)反應(yīng)式。4. 濃度和酸度對(duì)氧化還原反應(yīng)方向的影響(1)濃度的影響1) 在一支試管中加入 ImL 水,lmLCC14 和 1 mLO. lmol L-

22、lFe2(S04)3 溶液，搖勻后，再加入ImLO. Imo 1L-1KI溶液，振蕩后觀察CC14層的顏色。2) 取另一支試管加入 lmLCC14, ImLO. lmol L-lFeS04 和ImLO. lmol LlFe2(S04)3 溶液，搖勻后，再加入 ImLO. lmol L-1KI 溶液，振蕩后觀察CC14層的顏色與上一實(shí)驗(yàn)中的顏色有何區(qū)別？3) 在以上兩個(gè)試管中分別加入固體NH4F少許，振蕩后觀察CC14層的顏色變化。(2)酸度影響在試管中加入0. lmolL-lNa3AsO3溶液5滴，再加入12水5滴，觀察溶液顏色。 然后用2mol L-1HC1酸化，又有何變化？再加入4O%NaOH,有何變化？寫 出有關(guān)反應(yīng)方程式，并解釋之。5. 酸度、溫度和催化劑對(duì)氧化還原反應(yīng)速度的影響(1) 溫度影響在兩支各盛ImLO. lmolL-lKBr溶液的試管中，分別加入3molL-1H2SO4和3molL-lHAc溶液0. 5mL,然后往兩支試管中各加入2 滴0. OOlmolL-lKMnO4溶液。觀察并比較兩支試管中紫紅色褪色的快慢。 寫出有關(guān)反應(yīng)方程式，并解釋之。(2) 溫度影響在兩支試管中分