电势-ph曲线的测定(物理化学实验)

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1、电势-pH曲线的测定实验日期：2013年3月16日提交报告日期：2013年3月16日助教姓名：Shi助教1引言1.1实验目的测定Fe3+/Fe2+-EDTA体系的电势-pH图，掌握测量原理和pH计的使用方法。1.2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，还与溶液的pH值有关。在一定浓度的溶液中，改变溶液的pH，同时测定电极电势和溶液的pH，然后以电极电势ε对pH作图，就可以得到等温、等浓度的电势-pH曲线。根据Nernst公式，溶液的平衡电极电势与浓度的关系为：（1）式中：aox，cox和rox分别为氧化态的活度、浓度和活度系数。are，cre和rre分别为还原态的活度

2、、浓度和活度系数。在恒温及溶液离子强度保持定值时，式中的末项亦为一常数，用b表示，故电动势为：（2）在Fe3+/Fe2+-EDTA络合体系中，以Y4-代表EDTA酸根离子，体系的基本电极反应为FeY-+e-=FeY2-其电极电势为：（3）由于FeY-和FeY2-这两个络合物都很稳定，且EDTA过量，所以生成的络合物的浓度就近似地等于配制溶液时的铁离子浓度，所以有：（4）但在低pH时，Fe2+还能与EDTA生成FeHY-型的含氢络合物，甚至可以生成溶解度很小的H4Y沉淀，影响含氢络合物的生成；在高pH时，Fe3+则能与EDTA生成Fe(OH)Y2-型的羟基络合物。在低pH时的基本电极

3、反应为：FeY-+H++e=FeHY-(5)同样，在较高pH时，存在反应：Fe(OH)Y2-+e=FeY2-+OH-(6)式中，KW为水的离子积。在低pH和高pH值时，Fe3+/Fe2+¾EDTA络合体系的电极电势不仅与的比值有关，还与溶液的pH有关。在比值不变时，其电势-pH为线性关系。如图一的ab，cd段。图1电势-pH关系示意图因此，只要将Fe3+/Fe2+-EDTA络合体系和惰性电极相连，与参比电极组成电池，就可以测得体系的电极电势，同时用酸度计测出相应条件下的pH值，就可以方便准确绘制出该体系的电势-pH图。2实验操作2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图酸度计，数字电

4、压表，铂电极，饱和甘汞电极，复合电极，磁力搅拌器，一次性滴管，超级恒温槽，EDTA，FeCl3，FeSO4·7H2O，HCl溶液(4mol·dm-3)，NaOH溶液（1.5mol·dm-3）。图2电势-pH测定装置图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2.2实验条件实验温度：21.5℃大气压强：102.49kPa2.3实验操作步骤及方法要点2.3.1.仪器装置仪器装置如图1.所示。用两点法对酸度计进行校正。校正步骤为：（1）用去离子水冲洗复合电极，并擦干表面。（2）将复合电极与酸度计相连，按下CAL键；（3）选择“7-4”双缓冲液模

5、式进行校准；（4）将电极置入pH=6.86的缓冲液中，并且不断摇晃缓冲液，当酸度计显示READY时，按下YES键；（5）用去离子水冲洗电极，用pH=4.00的缓冲溶液进行第二次校准。2.3.2.配制溶液用电子秤称取7gEDTA，放入小烧杯中，加40ml蒸馏水，加热溶解，溶解后让EDTA溶液冷却至35～45℃，转移到反应器中。迅速称取1.03gFeCl3和1.65gFeSO4·7H2O，立即转移到反应器中。打开搅拌器的电源，调节搅拌速度，注意磁子不要碰到电极。2.3.3.电势和pH的测定调节超级恒温槽水温为25℃，并将恒温水通入反应器的恒温水套中，用滴管缓慢滴加1.5mol·dm-3

6、NaOH直至溶液pH=8左右，此时溶液为褐红色（加碱时要防止局部生成Fe(OH)3沉淀）。记录此时溶液的pH值和电势e值。用滴管从反应器的一个小孔滴入2～3滴4mol·dm-3HCl，待搅拌半分钟，重新测定体系的pH及e值。如此，每滴加一次HCl后（其滴加量以引起pH改变0.2左右为限），测一个pH值和e值，得出该溶液的一系列电极电势和pH值，直至溶液变浑浊(pH约等于2.3左右)为止，并观察浑浊液中沉淀的颜色。3结果与讨论3.1原始实验数据3.1.1反应组分数据如表1：表1反应体系组分数据组分质量/gEDTA7FeCl31.03FeSO4·7H2O1.653.1.2反应的电势-p

7、H原始实验数据实验从pH=8.02开始，每隔0.2左右测定pH值和对应的电动势，记录的pH-电势原始数据如下表所示：表2电势-pH原始实验数据序号pH电势e（mV）18.02-200.927.78-186.537.58-174.4747.33-159.5057.15-149.2866.97-139.5576.80-130.6186.60-121.4796.40-113.67106.21-108.12116.01-104.25125.81-101.95135.61-10