電勢(shì)-PH曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)十二

實(shí)驗(yàn)十二

電勢(shì)-pH曲線的測(cè)定姓名：趙永強(qiáng)指導(dǎo)教師：吳振玉基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)一、目的要求1.掌握電極電勢(shì)、電池電動(dòng)勢(shì)及pH的測(cè)定原理和方法。2.了解電勢(shì)-pH圖的意義及應(yīng)用。3.測(cè)定Fe3+/Fe2+-EDTA溶液在不同pH條件下的電極電勢(shì)，繪制電勢(shì)-pH曲線。二、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)，即電極電勢(shì)與濃度和酸度成函數(shù)關(guān)系。如果指定溶液的濃度，則電極電勢(shì)只與溶液的pH值有關(guān)。在改變?nèi)芤旱膒H值時(shí)測(cè)定溶液的電極電勢(shì)，然后以電極電勢(shì)對(duì)pH作圖，這樣就可得到等溫、等濃度的電勢(shì)－pH曲線。對(duì)于Fe3+/Fe2+-EDTA配合體系在不同的pH值范圍內(nèi)，其絡(luò)合產(chǎn)物不同，以Y4-代表EDTA酸根離子。我們將在三個(gè)不同pH值的區(qū)間來(lái)討論其電極電勢(shì)的變化。①高pH時(shí)電極反應(yīng)為Fe(OH)Y2-+eFeY2-+OH-根據(jù)能斯特(Nernst)方程，其電極電勢(shì)為：－稀溶液中水的活度積KW可看作水的離子積，又根據(jù)pH定義，則上式可寫(xiě)成－b1－pH其中=。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mFeYeq\o(\s\up12(2-),\s\do4())mFeeq\o(\s\up12(2＋),\s\do4())。在mFeeq\o(\s\up12(2＋),\s\do4())/mFeeq\o(\s\up12(3＋),\s\do4())不變時(shí)，與pH呈線性關(guān)系。如圖中的cd段。②在特定的PH范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+和Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-和FeY-，其電極反應(yīng)為FeY-＋eFeY2-其電極電勢(shì)為－式中，為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)；a為活度，a =·m(為活度系數(shù)；m為質(zhì)量摩爾濃度)。六、討論電勢(shì)-pH圖的應(yīng)用電勢(shì)-pH圖對(duì)解決在水溶液中發(fā)生的一系列反應(yīng)及平衡問(wèn)題(例如元素分離，濕法冶金，金屬防腐方面)，得到廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)討論的Fe3+/Fe2+-EDTA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配合物，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：2FeY-+H2S2FeY2-+2H++S2FeY2-+O2+H2O2FeY-+2OH-在用EDTA絡(luò)合鐵鹽脫除天然氣中硫時(shí)，F(xiàn)e3+/Fe2+-EDTA絡(luò)合體系的電勢(shì)-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1×10-4～6×10-4kg·m-3，在25℃時(shí)相應(yīng)的H2S分壓為7.29～43.56Pa。根據(jù)電極反應(yīng)S+2H++2eH2S(g)在25℃時(shí)的電極電勢(shì)與H2S分壓pHeq\o(\s\up12(),\s\do4(2))S的關(guān)系應(yīng)為：(V)＝－0.072－0.02961lpHeq\o(\s\up12(),\s\do4(2))S－0.0591pH在圖2-17-1中以虛線標(biāo)出這三者的關(guān)系。由電勢(shì)-pH圖可見(jiàn)，對(duì)任何一定mFeeq\o(\s\up12(3＋),\s\do4())/mFeeq\o(\s\up12(2＋),\s\do4())比值的脫硫液而言，此脫硫液的電極電勢(shì)與反應(yīng)S+2H++2eH2S(g)的電極電勢(shì)之差值，在電勢(shì)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)，兩電極電勢(shì)差值最大，超過(guò)此pH，兩電極電勢(shì)值不再增大而為定值。這一事實(shí)表明，任何具有一定的mFeeq\o(\s\up12(3＋),\s\do4())/mFeeq\o(\s\up12(2＋),\s\do4())比值的脫硫液，在它的電勢(shì)平臺(tái)區(qū)的上限時(shí)，脫硫的熱力學(xué)趨勢(shì)達(dá)最大，超過(guò)此pH后，脫硫趨勢(shì)保持定值而不再隨pH增大而增加，由此可知，根據(jù)-pH圖，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選擇在6.5～8之間，或高于8都是合理的，但pH不宜大于12，否則會(huì)有Fe(OH)3沉淀出來(lái)。七、思考題1.寫(xiě)出Fe3+/Fe2+－EDTA絡(luò)合體系在電勢(shì)平臺(tái)區(qū)、低pH和高pH時(shí)，體系的基本電極反應(yīng)及其所對(duì)應(yīng)的電極電勢(shì)公式的具表示式，并指出每項(xiàng)的物理意義。①高pH時(shí)電極反應(yīng)為Fe(OH)Y2-+eFeY2-+OH-其電極電勢(shì)為：－b1－pH其中=。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mFeYeq\o(\s\up5(2-),\s\do2())mFeeq\o(\s\up5(2＋),\s\do2())。在mFeeq\o(\s\up5(2＋),\s\do2())/mFeeq\o(\s\up5(3＋),\s\do2())不變時(shí)，φ與pH呈線性關(guān)系。②在特定的PH范圍內(nèi)，F(xiàn)e2+和Fe3+能與EDTA生成穩(wěn)定的絡(luò)合物FeY2-和FeY-，其電極反應(yīng)為：FeY-＋eFeY2-其電極電勢(shì)為：－＝φ－b2－(2)式中，b2＝。當(dāng)溶液離子強(qiáng)度和溫度一定時(shí)，b2為常數(shù)。在此pH范圍內(nèi)，該體系的電極電勢(shì)只與mFeYeq\o(\s\up5(2-),\s\do2())/mFeYeq\o(\s\up5(-),\s\do2())的值有關(guān)，曲線中出現(xiàn)平臺(tái)區(qū)。③低pH時(shí)的電極反應(yīng)為FeY-+H++eFeHY-則可求得：－b2－pH(3)在mFeeq\o(\s\up5(2＋),\s\do2())/mFeeq\o(\s\up5(3＋),\s\do2())不變時(shí)，φ與pH呈線性關(guān)系。2.脫硫液的mFeeq\o(\s\up5(3＋),\s\do2())/mFeeq\o(\s\up5(2＋),\s\do2())比值不同，測(cè)得的電勢(shì)—PH曲線有什么差異？答：當(dāng)脫硫液的mFeeq\o(\s\up5(3＋),\s\do2())/mFeeq\o(\s\u