实验十七电势pH曲线的测定及其应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目的要求,1.,测定,Fe,3+,/Fe,2+,-EDTA,溶液在不同,pH,条件下的电极电势,绘制电势,-pH,曲线。,2.,了解电势,-pH,图的意义及应用。,3.,掌握电极电势,电池电动势及,pH,的测定原理和方法。,电势,-pH,曲线的测定及其应用,1,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。既电极电势与离子浓度和酸度成函数关系。如果指定溶液的浓度,则电极电势只与溶液的,pH,有关。在改变溶液的,pH,值时测定溶液的电极电势,然后以电极电势对,pH,作图,这样就可画出等温,等浓度的电势,-pH,曲线。本实验讨论,Fe,3+,/Fe,2+,-EDTA,配合体系在不同的,pH,值范围内,其配合产物不同。以,Y,4-,代表,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势的变化，见下图。,实验原理,2,pH,图,3,1,在高,pH,时，,Fe,3+,/Fe,2+,能与,EDTA,生成稳定的络合物,FeY,2-,和,Fe(OH)Y,2-,，在,EDTA,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。,则有：,Fe(OH)Y,2-,+e =FeY,2-,+OH,则可求得,:,式中,为标准电极电势,; ,为活度，, =m(,活度系数,m,质量摩尔浓度,),。稀溶液中水的活度积,K,W,可看作水的离子积,又根据,pH,定义,则上式可写成：,4,令,当溶液离子强度和温度一定时,b,1,为常数。在,m(FeY,2-,),和,m(Fe(OH)Y,2,-,),不变时,与,pH,呈线性关系。如图中的,ab,段。,5,2,在一定,pH,范围内,Fe,3+,/Fe,2+,能与,EDTA,生成稳定的络合物,FeY,2-,和,FeY,-,其电极反应为,FeY,-,+e=FeY,2-,根据奈斯特,(Nernst),方程,其电极电势为,6,则上式可改写成,式中,7,当溶液离子强度和温度一定时,b,2,为常数,在此,pH,范围内,该体系的电极电势只与,m(FeY,2-,),和,m(FeY,-,),的值有关。即当,m(FeY,2-,),与,m(FeY,-,),的比值一定时,则,为一定值。曲线中出现平台区。如图中的,bc,段。,3.,低,pH,时的基本电极反应为：,FeY,-,+H,+,+e =FeHY,-,同理可求得,在,m(FeHY,-,) /m(FeY,-,),和,b,3,不变时,与,pH,呈线性关系。如图中的,cd,段。,8,仪器,电势,-pH,图,9,数据处理,1.,用表格形式记录所得的电动势,E,和,pH,值,以测得相对于,3mol/L KCl,的,AgCl/Ag,电极的电极电势换算至相对标准氢电极的电极电势。,2.,绘制,Fe,3+,/Fe,2+,-EDTA,配合体系的电势,-pH,曲线,由曲线确定,FeY,-,和,FeY,2-,稳定存在的,pH,范围。,10,注意事项,用摩尔盐,(,硫酸亚铁铵,).,的纯度要注意,防止氧化,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。,11,思 考 题,1.,写出,Fe,3+,/Fe,2+,-EDTA,配和体系在电势平台区的基本电极反应及对应的,Nernst,公式的具体形式,.,2.,用酸度计和电位差计测电动势的原理,各有什么不同。,12,讨论,电势,-pH,图对解决在水溶液中发生的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。本实验讨论的,Fe,3+,/Fe,2+,-EDTA,体系,可用于消除天然气中的有害气体,H,2,S,。利用,Fe,3+,-EDTA,溶液，可将天然气中,H,2,S,氧化成元素硫除去,溶液中,Fe,3+,-EDTA,配合物被还原为,Fe,2+,-EDTA,配合物,通入空气可以使,Fe,2+,-EDTA,氧化成,Fe,3+,-EDTA,使溶液得到再生,不断循环使用,其反应如下,: 2FeY,-,+H,2,S=2FeY,2-,+2H,+,+S 2FeY,2-,+O,2,+H,2,O=2FeY,-,+2OH,-,13,在用,EDTA,配合铁盐脱除天然气中硫时,Fe,3+,/Fe,2+,-EDTA,配合体系的电势,-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,H,2,S,含量约,110,-4,kg/m,3,610,-4,kg/m,3,在,25,时相应的,H,2,S,分压为,7.29Pa,43.56Pa.,根据电极反应：,S+2H,+,+2e=H,2,S (g),在,25,时的电极电势,E,与,H,2,S,的分压,P,H2S,及的关系应为,:,(V)=-0.072,0.0296 (lgP,H2S,),0.0591pH,在,-pH,图中以虚线标出这三者的关系,.,14,由电势,-pH,图可见,对任何一定比值的脱硫液而言,此脱硫液的电极电势与反应,S+2H,+,+2e=H,2,S (g),的电极电势之差值,在电势平台区的,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,任何具有一定的比值的脱硫液,在它的电势平台区的上限时,脱硫的热力学趋势达最大,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,从热力学角度看,用,EDTA,配合铁盐法脱除天然气中的,H,2,S,时,脱硫液的,pH,选择在,6.5,8,之间,或高于,8,都是合理的,但,pH,不宜大于,12,否则会有,Fe(OH),3,沉淀出来。,15,