电势pH图绘制实验报告x
时间：2020-11-13 13:00:52 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
学号：2
湘点学陇
基础物理化学实验报告
实验名称：电势pH图的绘制 应用化学二班班级03组号 实验人姓名：xx
同组人姓名：xxxx
指导老师： 杨平老师
实验日期：2013-11-5
湘南学院化学与生命科学系
n^Fer^F a
n^Fer^
F aFe(OH)Y 2-
护-4更ln4_
F mFe(OH)Y2-
2.303RT
-^pH
电势一pH曲线的测定
【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。
【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。
一、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
卜 5b 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，4与pH呈线性关系。如图
中的cd段。
二、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
F aFeY-
式中，4为标准电极电势；
式中，4为标准电极电势；a为活度，a 则式(1)可改写成
? m(为活度系数；m为质量摩尔浓度)。
?n FeY2-FeY-RT|n mFeY2-^7b2一RT
?n FeY2-
FeY-
RT|n mFeY2-
^7
b2一
RT |n mFeY2-
式中，b2= 更^ —M 当溶液离子强度和温度一定时,
F FeY-
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,
三、低pH时的电极反应为
FeY-+H++e — FeHY-
则可求得：
曲线中出现平台区（上图中
bc 段）。
护力-b2 -咀圣_ f m v- FeY
2.303RT -^PH
在mFe"）/mFe，不变时，4与pH呈线性关系。如图中的 ab段。
【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
药物大平（100 g）
复合电极
温度计
50容量瓶
【实验步骤】
一、按图接好仪器装置图
(NH4)2Fe(SO4)2 - 6H2O (NH4)Fe(SO4)2 ? 12H2O HCl
NaOH
EDTA
伯电极
N2(g)
滴管
酸度计 2.数子电压表 3.电磁搅拌器 4.复合电极 5.饱和甘汞电极 6.车白电极7.
反应器
仪器装置如图I 24.2所示。复合电极，甘汞电极和伯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。
二、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蒸储水，并迅速通 N2。
三、 将复合电极、甘汞电极、伯电极分别插入反应容器盖子上三个孔，浸于液面下。
四、 将复合电极的导线接到 pH计上，测定溶液的 pH值，然后将伯电极，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。
【数据处理】
1.数据记录 当天气温13.9C
PH
①测
/v
中 scEV
(yv=① sce/V-中
测/v
7.52
0.107
0.2496
0.1426
7.19
0.094
0.1556
6.9
0.086
0.1636
6.62
0.081
0.1686
6.31
0.079
0.1706
6
0.077
0.1726
5.71
0.076
0.1736
5.4
0.076
0.1736
4.99
0.075
0.1746
4.4
0.074
0.1756
4.1
0.073
0.1766
3.83
0.072
0.1776
3.52
0.069
0.1806
3.28
0.066
0.1836
3
0.061
0.1886
数据处理
反应前T=14.4 C 反应后T=14 C
①sce/V=0.2415-7.61*10-4 (T/K-298 ) =0.2496V
电势-PH曲线图
0.190
0.185 _
0.180
0.175
0.170 -
0.165 -
0.160 -
0.155 -
0.150 -
0.145 -
0.140 -
0
10
PH
【讨论】
1.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：
脱硫
2FeY+H2S 2FeY2+2H++S
2FeY2 +1 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1X 10-4?6 X 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25C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。
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mFe7 mF；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。
2.实验中的问题
N2的作用是排尽溶液的二氧化碳和氧化性气体
如果溶液的初始PH调不到3。可以直接调到8,再加酸调到3也可以。
【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。
一、高pH时电极反应为
Fe(OH)Y2-+e — FeY2-+OH- 其电极电势为：
mFeY2-
mFeY2-
m 2-
Fe(OH)Y
2.303RT
-^pH
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
mFe2。在mFe2+/ mFe3+不变时，4与pH呈线性关系
二、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
FeY-RT
FeY-
RT ln mFeY2-
F mFeY-
rt m v2-
-b2 ln—
mFeY-
…一 RT 2-
式中，b2=——ln堕二 当溶液离子强度和温度一定时， b2为常数。在此pH范围内，该
F FeY-
体系的电极电势只与 mFeY7mFeY的值有关，曲线中出现平台区
三、低pH时的电极反应为
FeY-+H++e — FeHY-
则可求得：
护「b2-RTm『 2303RTpH (3)
F mFeY- F
在mFe2+)/ mFe3 +不变时，4与pH呈线性关系。
3.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 mFe3 / mFe2比值不同时影响电势一 PH曲线的斜率。
【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。
