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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、等浓度的电位pH曲线。本
2、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。溶液pH值在一定范围内 溶液pH值偏酸性条件下 溶液pH值偏碱性条件下,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，该体系的电极电位只与c(FeY-)/c(FeY2-)的值有关。在ED
3、TA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，则为一定值，曲线中出现平台区（pH图中bc段）。,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，与pH呈线性关系（pH图中ab段）。,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，与pH呈线性关系（pH图中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
4、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0.10.6g/m3，在25时相应的H2S分压为7.2943.56Pa。根据电极反应：,在25时的电极电位与H2S的分压pH2S及pH的关系为：,恒温温度不在25时：,式中：单位为伏(V)，pH2S单位为大气压(atm),（pH图中以虚线标出三者的关系）,由pH图可见
5、，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上限值以上，但不宜大于12，否则会有Fe(OH)3沉淀出来。,(mv),pH,pH的关系图,a,b,c,d,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
6、复合电极、甘汞电极、铂电极；6.EDTA(乙二胺四乙酸二钠)、FeCl24H2O(放干燥器中)1mol/LNaOH、1mol/LFeCl36H2O、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）,pH mv,定位 斜率,正面,后测面,甘汞电极,选择电极,记录输出,电源开关,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,2
7、5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,EDTAFeCl24H2OFeCl36H2O,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,测定曲线:,准确称取4.1691gEDTA，用25ml蒸馏水溶解，并搅拌成悬浮液，倒入五颈瓶中，再用1mol/L NaOH溶液10ml溶解剩余的EDTA，然后倒入五颈瓶中。,在硫酸纸上称取0.4931gFeCl24H2O固体，用角勺刮入五颈瓶中；用移液管量取4.96ml1mol/LFeCl36H2O溶液加入五颈瓶中
8、。,打开N2瓶主阀，调节浮标式氧气吸入器的流量调节阀，保持N2流量为:0.5L/min1L/min,用蒸馏水清洗pH复合电极，用混合磷酸盐标准缓冲溶液(25pH6.86)进行“定位”调节；再用蒸馏水清洗pH复合电极，用邻苯二甲酸氢钾标准缓冲溶液(25pH4.00)进行“斜率”调节。,打开电源，置“自动”位，负极()与饱和甘汞电极相连，正极()与铂电极相连。,用1mol/L的aOH溶液滴加到五颈瓶中(滴加速度不能太快，以免局部生成e(OH)3沉淀)，滴至pH值为8.0左右。待5min后，记录pH和电位值。,用4mol/L的HCl溶液滴加到五颈瓶中(滴加速度要缓慢)，滴至pH值下降幅度为0.3左右
9、。待1min后，记录pH和电位值。,如上操作，每次滴加HCl使pH降低0.3左右，待1min后，记录pH和电位值。,当pH值降至2.5左右，往反应瓶滴加HCl，可能pH值反而升高，反应液也变浑浊，实验即可停止。,测定曲线:,把反应液从五颈瓶中倒出，用蒸馏水清洗，然后做曲线。,实验数据记录,实验日期：；超级恒温器的恒温温度：。,数据处理,1.作EpH曲线关系图；2.作(S/H2S(g)pH直线；3.确定稳定区的pH范围；4.确定在何pH范围内(Fe3+/Fe2+)-(S/H2S(g)最大；5.文献值。,EpH曲线关系图,E(mV),pH,pH2,pH1,25,A,A/,B,B/,pH3,C,C/
10、,(S/H2S(g)pH,1,2,线1:pH2S=0.000072atm,线2:pH2S=0.00043atm,作(S/H2S(g)pH直线,恒温温度不在25时：,恒温温度在25时：,线1：pH2S=0.000072atm，取两个pH值代入上式即得。线2：pH2S=0.00043atm，取两个pH值代入上式即得。,确定稳定区的pH范围,曲线：稳定区pH=pH2pH3曲线：稳定区pH=pH1pH3,(Fe3+/Fe2+)-(S/H2S(g)的最大pH范围,曲线：,曲线：,pH pH3，最大不能大于12。,pH pH3，最大不能大于12。,文献值：,.稳定区pH=4.56.5,.(Fe3+/Fe2
11、+)-(S/H2S(g)的最大范围pH=6.58.0或以上，但不能大于12。,实验结果与讨论,结果：实测值的稳定区pH=(Fe3+/Fe2+)-(S/H2S(g)最大时pH=计算实验偏差：分析产生偏差的原因：有何建议与想法？,注意事项：,1.搅拌速度必须加以控制，防止由于搅拌不均匀造成加入NaOH时，溶液上部出现少量的Fe(OH)3沉淀；2.FeCl24H2O的纯度要注意，尽量防止被氧化；3.滴加HCl溶液时，滴加速度要尽量缓慢，保证pH的降幅在0.3以内；4.实验过程中，要在氮气(N2)的保护状态下进行。,思考题,1.写出Fe3+/Fe2+EDTA络合体系在电位稳定区的基本电极反应及对应的N
12、ernst公式的具体形式？2.在往反应瓶中加入EDTA、FeCl36H2O、FeCl24H2O后，为什么测得的pH值较低？3.在实验过程中，为什么要往反应瓶中通N2？,4.反应液用HCl滴至pH=2.5左右时，为什么会出现浑浊现象，且pH值反而不断升高？5.为什么要往反应液中滴加NaOH至pH=8左右，再滴加HCl来测定pH值和电位？如果先滴加HCl至pH=2.5左右，然后再滴加NaOH，这样是否可行？6.每次滴加HCl使pH值降低，为什么要控制降低幅度在0.3左右？,奈斯特(Nermst)方程,式中：0为25时标准电极电位；n为电极反应中电子的计算系数；F为法拉第常数，96484.6Cmol-1；R为气体常数，8.314JK-1mol-1；T为绝对温度，为活度，ox表示氧化态，re表示还原态。,重点难点,重点：掌握测定溶液的电极电位和pH值的方法，制作pH关系图，即电位-pH曲线。难点：盐酸的加入量控制。,加强实践教学提高创新能力,
