电势-PH曲线实验报告
一、目得要求
1、掌握电极电势、电池电动势及pH 得测定原理与方法. ２、 了解电势－ｐH 图得意义及应用。
３、 测定F ｅ3+／Ｆｅ2+—EDTA 溶液在不同pH 条件下得电极电势，绘制电势-p Ｈ曲线。
二、实验原理
很多氧化还原反应不仅与溶液中离子得浓度有关，而且与溶液得ｐH 值有关，即电极电势与浓度与酸度成函数关系.如果指定溶液得浓度,则电极电势只与溶液得pH 值有关。在改变溶液得ｐH 值时测定溶液得电极电势，然后以电极电势对pH 作图,这样就可得到等温、等浓度得电势—ｐH 曲线。
对于F ｅ3+／F ｅ2+－ＥDTA 配合体系在不同得p Ｈ值范围内,其络合产物不同，以Y ４—代表EDT Ａ酸根离子。我们将在三个不同p Ｈ值得区间来讨论其电极电势得变化。
①高pH 时电极反应为
Ｆe(OH ）Y 2—＋e FeY 2—+O Ｈ－
根据能斯特（Ｎｅｒｎｓt)方程，其电极电势为:
—
稀溶液中水得活度积K W 可瞧作水得离子积，又根据pH 定义,则上式可写成
－b 1－ｐH
其中=。
在EDTA 过量时,生成得络合物得浓度可近似瞧作为配制溶液时铁离子得浓度。即 m FeY 错误!m Fe 错误! .在m Fe 错误!/ m Ｆe 错误!不变时，与ｐＨ呈线性关系。如图中得cd 段。
②在特定得PH 范围内,Fe ２＋与Fe 3+能与E ＤTA 生成稳定得络合物Fe Ｙ2—与FeY —，其电极反应为
FeY - ＋e F ｅY 2—
其电极电势为
-
式中，为标准电极电势；a 为活度,a ?＝γ·m (γ为活度系数；m 为质量摩尔浓度）。
则式(１)可改写成
－ =φ -ｂ2－
式中，ｂ２＝。
当溶液离子强度与温度一定时，ｂ2为常数。在此pH 范围内，该体系得电极电势只与 m Fe Ｙ错误!/ｍFeY 错误!得值有关,曲线中出现平台区(上图中ｂc 段）。
③低ｐＨ时得电极反应为
Ｆe Ｙ-+H ＋+e FeH Ｙ—
则可求得:
—ｂ2－ｐＨ
在ｍF ｅ错误!/ ｍＦｅ错误!不变时，与pH 呈线性关系。如图中得ab 段.
三、仪器试剂
数字电压表 (NH 4）2F ｅ（S
Ｏ4）2·6H2O
数字式ｐＨ计（NH4）Fｅ（S Ｏ4)２·12H2O
500mｌ五颈瓶(带恒温套）HCl
电磁搅拌器NaOH
药物天平（１00 g) EDTＡ
复合电极铂电极
温度计N2（g）
５0容量瓶滴管
四、实验步骤
１、按图接好仪器装置图
１、酸度计2、数字电压表３、电磁搅拌器４、复合电极5、饱与甘
汞电极６、铂电极７、反应器
仪器装置如图I 24、２所示。复合电极,甘汞电极与铂电极分别插入反应器三个孔内，
反应器得夹套通以恒温水。测量体系得ｐH采用pH计，测量体系得电势采用数字压表。用电磁搅拌器搅拌。
2、配制溶液
预先分别配置0、1mol／L（NＨ4）2Fe（ＳO4)2，0、1moｌ/Ｌ（ＮH4）Fｅ（SO4）2（配前加两滴４ｍｏl／L HCl），0、5moｌ/L EDTA （配前加1、5克NaOH),4 mol/L HCｌ,２mol／ＬNaOH各５０ｍl.然后按下列次序加入:5０ml０、１mol／L（NH4)２Fe(ＳＯ4)2,50ml0、1mol/L (NＨ)Ｆe(SO4）２，６0ml0、5 mol/L EＤTＡ，５0ml蒸馏水，并迅速通N2。
4
3、将复合电极、甘汞电极、铂电极分别插入反应容器盖子上三个孔，浸于液面下。
4、将复合电极得导线接到pＨ计上,测定溶液得pＨ值，然后将铂电极，甘汞电极接在数字电压表得“＋”、“-"两端，测定两极间得电动势，此电动势就是相对于饱与甘汞电极得电极电势。用滴管从反应容器得第四个孔(即氮气出气口）滴入少量４mol/ＬＮａOH溶液，改变溶液pH值,每次约改变0、3,同时记录电极电势与pH值，直至溶液PH=8时,停止实验。收拾整理仪器。
五、实验数据记录与处理
ｐH值电势/mｖpＨ值电势/mv
9、28 -5、４5、８6 122、3
８、９6 12、2 5、6 122、8
8、9 15、6 5、２８１２3、1
8、81 2０、6 ４、49 １23、5
8、69 2８４、04 124、5
8、０9 61、8 3、67 １2６、６
7、81 76、3 3、4 129、２
7、51 9１、3 3、2６131、３
7、16 1０5、９3、1１13４
６、8 115、4 3 136、8
6、59 118、4 2、８８14０、1
6、51 1１9、2 2、7８１43、3
6、33 １20、5 ２、72 １4４、9
6、11 １21、３2、６2 14９、2
6、07 121、8 2、5３１52、6
5、９6 122
六、讨论
电势－ｐH图得应用
电势—ｐＨ图对解决在水溶液中发生得一系列反应及平衡问题（例如元素分离，湿法冶金，金属防腐方面)，得到广泛应用。本实验讨论得Fe3＋/Fe２+-EＤT Ａ体系，可用于消除天然气中得有害气体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 配合物，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：
2FｅY-+Ｈ2S2ＦeY２—+2H++Ｓ
2FeＹ２—+Ｏ2+H2O2FｅＹ—+2OH-
在用EＤTA络合铁盐脱除天然气中硫时，Ｆe３+/Fｅ2+－EDTA络合体系得电势-pH曲线可以帮助我们选择较适宜得脱硫条件。例如，低含硫天然气H2S含量约1×１0-４～6×10—4 kg·m-3,在25℃时相应得H2S分压为7、29～43、５６Pａ。
根据电极反应
S（ｇ)
Ｓ+2H+＋２eH
２
在２5℃时得电极电势与H2S分压pＨ错误!S得关系应为：
(V）＝－0、０72－０、02９61l p H错误!S－0、0591pH 在图２—17—1中以虚线标出这三者得关系.
由电势—pH图可见,对任何一定ｍFe错误!/mＦe错误!比值得脱硫液而言,此脱硫液得电极电势与反应S+2H++2eH2S(g）得电极电势之差值,在电势平台区得ｐH 范围内，随着ｐH得增大而增大，到平台区得pH上限时，两电极电势差值最大，超过此pH，两电极电势值不再增大而为定值。这一事实表明,任何具有一定得m Fe错误!/ｍＦｅ错误!比值得脱硫液，在它得电势平台区得上限时,脱硫得热力学趋势达最大,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—ｐＨ图,从热力学角度瞧,用EＤTA络合铁盐法脱除天然气中得H2S时,脱硫液得ｐH选择在6、５～8之间，或高于8都就是合理得，但pH不宜大于12，否则会有Fe(OH）
沉淀出来。
３
七、思考题
１、写出Ｆe3+/Fe2＋－EDTA络合体系在电势平台区、低pH与高ｐH时,体系得基本电极反应及其所对应得电极电势公式得具表示式,并指出每项得物理意义。
①高pＨ时电极反应为
Fｅ（ＯH）Y2-+ｅFｅY２－＋OH—
其电极电势为:
－b1－pH
其中=。
在EDＴA过量时，生成得络合物得浓度可近似瞧作为配制溶液时铁离子得浓度。即m
错误!ｍＦe错误!。在m Fe错误!／m Fｅ错误!不变时,φ与pＨ呈线性关系。
ＦeY
②在特定得PＨ范围内,Fｅ2+与Fe３＋能与EDＴA生成稳定得络合物ＦeＹ2－与FeＹ—，其电极反应为:
ＦｅY-＋e FeY２-
其电极电势为：
－＝φ －b２－（2）
式中，b2=.当溶液离子强度与温度一定时,b2为常数.在此ｐH范围内,该体系得电极电势只与ｍFeY错误!／ｍFeＹ错误!得值有关,曲线中出现平台区。
③低ｐH时得电极反应为
ＦeY—+H++e FeHY—
则可求得：
－b2－pH （3）
在ｍＦe错误!／ｍＦe错误!不变时，φ与pＨ呈线性关系。
2、脱硫液得m Fe错误!/ m Fe错误!比值不同，测得得电势—PＨ曲线有什么差异？
答:当脱硫液得m Fｅ错误!/ mＦe错误!比值不同时影响电势—ＰH曲线得斜率。
八、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，溶液上部出现少量得Fe(ＯH)３沉淀.
2、甘汞电极使用时应注意KCL溶液需浸没水银球，但液体不可堵住加液小孔。