物理化学实验b-电势—phxie

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1、电势一pH曲线的测定一、弓I言:甘既述］标准电极电势的概念被广泛应用于解释氧化还原体系之间的反应，但是很多氧化还原反应的发生都与溶液的pH值有关，此时，电极电势不仅随溶液的浓度和离子强度变化，还要随溶液的pH值而变化。在一定浓度的溶液中，改变其酸碱度，同吋测定电极电势和溶液的pH值，然后以电极电势e/'J'pH做图，这样就制作出体系的电势一pH曲线，称为电势一pH图。在一定温度下，体系的电极电势将与溶液中氧化态和还原态浓度比值的对数呈线性关系。［实验目的］测定Fe3+/Fe2+-EDTA体系的电势一pH图，掌握测定原理和pH计的使用方法。［实验原

2、理］其屮标准电极电势的概念被广泛应用于解释氧化还原体系Z间的反应，但是很多氧化还原反应的发生都与溶液的pH值有关，此时，电极电势不仅随溶液的浓度和离子强度变化，还要随溶液的pH值而变化。在一定浓度的溶液中，改变其酸碱度，同吋测定电极电势和溶液的pH值，然后以电极电势£对pH做图，这样就制作出体系的电势—pH曲线，称为电势一pH图。溶液的平衡电极电势与溶液的浓度关系为：lg-^yrenFe=岸+迴空Ig^詔+沁L览仏+2・3。3灯「九nFarenFcre在恒温及溶液离子强度保持定值时:FeY+e=FeY-定温度下，体系的电极电势将于溶液中氧化态和还

3、原态浓度比值得对数呈线性关系。本实验所讨论的是Fe3+/Fe2+—EDTA络合体系。体系的基本电极反应为：其电极电势为：£十屮）+旦竺Ig亘・nFc加EDTA过量情况下:在低pH时的基本电极反应为：FeY+H+e二FeHY-2.303RT_nF2.303刃""F-pH在较高pH时为:2.303RT2.303RT""FpHFe(OH)Y'+e=FeY24+OHT2.303财~~F2.303RT_~^F-CFe(Oll)YCM2.303财F-pH（o,2.303/?7“2.303/?八c解2.303/?T“£=罠+b——-—塩負丫+—lgpHIF

4、丿nF%+F可知，体系的电极电势和溶液的pH有关。在低pH和高pH值时，Fe3+/Fe2—EDTA络合体系的电极电势不仅与（卜Cp的比值有关，而且也和溶液的pH有关。在《尹血比值不变时，其电势-pH为线性关系，其斜率为-2.303RT/F。图1—24」是Fe3+/Fe2+—EDTA络合体系（c^DTA均为0.15mol・dn?）的一组电势一pH曲线。图中每条曲线都分为三段：中段是水平线，称电势平台区；在低pH和高PH时则都是斜线。表1:曲线Cpe3+/(mol•dm3)Cpe2+/(mol•dm-3)c°/r°CFe3+/CFe2+I09.9XI

5、O'2II6.2XW23.1X10-22III9.6X1026.0XIO'4160IV10.0X10*20150100500-50-100-150一200-250-300-350-400-450-5002.03.04.05.06.0^.0&09^6PH图1一24」所标电极电势都是相对于饱和甘汞电极的值。I—IV4条曲线对应各组分的浓度如表1所示。图L24.1Fe3+/Fe2+-EDTA点络合体系的电势-pH曲线天然气中含有H2S,它是有害物质。利用Fe3+-EDTA溶液可以将天然气中的硫分氧化为元素硫除去，溶液中Fe3+—EDTA络合物被还原为F

6、e2—EDTA络合物；通入空气可使低铁络合物被氧化为Fe3—DETA络合物，使溶液得到再生，不断循环使用。其反应如下：2FeY-+H2S>2FeY2-+2HT+SJ2FeY2-+g02+H20吐》2FeY-+20H-用EDTA络合铁盐法脱除天然气中的硫时，Fe3+/Fe2+—EDTA络合体系的电势一pH曲线可以帮助我们选择较合适的脱硫条件c例如,低含硫天然气&S含量均为0.1-0.6g/m3,在25°C时相应的H2S分压为7.3—43.6Pa,根据其电极反应S+2H++2e=H2S(g)在25°C时的电极电势&与H?S的分圧p^s及PH的关系为(

7、7)e=-0.072-0.02961g(pH^s/Pa)-0.0591pH在图中以虚线标出这三者的关系。由电势・pH图可见，对任何一定/年$比值的脱-Fee硫液而言，此脱硫液的电极电势与(7)式电势差值在电势平台内，随着pH的增大而增大,到平台区的pH±限时，两电极电势差值最大，超过此pH值时，两电极电势差值不再增大。这一事实表明，任何一个一定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，根据图1—24」，从热力学角度看，用EDTA络合物铁盐法脱除天然气H2S时脱硫液

8、的pH选择在6.5-8之间或高于8都是合理的。二.实验部分［仪器药品］mV—+一+9+酸度计，数字电压表，钳片电极(或钳丝电极),饱和甘