实验08电位PH曲线的测定及其应用

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1、电位-pH曲线的测定及应用一、实验目的二、实验原理三、药品仪器四、实验步骤五、实验记录六、数据处理八、注意事项九、思考题七、结果分析与讨论实验目的1.运用电极电位、电池电动势和pH的测定方法，测定Fe3+/Fe2+~EDTA溶液在不同pH条件下的电极电位，绘制电位~pH曲线；2.了解电位~pH图的意义及应用。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。即电极电位与浓度和酸度成函数关系。如果指定溶液的浓度，则电极电位只与溶液的pH有关。在改变溶液的pH值时测定溶液的电极电位，然后以电极电位对pH作图，这样就可画出等温

2、、等浓度的电位~pH曲线。本实验讨论Fe3+/Fe2+~EDTA体系的电位~pH曲线Fe3+/Fe2+~EDTA络合体系在不同的pH值范围内，其络合产物不同。以Y4-为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位的变化。①溶液pH值在一定范围内②溶液pH值偏酸性条件下③溶液pH值偏碱性条件下①溶液pH值在一定范围内Fe3+和Fe2+能与EDTA生成稳定的络合物FeY2-和FeY-，其电极反应为：根据奈斯特(Nermst)方程，其电极电位为：活度（为活度系数，c为浓度）即：式中：当溶液离子强度和温度一定时，b为常数，在此pH范围内

3、，该体系的电极电位只与c(FeY-)/c(FeY2-)的值有关。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c(FeY-)≈c(Fe3+)、c(FeY2-)≈c(Fe2+)。当c(Fe3+)/c(Fe2+)的比值一定时，则φ为一定值，曲线中出现平台区（φ~pH图中bc段）。②溶液pH值偏酸性条件下其电极反应为：则可求得：在c(Fe3+)/c(Fe2+)不变时，φ与pH呈线性关系（φ~pH图中ab段）。③溶液pH值偏碱性条件下其电极反应为：则可求得：在c(Fe3+)/c(Fe2+)不变时，φ与pH呈线性关系（φ~pH图中

4、cd段）。应用：Fe3+/Fe2+~EDTA络合体系，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络合物，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：在用EDTA络合铁盐脱除天然气中硫时，Fe3+~Fe2+~EDTA络合体系的电位~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含量约为0.1~0.6g/m3，在25℃时相应的H2S分压为7.29~43.56Pa。根

5、据电极反应：在25℃时的电极电位φ与H2S的分压pH2S及pH的关系为：恒温温度不在25℃时：式中：φ单位为伏(V)，pH2S单位为大气压(atm)（φ~pH图中以虚线标出三者的关系）由φ~pH图可见，对任何一定c(Fe3+)/c(Fe2+)比值的脱硫液而言，此脱硫液的电极电位与反应S+2H++2e=H2S(g)的电极电位之差值，在电位平台区的pH范围内，随着pH的增大而增大，到平台区的pH上限时，两电极电位差值最大，超过此pH，其差值不再增大而为定值。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值选择在平台区的pH上

6、限值以上，但不宜大于12，否则会有Fe(OH)3沉淀出来。φ(mv)pHφ~pH的关系图abcd药品仪器1.酸度计、磁力搅拌器、超级恒温器；2.PZ114型直流数字电压表；3.接触温度计、玻璃温度计；4.移液管、吸耳球、容量瓶等；5.pH复合电极、甘汞电极、铂电极；6.EDTA(乙二胺四乙酸二钠)、FeCl2·4H2O(放干燥器中)1mol/LNaOH、1mol/LFeCl3·6H2O、1mol/LHCl；7.混合磷酸盐和邻苯二甲酸氢钾标准缓冲溶液；8.高纯氮气；9.五颈瓶等。酸度计（实物图片）pHmv定位斜率正面后测面甘汞电极选择电极记录输出电

7、源开关电源插头数字显示温度超级恒温器五颈瓶（实物图片）N2进口冷却水进口冷却水出口实验步骤电位—pH测定装置图酸度计数字电压表水水磁力搅拌器甘汞电极搅拌子N2复合电极铂电极滴口+–开启超级恒温器并调节温度配制溶液五颈瓶25℃或30℃依次加入N2插入甘汞电极和铂电极数字电压表滴加NaOH或HCl酸度计插入pH复合电极EDTAFeCl2·4H2OFeCl3·6H2O依次打开“电源”开关，“电动泵”开关和“加热”开关。调节接触温度计至25或30℃(以玻璃温度计为准)。溶液配制：按下表配制溶液曲线Fe3+Fe2+EDTAFeCl3·6H2O（1mol/L

8、）FeCl2·4H2OEDTA（固体）Ⅰ4.96ml0.4931g0.144.1691gⅡ7.68ml0.0954g0.175.0625