1、電位-pH曲線的測定及應(yīng)用一、實驗?zāi)康亩嶒炘砣?、藥品儀器四、實驗步驟五、實驗記錄六、數(shù)據(jù)處理八、注意事項九、思考題七、結(jié)果分析與討論1實驗?zāi)康?1.運用電極電位、電池電動勢和pH的測定方法，測定Fe3+/Fe2+EDTA溶液在不同pH條件下的電極電位，繪制電位pH曲線； 2.了解電位pH 圖的意義及應(yīng)用。2實驗原理 很多氧化還原反應(yīng)不僅與溶液中離子的濃度有關(guān)，而且與溶液的pH值有關(guān)。即電極電位與濃度和酸度成函數(shù)關(guān)系。如果指定溶液的濃度，則電極電位只與溶液的pH有關(guān)。在改變?nèi)芤旱膒H值時測定溶液的電極電位，然后以電極電位對pH作圖，這樣就可畫出等溫、等濃度的電位pH曲線。 本實驗討論Fe3

2、+/Fe2+EDTA體系的電位pH曲線3 Fe3+/Fe2+EDTA絡(luò)合體系在不同的pH值范圍內(nèi)，其絡(luò)合產(chǎn)物不同。以Y4-為EDTA酸根離子。我們將在三個不同pH值的區(qū)間來討論其電極電位的變化。 溶液pH值在一定范圍內(nèi) 溶液pH值偏酸性條件下 溶液pH值偏堿性條件下4溶液pH值在一定范圍內(nèi) Fe3+和Fe2+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-和FeY-，其電極反應(yīng)為： 根據(jù)奈斯特(Nermst)方程，其電極電位為：活度 （ 為活度系數(shù)，c為濃度）5即：式中：6 當溶液離子強度和溫度一定時，b為常數(shù)，在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電位只與c(FeY-)/c(FeY2-)的值有關(guān)。在EDTA過量

3、時生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時鐵離子的濃度，即c(FeY-)c(Fe3+) 、c(FeY2-)c(Fe2+)。當c(Fe3+)/c(Fe2+)的比值一定時，則為一定值，曲線中出現(xiàn)平臺區(qū)（pH圖中bc段）。7溶液pH值偏酸性條件下其電極反應(yīng)為：則可求得： 在c(Fe3+)/c(Fe2+)不變時， 與pH呈線性關(guān)系（pH圖中ab段）。8溶液pH值偏堿性條件下其電極反應(yīng)為：則可求得： 在c(Fe3+)/c(Fe2+)不變時，與pH呈線性關(guān)系（pH圖中cd段）。9應(yīng)用： Fe3+/Fe2+EDTA絡(luò)合體系，可用于消除天然氣中的有害氣體H2S。利用Fe3+EDTA溶液可將天然氣中H2S氧化成

4、元素硫除去，溶液中Fe3+EDTA絡(luò)合物被還原為Fe2+EDTA絡(luò)合物，通入空氣可以使Fe2+EDTA氧化成Fe3+EDTA，使溶液得到再生，不斷循環(huán)使用，其反應(yīng)如下：10 在用EDTA絡(luò)合鐵鹽脫除天然氣中硫時，F(xiàn)e3+ Fe2+EDTA絡(luò)合體系的電位pH曲線可以幫助我們選擇較適宜的脫硫條件。例如：低含硫天然氣H2S含量約為0.10.6g/m3，在25時相應(yīng)的H2S分壓為7.2943.56Pa。 根據(jù)電極反應(yīng)：11 在25時的電極電位與H2S的分壓pH2S及pH的關(guān)系為：恒溫溫度不在25時：式中：單位為伏(V)， pH2S單位為大氣壓(atm)（pH圖中以虛線標出三者的關(guān)系）12 由pH圖可見

5、，對任何一定c(Fe3+)/c(Fe2+)比值的脫硫液而言，此脫硫液的電極電位與反應(yīng)S+2H+2e=H2S(g)的電極電位之差值，在電位平臺區(qū)的pH范圍內(nèi)，隨著pH的增大而增大，到平臺區(qū)的pH上限時，兩電極電位差值最大，超過此pH，其差值不再增大而為定值。從熱力學(xué)角度看，用EDTA絡(luò)合鐵鹽法脫除天然氣中的H2S時，脫硫液的pH值選擇在平臺區(qū)的pH上限值以上，但不宜大于12，否則會有Fe(OH)3沉淀出來。13(mv)pH pH的關(guān)系圖abcd14藥品儀器1. 酸度計、磁力攪拌器、超級恒溫器；2. PZ114型直流數(shù)字電壓表；3. 接觸溫度計、玻璃溫度計；4. 移液管、吸耳球、容量瓶等；5. p

6、H復(fù)合電極、甘汞電極、鉑電極；6. EDTA(乙二胺四乙酸二鈉)、FeCl24H2O(放干燥器中) 1mol/LNaOH、1mol/LFeCl36H2O、 1mol/LHCl；7. 混合磷酸鹽和鄰苯二甲酸氫鉀標準緩沖溶液；8. 高純氮氣；9. 五頸瓶等。15酸度計（實物圖片）pH mv 定位 斜率正面后測面甘汞電極選擇電極記錄輸出電源開關(guān)電源插頭數(shù)字顯示溫度16超級恒溫器17五頸瓶（實物圖片）N2進口冷卻水進口冷卻水出口18實驗步驟電位pH測定裝置圖酸度計數(shù)字電壓表水水磁力攪拌器甘汞電極攪拌子N2復(fù)合電極鉑電極滴口+19開啟超級恒溫器并調(diào)節(jié)溫度配制溶液五頸瓶25或30依次加入N2插入甘汞電極和

7、鉑電極數(shù)字電壓表滴加NaOH或HCl酸度計插入pH復(fù)合電極EDTAFeCl24H2OFeCl36H2O20 依次打開“電源”開關(guān)，“電動泵”開關(guān)和“加熱”開關(guān)。 調(diào)節(jié)接觸溫度計至25或30(以玻璃溫度計為準)。21溶液配制：按下表配制溶液22測定曲線: 準確稱取4.1691gEDTA，用25ml蒸餾水溶解，并攪拌成懸浮液，倒入五頸瓶中，再用1mol/L NaOH溶液10ml溶解剩余的EDTA，然后倒入五頸瓶中。23 在硫酸紙上稱取0.4931gFeCl24H2O固體，用角勺刮入五頸瓶中；用移液管量取4.96ml1mol/LFeCl36H2O溶液加入五頸瓶中。24 打開N2瓶主閥，調(diào)節(jié)浮標式氧氣

8、吸入器的流量調(diào)節(jié)閥，保持N2流量為:0.5L/min1L/min25 用蒸餾水清洗pH復(fù)合電極，用混合磷酸鹽標準緩沖溶液(25pH6.86)進行“定位”調(diào)節(jié)；再用蒸餾水清洗pH復(fù)合電極，用鄰苯二甲酸氫鉀標準緩沖溶液(25pH4.00)進行“斜率”調(diào)節(jié)。26 打開電源，置“自動”位，負極()與飽和甘汞電極相連，正極()與鉑電極相連。27用1mol/L的aOH溶液滴加到五頸瓶中(滴加速度不能太快，以免局部生成e(OH)3沉淀)，滴至pH值為8.0左右。 待5min后，記錄pH和電位值。28 用4mol/L的HCl溶液滴加到五頸瓶中(滴加速度要緩慢)，滴至pH值下降幅度為0.3左右。 待1min后，

9、記錄pH和電位值。29 如上操作，每次滴加HCl使pH降低0.3左右，待1min后，記錄pH和電位值。 當pH值降至2.5左右，往反應(yīng)瓶滴加HCl，可能pH值反而升高，反應(yīng)液也變渾濁，實驗即可停止。30測定曲線:把反應(yīng)液從五頸瓶中倒出，用蒸餾水清洗，然后做曲線。31實驗數(shù)據(jù)記錄實驗日期： ；超級恒溫器的恒溫溫度： 。32數(shù)據(jù)處理1.作EpH曲線關(guān)系圖；2.作(S/H2S(g)pH直線； 3.確定穩(wěn)定區(qū)的pH范圍；4.確定在何pH范圍內(nèi)(Fe3+/Fe2+)-(S/H2S(g)最大；5.文獻值。33EpH曲線關(guān)系圖E(mV)pHpH2pH125AA/BB/pH3CC/(S/H2S(g)pH12線

10、1:pH2S=0.000072atm線2:pH2S=0.00043atm34作(S/H2S(g)pH直線恒溫溫度不在25時：恒溫溫度在25時： 線1：pH2S=0.000072atm，取兩個pH值代入上式即得。線2：pH2S=0.00043atm，取兩個pH值代入上式即得。35確定穩(wěn)定區(qū)的pH范圍曲線：穩(wěn)定區(qū)pH=pH2pH3曲線：穩(wěn)定區(qū)pH=pH1pH336(Fe3+/Fe2+)-(S/H2S(g)的最大pH范圍曲線：曲線：pH pH3，最大不能大于12。pH pH3，最大不能大于12。37文獻值：.穩(wěn)定區(qū)pH=4.56.5. (Fe3+/Fe2+)-(S/H2S(g)的最大范圍pH=6.5

11、8.0或以上，但不能大于12。38實驗結(jié)果與討論結(jié)果：實測值的穩(wěn)定區(qū)pH= (Fe3+/Fe2+)-(S/H2S(g) 最大時pH=計算實驗偏差：分析產(chǎn)生偏差的原因：有何建議與想法？39注意事項： 1.攪拌速度必須加以控制，防止由于攪拌不均勻造成加入NaOH時，溶液上部出現(xiàn)少量的Fe(OH)3沉淀； 2.FeCl24H2O的純度要注意，盡量防止被氧化； 3.滴加HCl溶液時，滴加速度要盡量緩慢，保證pH的降幅在0.3以內(nèi)； 4. 實驗過程中，要在氮氣(N2)的保護狀態(tài)下進行。40思考題 1.寫出Fe3+/Fe2+EDTA絡(luò)合體系在電位穩(wěn)定區(qū)的基本電極反應(yīng)及對應(yīng)的Nernst公式的具體形式？ 2.在往反應(yīng)瓶中加入EDTA、FeCl36H2O、FeCl24H2O后，為什么測得的pH值較低？ 3.在實驗過程中，為什么要往反應(yīng)瓶中通N2？41 4.反應(yīng)液用HCl滴至pH=2.5左右時，為什么會出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，且pH值反而不斷升高？ 5.為什么要往反應(yīng)液中滴加NaOH至pH=8左右，再滴加HCl來測定pH值和電位？如果先滴加HCl至pH=2.5左右，然后再滴加NaOH，這樣是否可行？ 6.每次滴加HCl使pH值降低，為什么要控制降低幅度在0.3左右？42奈斯特(Nermst)