电势-ph 曲线的测定

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1、电势－pH曲线的测定【目的要求】1.掌握电极电势、电池电动势及pH的测定原理和方法。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。【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－pH曲线。对于Fe3+/Fe2+-EDTA配合体系在不同的pH值范围内

2、，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-+eFeY2-+OH-根据能斯特(Nernst)方程，其电极电势为：φ＝φy－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φ＝φy－b1－pH(1)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≈mFe。在mFe/mFe不变时，φ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FeY

3、2-和FeY-，其电极反应为FeY-＋eFeY2-其电极电势为φ＝φy－(1)式中，φy为标准电极电势；a为活度，a=g·m(g为活度系数；m为质量摩尔浓度)。则式(1)可改写成φ＝φy－＝φy－b2－(2)式中，b2＝当溶液离子强度和温度一定时，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（上图中bc段）。三、低pH时的电极反应为FeY-+H++eFeHY-则可求得：φ＝φy－b2－pH(3)在mFe)/mFe不变时，φ与pH呈线性关系。如图中的ab段。【仪器试剂】数字电压表(NH4)

4、2Fe(SO4)2·6H2O数字式pH计(NH4)Fe(SO4)2·12H2O500ml五颈瓶（带恒温套）HCl电磁搅拌器NaOH药物天平（100g）EDTA复合电极铂电极温度计N2(g)50容量瓶滴管【实验步骤】一、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.复合电极5.饱和甘汞电极6.铂电极7.反应器仪器装置如图I¾24.2所示。复合电极，甘汞电极和铂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(

5、NH4)2Fe(SO4)2，0.1mol/L(NH4)Fe(SO4)2（配前加两滴4mol/LHCl），0.5mol/LEDTA（配前加1.5克NaOH），4mol/LHCl，2mol/LNaOH各50ml。然后按下列次序加入：50ml0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，50ml0.1mol/L(NH4)Fe(SO4)2，60ml0.5mol/LEDTA，50ml蒸馏水，并迅速通N2。三、将复合电极、甘汞电极、铂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，然后将铂电极，甘

6、汞电极接在数字电压表的“＋”、“－”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13.9℃PHΦ测/VΦSCE/Vφ/v=ΦSCE/V-Φ测/V30.073790.24960.175813.310.0740.17563.620.074780.174823.990.07590.17374.390.07641

7、0.173244.760.076310.173295.080.07630.17335.320.076120.173245.690.07610.173246.030.075930.173356.340.075810.17326.640.07570.173270.075690.173147.310.076040.173087.610.07780.17187.950.08180.168数据处理反应前T=14.4℃反应后T=14℃ΦSCE/V=0.2415-7.61*10-4（T/K-298）=0.2496V【讨论】1.电势-pH图的应用电势

8、-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