實(shí)驗(yàn)電位曲線的測(cè)定及其應(yīng)用第一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.運(yùn)用電極電位、電池電動(dòng)勢(shì)和pH的測(cè)定方法，測(cè)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。第二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)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(shí)測(cè)定溶液的電極電位，然后以電極電位對(duì)pH作圖，這樣就可畫出等溫、等濃度的電位~pH曲線。

本實(shí)驗(yàn)討論Fe3+/Fe2+~EDTA體系的電位~pH曲線第三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

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(gè)不同pH值的區(qū)間來(lái)討論其電極電位的變化。

①溶液pH值在一定范圍內(nèi)

②溶液pH值偏酸性條件下

③溶液pH值偏堿性條件下第四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日①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）第五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日即：式中：第六頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

當(dāng)溶液離子強(qiáng)度和溫度一定時(shí)，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(guò)量時(shí)生成的絡(luò)合物的濃度可近似看作為配制溶液時(shí)鐵離子的濃度，即c(FeY-)≈c(Fe3+)

、c(FeY2-)≈c(Fe2+)。當(dāng)c(Fe3+)/c(Fe2+)的比值一定時(shí)，則φ為一定值，曲線中出現(xiàn)平臺(tái)區(qū)（φ~pH圖中bc段）。第七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日②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(shí)，φ與pH呈線性關(guān)系（φ~pH圖中ab段）。第八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日③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(shí)，φ與pH呈線性關(guān)系（φ~pH圖中cd段）。第九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日應(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：第十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

在用EDTA絡(luò)合鐵鹽脫除天然氣中硫時(shí)，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0.1~0.6g/m3，在25℃時(shí)相應(yīng)的H2S分壓為7.29~43.56Pa。根據(jù)電極反應(yīng)：第十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日在25℃時(shí)的電極電位φ與H2S的分壓pH2S及pH的關(guān)系為：恒溫溫度不在25℃時(shí)：式中：φ單位為伏(V)，pH2S單位為大氣壓(atm)（φ~pH圖中以虛線標(biāo)出三者的關(guān)系）第十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

由φ~pH圖可見，對(duì)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(tái)區(qū)的pH范圍內(nèi)，隨著pH的增大而增大，到平臺(tái)區(qū)的pH上限時(shí)，兩電極電位差值最大，超過(guò)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(shí)，脫硫液的pH值選擇在平臺(tái)區(qū)的pH上限值以上，但不宜大于12，否則會(huì)有Fe(OH)3沉淀出來(lái)。第十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日φ(mv)pHφ~pH的關(guān)系圖abcd第十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日藥品儀器1.酸度計(jì)、磁力攪拌器、超級(jí)恒溫器；2.PZ114型直流數(shù)字電壓表；3.接觸溫度計(jì)、玻璃溫度計(jì)；4.移液管、吸耳球、容量瓶等；5.pH復(fù)合電極、甘汞電極、鉑電極；6.EDTA(乙二胺四乙酸二鈉)、FeCl2·4H2O(放干燥器中)

1mol/LNaOH、1mol/LFeCl3·6H2O、1mol/LHCl；7.混合磷酸鹽和鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液；8.高純氮?dú)猓?.五頸瓶等。第十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日酸度計(jì)（實(shí)物圖片）pHmv

定位斜率正面后測(cè)面甘汞電極選擇電極記錄輸出電源開關(guān)電源插頭數(shù)字顯示溫度第十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日超級(jí)恒溫器第十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日五頸瓶（實(shí)物圖片）N2進(jìn)口冷卻水進(jìn)口冷卻水出口第十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)步驟電位—pH測(cè)定裝置圖酸度計(jì)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+–第十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日開啟超級(jí)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插入甘汞電極和鉑電極數(shù)字電壓表滴加NaOH或HCl酸度計(jì)插入pH復(fù)合電極EDTAFeCl2·4H2OFeCl3·6H2O第二十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

依次打開“電源”開關(guān)，“電動(dòng)泵”開關(guān)和“加熱”開關(guān)。

調(diào)節(jié)接觸溫度計(jì)至25或30℃(以玻璃溫度計(jì)為準(zhǔn))。第二十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日溶液配制：按下表配制溶液曲線Fe3+Fe2+EDTAFeCl3·6H2O（1mol/L）FeCl2·4H2OEDTA（固體）Ⅰ4.96ml0.4931g0.144.1691gⅡ7.68ml0.0954g0.175.0625g第二十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)定曲線Ⅰ:準(zhǔn)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/LNaOH溶液10ml溶解剩余的EDTA，然后倒入五頸瓶中。第二十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

在硫酸紙上稱取0.4931gFeCl2·4H2O固體，用角勺刮入五頸瓶中；用移液管量取4.96ml1mol/LFeCl3·6H2O溶液加入五頸瓶中。第二十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

打開N2瓶主閥，調(diào)節(jié)浮標(biāo)式氧氣吸入器的流量調(diào)節(jié)閥，保持N2流量為:0.5L/min~1L/min第二十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

用蒸餾水清洗pH復(fù)合電極，用混合磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液(25℃pH6.86)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液(25℃pH4.00)進(jìn)行“斜率”調(diào)節(jié)。第二十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日打開電源，置“自動(dòng)”位，負(fù)極(Ｌ)與飽和甘汞電極相連，正極(Ｈ)與鉑電極相連。第二十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日用1mol/L的ＮaOH溶液滴加到五頸瓶中(滴加速度不能太快，以免局部生成Ｆe(OH)3沉淀)，滴至pH值為8.0左右。

待5min后，記錄pH和電位值。第二十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日用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，記錄pH和電位值。第二十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

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(dāng)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(shí)驗(yàn)即可停止。第三十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)定曲線Ⅱ:把反應(yīng)液從五頸瓶中倒出，用蒸餾水清洗，然后做曲線Ⅱ。第三十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)日期：

；超級(jí)恒溫器的恒溫溫度：

℃。ⅠpHE(mV)ⅡpHE(mV)第三十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理1.作E~pH曲線關(guān)系圖；2.作φ(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)φ(Fe3+/Fe2+)-φ(S/H2S(g))最大；5.文獻(xiàn)值。第三十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日E~pH曲線關(guān)系圖E(mV)pHⅠⅡpH2pH125℃AA/BB/pH3CC/φ(S/H2S(g))~pH12線1:pH2S=0.000072atm線2:pH2S=0.00043atm第三十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日作φ(S/H2S(g))~pH直線恒溫溫度不在25℃時(shí)：恒溫溫度在25℃時(shí)：

線1：pH2S=0.000072atm，取兩個(gè)pH值代入上式即得。線2：pH2S=0.00043atm，取兩個(gè)pH值代入上式即得。第三十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日確定穩(wěn)定區(qū)的pH范圍Ⅰ曲線：穩(wěn)定區(qū)pH=pH2~pH3Ⅱ曲線：穩(wěn)定區(qū)pH=pH1~pH3第三十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日φ(Fe3+/Fe2+)-φ(S/H2S(g))的最大pH范圍Ⅱ曲線：Ⅰ曲線：pH≥pH3，最大不能大于12。pH≥pH3，最大不能大于12。第三十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日文獻(xiàn)值：⑴.穩(wěn)定區(qū)pH=4.5~6.5⑵.φ(Fe3+/Fe2+)-φ(S/H2S(g))的最大范圍pH=6.5~8.0或以上，但不能大于12。第三十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論⑴結(jié)果：實(shí)測(cè)值的穩(wěn)定區(qū)pH=

φ(Fe3+/Fe2+)-φ(S/H2S(g))

最大時(shí)pH=⑵計(jì)算實(shí)驗(yàn)偏差：⑶分析產(chǎn)生偏差的原因：⑷有何建議與想法？第三十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日注意事項(xiàng)：

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(shí)，溶液上部出現(xiàn)少量的Fe(OH)3沉淀；

2.FeCl2·4H2O的純度要注意，盡量防止被氧化；

3.滴加HCl溶液時(shí)，滴加速度要盡量緩慢，保證pH的降幅在0.3以內(nèi)；

4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要在氮?dú)?N2)的保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行。第四十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日思考題

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(duì)應(yīng)的Nernst公式的具體形式？

2.在往反應(yīng)瓶中加入EDTA、FeCl3?6H2O、FeCl2?4H2O后，為什么測(cè)得的pH值較低？

3.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為什么要往反應(yīng)瓶中通N2？第四十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月2