電勢(shì)-PH曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)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：吳振玉基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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)定原理和方法。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)與濃度和酸度成函數(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

2、極電勢(shì)對(duì)pH作圖，這樣就可得到等溫、等濃度的電勢(shì)pH曲線。對(duì)于Fe3+/Fe2+-EDTA配合體系在不同的pH值范圍內(nèi)，其絡(luò)合產(chǎn)物不同，以Y4-代表EDTA酸根離子。我們將在三個(gè)不同pH值的區(qū)間來(lái)討論其電極電勢(shì)的變化。高pH時(shí)電極反應(yīng)為Fe(OH)Y2-+e FeY2-+OH-根據(jù)能斯特(Nernst)方程，其電極電勢(shì)為：稀溶液中水的活度積KW可看作水的離子積，又根據(jù)pH定義，則上式可寫(xiě)成b1pH其中=。在EDTA過(guò)量時(shí)，生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時(shí)鐵離子的濃度。即 mFeYeq o(sup 12(2-),sdo 4( )mFeeq o(sup 12(2),sdo 4( ) 。在m

3、Feeq o(sup 12(2),sdo 4( )/ mFeeq o(sup 12(3),sdo 4( )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+和Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-和FeY-，其電極反應(yīng)為FeY- e FeY2-其電極電勢(shì)為式中，為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)；a為活度，a=m(為活度系數(shù)；m為質(zhì)量摩爾濃度)。則式(1)可改寫(xiě)成 b2式中，b2。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度和溫度一定時(shí)，b2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電勢(shì)只與 mFeYeq o(sup 12(2-),sdo 4( )/mFeYeq o(sup 12(-),sdo 4()的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)

4、平臺(tái)區(qū)（上圖中bc段）。低pH時(shí)的電極反應(yīng)為FeY-+H+e FeHY-則可求得：b2pH在mFeeq o(sup 12(2),sdo 4( )/ mFeeq o(sup 12(3),sdo 4( )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(SO4)26H2O數(shù)字式pH計(jì) (NH4)Fe(SO4)212H2O500ml五頸瓶（帶恒溫套） HCl電磁攪拌器 NaOH藥物天平（100 g） EDTA復(fù)合電極 鉑電極溫度計(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.復(fù)合電極 5.飽和甘汞電極

5、6.鉑電極 7.反應(yīng)器 儀器裝置如圖I24.2所示。復(fù)合電極，甘汞電極和鉑電極分別插入反應(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0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，0.1 mol/L (NH4)Fe(SO4)2（配前加兩滴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

6、，60ml0.5 mol/L EDTA，50ml蒸餾水，并迅速通N2。3、將復(fù)合電極、甘汞電極、鉑電極分別插入反應(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，然后將鉑電極，甘汞電極接在數(shù)字電壓表的“”、“”兩端，測(cè)定兩極間的電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)是相對(duì)于飽和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)獬鰵饪?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)和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)/mv9.28-5.45.86122.38.9612.25.6

7、122.88.915.65.28123.18.8120.64.49123.58.69284.04124.58.0961.83.67126.67.8176.33.4129.27.5191.33.26131.37.16105.93.111346.8115.43136.86.59118.42.88140.16.51119.22.78143.36.33120.52.72144.96.11121.32.62149.26.07121.82.53152.65.96122 六、討論電勢(shì)-pH圖的應(yīng)用電勢(shì)-pH圖對(duì)解決在水溶液中發(fā)生的一系列反應(yīng)及平衡問(wèn)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

8、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-+H2S2FeY2-+2H+S2FeY2-+O2+H2O2FeY-+2OH-在用EDTA絡(luò)合鐵鹽脫除天然氣中硫時(shí)，F(xiàn)e3+/Fe2+-EDTA絡(luò)合體系的電勢(shì)-pH曲線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110-4610-4 kgm-3，在25時(shí)相應(yīng)的H2

9、S分壓為7.2943.56Pa。根據(jù)電極反應(yīng)S+2H+2eH2S(g)在25時(shí)的電極電勢(shì)與H2S分壓pHeq o(sup 12( ),sdo 4(2)S的關(guān)系應(yīng)為：(V)0.0720.02961lpHeq o(sup 12( ),sdo 4(2)S0.0591pH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(jiàn)，對(duì)任何一定mFeeq o(sup 12(3),sdo 4( ) / mFeeq o(sup 12(2),sdo 4( )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)

10、，兩電極電勢(shì)差值最大，超過(guò)此pH，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mFeeq o(sup 12(3),sdo 4( )/ mFeeq o(sup 12(2),sdo 4( )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(guò)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)角度看，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都是合理的，但pH不宜大于12，否則會(huì)有Fe(OH)3沉淀出來(lái)。七、思考題1.寫(xiě)出Fe3+/Fe2+EDTA絡(luò)合體系在電勢(shì)平臺(tái)區(qū)、低pH和高pH時(shí)，體系的基本

11、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。高pH時(shí)電極反應(yīng)為Fe(OH)Y2-+e FeY2-+OH-其電極電勢(shì)為：b1pH其中=。在EDTA過(guò)量時(shí)，生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時(shí)鐵離子的濃度。即 mFeYeq o(sup 5(2-),sdo 2( )mFeeq o(sup 5(2),sdo 2( ) 。在mFeeq o(sup 5(2),sdo 2( )/ mFeeq o(sup 5(3),sdo 2( )不變時(shí)，與pH呈線性關(guān)系。在特定的PH范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+和Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-和FeY-，其電極反應(yīng)為：FeY- e FeY2-其電極電勢(shì)為： b2 (2)式中，b2。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度和溫度一定時(shí)，b2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電勢(shì)只與mFeYeq o(sup 5(2-),sdo 2( )/mFeYeq o(sup 5(-),sdo 2()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+e FeHY-則可求得：b2pH (3)在mFeeq o(sup 5(2),sdo 2( )/ mFeeq o(sup 5(3),sdo 2( )不變時(shí)，與pH呈線性關(guān)系。2.脫硫液的mFeeq o(sup 5(3),sdo 2( )/ mFeeq o(sup 5(2),sdo 2( )比值不