電勢-pH曲線地測定

1、實用文案電勢 pH 曲線的測定一、實驗?zāi)康?、掌握電勢 pH曲線的測量原理和pH計的使用方法。2、測定 Fe3 /Fe 2+-EDTA體系的電勢 pH圖。二、實驗原理標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的概念被廣泛應(yīng)用于解釋氧化還原體系之間的反應(yīng)。但是很多氧化還原反應(yīng)的發(fā)生都與溶液的pH 值有關(guān)，此時，電極電勢不僅隨溶液的濃度和離子強度變化，還要隨溶液pH 值而變化。對于這樣的體系，有必要考查其電極電勢與 pH 的變化關(guān)系，從而能夠得到一個比較完整、清晰的認(rèn)識。在一定濃度的溶液中，改變其酸堿度，同時測定電極電勢和溶液的pH 值，然后以電極電勢對 pH作圖，這樣就制作出體系的電勢-pH 曲線，稱為電勢 -pH 圖。根據(jù)

2、能斯特 (Nernst) 公式，溶液的平衡電極電勢與溶液的濃度關(guān)系為o 2.303RT lg a0 xzFareo2.303RT lg cox2.303RT lg(1)oxzFcrezFre式中 a、c和ox分別為氧化態(tài)的活度、濃度和活度系數(shù)；a 、c和re分別為還oxoxrere原態(tài)的活度、 濃度和活度系數(shù)。 在恒溫及溶液離子強度保持定值時，式中的末項2.303RT lgox 亦為一常數(shù)，用 b 表示之，則zFreob2.303RT lg cox(2)zFcre顯然，在一定溫度下， 體系的電極電勢將與溶液中氧化態(tài)和還原態(tài)濃度比值的對數(shù)呈線性關(guān)系。本實驗所討論的是Fe3+/Fe 2+-EDTA

3、絡(luò)合體系。以Y4- 代表 EDTA酸根離子(CH2) 2 N2，體系的基本電極反應(yīng)為FeY-+e = FeY 2-則其電極電勢為標(biāo)準(zhǔn)實用文案ob2.303RTcFeY(3)lgcFeY 2F由于 FeY- 和 FeY2- 這兩個絡(luò)合物都很穩(wěn)定，其lgK 穩(wěn) 分別為 25.1 和 14.32 ，因此，在 EDTA過量情況下，所生成的絡(luò)合物的濃度就近似地等于配制溶液時的鐵離子濃度，即cc0 3FeYFec 2c0 2FeYFe這里和分別代表 Fe3+和 Fe2+的配制濃度。所以式 (3) 變成（ob）2.303RTcFe03Flg 0(4)cFe 2由式 (4)可知，F(xiàn)e3+/Fe 2+-EDTA

4、絡(luò)合體系的電極電勢隨溶液中的比值變化，而與溶液的 pH值無關(guān)。對具有某一定的比值的溶液而言， 其電勢 pH曲線應(yīng)表現(xiàn)為水平線。但 Fe3+和 Fe2+除能與 EDTA在一定 pH范圍內(nèi)生成 FeY- 和 FeY2- 外，在低 pH 時，2+-3+Fe 還能與 EDTA生成 FeHY型的含氫絡(luò)合物；在高pH 時， Fe則能與 EDTA生成Fe(OH)Y2-型的羥基絡(luò)合物。在低pH時的基本電極反應(yīng)為FeY- +H+e = FeHY-則(2.303RTcFeY2.303RT1 b )lgFpHFcFeHY(5)2.303RTcFe032.303RT( 1pHb )lg0FFc2Fe同樣，在較高 pH

5、 時，有2-+e = FeY2-Fe(OH)Y+OH2b2.303RT2.303RTcFE(OH)Y 22.303RTlg K wFlgcFeY 2FpHF(6)2.303RT2.303RTcFe02.303RT32blg K WFlg0FpHFcFe2標(biāo)準(zhǔn)實用文案式中， KW為水的離子積。由式 (5) 及(6) 可知，在低 pH 和高 pH 值時， Fe3+/Fe 2+EDTA絡(luò)合體系的電極電勢不僅與的比值有關(guān)，而且也和溶液的pH 有關(guān)。在比值不變時，其電勢 -pH 為線性關(guān)系，其斜率為 -2.303RT/F 。-3圖 1 是 Fe3+/Fe 2+EDTA絡(luò)合體系 (均為 0.15mol &

6、#183;dm ) 的一組電勢pH曲線。圖中每條曲線都分為三段：中段是水平線，稱電勢平臺區(qū)；在低 pH和高 PH時則都是斜線。圖 1 Fe 3+/Fe 2+ EDTA絡(luò)合體系的電勢 pH曲線表 1 Fe 3+/Fe 2+ EDTA體系的電勢 -pH 曲線對應(yīng)的濃度值曲線09.9 ×10-26.2 × 10-23.1 ×10-229.6 × 10-26.0 ×10-416010.0 ×10-20圖 1 所標(biāo)電極電勢都是相對于飽和甘汞電極的值。I 4 條曲線對應(yīng)各組分的濃度如表 1 所示。天然氣中含有 H2S，它是有害物質(zhì)。利用Fe3+

7、EDTA溶液可以將天然氣中的標(biāo)準(zhǔn)實用文案硫分氧化為元素硫除去，溶液中 Fe3+EDTA絡(luò)合物被還原為 Fe2+ EDTA絡(luò)合物；通入空氣可使低鐵絡(luò)合物被氧化為 Fe3+ DETA絡(luò)合物，使溶液得到再生， 不斷循環(huán)使用。其反應(yīng)如下：2FeYH 2S脫硫22HS2FeY2FeY 21 O 2H 2O再生2FeY2OH2在用 EDTA絡(luò)合鐵鹽法脫除天然氣中的硫時，F(xiàn)e3+/Fe2+絡(luò)合體系的電EDTA勢 pH曲線可以幫助我們選擇較合適的脫硫條件。例如，低含硫天然氣 H2S 含量均為 0.1 0.6g/m3，在 25時相應(yīng)的 H2S 分壓為 7.3 43.6 Pa ，根據(jù)其電極反應(yīng)S + 2H+ +

8、2e = H 2 S(g)2及 pH的關(guān)系為 :在 25時的電極電勢與 HS 的分壓= -0.072-0.0296lg-0.0591pH(7)在圖 1 中以虛線標(biāo)出這三者的關(guān)系。由電勢-pH圖可見，對任何一定比值的脫硫液而言， 此脫硫液的電極電勢與 (7)式電勢之差值在電勢平臺內(nèi)，隨著 pH 的增大而增大，到平臺區(qū)的 pH 上限時，兩電極電勢差值最大，超過此 pH 值時，兩電極電勢差值不再增大。這一事實表明，任何一個一定比值的脫硫液在它的電勢平臺區(qū)的上限時，脫硫的熱力學(xué)趨勢達最大；超過此 pH后，脫硫趨勢保持定值而不再隨 pH增大而增加。由此可知，根據(jù)圖 I 24.1 ，從熱力學(xué)角度看，用 E

9、DTA絡(luò)合物鐵鹽法脫除天然氣 H2S 時脫硫液的 pH 選擇在 6.5 8 之間或高于 8 都是合理的。三、儀器藥品酸度計，數(shù)字電壓表，鉑片電極( 或鉑絲電極 ) ，飽和甘汞電極，復(fù)合電極，磁力攪拌器，滴瓶 (25ml) ，堿式滴定管 (50ml) ，量筒 (100ml) ，超級恒溫槽， EDTA，-3-3）。FeCl · 6HO，F(xiàn)eCl ·4H O，HCl 溶液 (4mol · dm ), NaOH 溶液（ 1 mol · dm3222標(biāo)準(zhǔn)實用文案圖 2 電勢 pH測定裝置圖1. 酸度計 2. 數(shù)字電壓表 3. 電磁攪拌器 4. 復(fù)合電極 5. 飽和

10、甘汞電極6. 鉑電極 7. 反應(yīng)器四、實驗步驟1. 儀器裝置儀器裝置如圖 2 所示。復(fù)合電極，甘汞電極和鉑電極分別插入反應(yīng)器三個孔內(nèi)，反應(yīng)器的夾套通以恒溫水。 測量體系的 pH 采用 pH計，測量體系的電勢采用電位差計。用電磁攪拌器攪拌。 其中復(fù)合電極與 pH計相連測量體系的 pH 值；甘汞電極和鉑電極分別與電位差計的正、負(fù)極相連以測量體系的電位。2. 配制溶液用臺稱稱取 3.5gEDTA，加 40ml 蒸餾水，加熱溶解，最后讓 EDTA溶液冷至25，轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器中。迅速稱取 0.86g FeCl 3·6H2O和 0.59g FeCl 2· 4H2O，立即轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器中。3

11、. 電勢和 pH的測定開動電磁攪拌器，用滴管緩慢滴加 2mol/l 的 NaOH溶液直至溶液 pH=8左右 ( 用堿量約 28ml) ，此時溶液為褐紅色（注意事項：加堿時要防止局部生成 Fe(OH)3 而產(chǎn)生沉淀）。測定其溶液的和 pH。標(biāo)準(zhǔn)實用文案4. 測定此時溶液的 pH值和值。向溶液中滴入少量4mol/l的 HCl，待攪拌 0.5 分鐘，重新測定體系的pH及值。如此反復(fù)，每滴加一次HCl 后（其滴加量以引起pH改變 0.3 左右為限），測一個 pH值和值，得出該溶液的一系列電極電勢和 pH 值，直至溶液變渾濁 (pH 約等于 2.3 左右 ) 為止。（由于 Fe2+易受空氣氧化，如有條件

12、最好向反應(yīng)器通入 N2 保護。）五、數(shù)據(jù)處理1. 用表格形式列出所測得的電池電動勢和 pH值數(shù)據(jù)，以測得的電池電動值 ( 即相對于 飽和 甘汞 電極的體 系 的電 極電 勢 ) 為 縱軸 ， pH 值 為橫軸， 作出3+2+曲線。從所得曲線上水平段確定-Fe /Fe絡(luò)合體系的電勢pHFeY和 FgYEDTA穩(wěn)定存的 pH 范圍。2. 25 時由電極反應(yīng)：S + 2H+ + 2e = H 2S(g)得 = 0.076-0.0296lg(pH 2S/atm) -0.0591 pH將 = -0.11v ， -0.13v ，-0.15v 所對應(yīng)的 pH 值列表，在同一圖上作pH直線，求直線與曲線交點的

13、pH 值，并指出脫硫最合適的pH值。六、注意事項1. 向反應(yīng)液中滴加 NaOH溶液時，滴加速度一定要慢，防止溶液局部產(chǎn)生沉淀，影響實驗的進行。2. 每次測定體系的和 pH 時，都要攪拌一段時間再測定。3. 甘汞電極與鉑電極組合是測量體系的電位差的，由于體系的電位低于飽和甘汞電極的電位， 因此連接時要把飽和甘汞電極連接電位差計的正極， 鉑電極接負(fù)極，而在讀數(shù)時，則需要在數(shù)字前加負(fù)號。七、思考題1.寫出 Fe3+/Fe 2+EDTA絡(luò)合體系在電勢平臺區(qū)、低pH 和高 pH 時，體系的基本標(biāo)準(zhǔn)實用文案電極反應(yīng)及其所對應(yīng)的Nernst 公式的具體形式，并指出每項的物理意義。2. 復(fù)合電極有何優(yōu)缺點？其

14、使用注意事項是什么？3. 用酸度計和電位差計測電動勢的原理各有什么不同？它們的測量精確度各是多少？PH-3S精密酸度計操作規(guī)程一、簡介PH-3S 型精密酸度計是一種智能型的實驗常規(guī)分析測量儀器，它適用于醫(yī)藥、 環(huán)保、 高校和科研單位的的化驗室測量水溶液中PH值和溶液溫度值。二、特點1、儀器采用微處理器技術(shù)，使儀器具有自動溫度補償功能，同時儀器也可以進行手動溫度補償，儀器具有斷電保護功能，在使用完畢后關(guān)機或非正常斷電情況下，儀器內(nèi)部存儲的設(shè)置參數(shù)不會丟失。2、在（ 0.0 60）溫度范圍內(nèi)，用戶可選擇5 種 PH緩沖溶液對儀器進行一點、二點標(biāo)定。三、校準(zhǔn)儀器的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液（25.0 ）0.05摩

15、爾/升磷苯二甲酸氫鉀4.005PH0.025摩爾/升混合磷酸鹽6.865PH四、儀器功能介紹儀器有兩種工作狀態(tài)：一次標(biāo)定和二次標(biāo)定。每種工作狀態(tài)可同時測量溫度值（外接溫度傳感器）、ph 值、溶液電壓值，同時顯示溶液的ph 值和溫度值。儀器共有六個工作鍵，分別為：標(biāo)定轉(zhuǎn)換、標(biāo)定、取消、標(biāo)定指示燈和測量指示燈；兩個工作指示燈：分別指示標(biāo)定狀態(tài)和測量狀態(tài)。如圖所示：標(biāo)準(zhǔn)實用文案1、標(biāo)定轉(zhuǎn)換：在測量狀態(tài)下按此鍵，可進行一次標(biāo)定和二次標(biāo)定之間的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的標(biāo)定指示數(shù)碼管指示其工作狀態(tài)，“ 1”表示一次標(biāo)定，“ 2”表示二次標(biāo)定。在標(biāo)定狀態(tài)下按此鍵無效。2、：用于 ph 值的參數(shù)調(diào)節(jié)，進行逐位預(yù)置，預(yù)置位

16、以閃爍形式提示預(yù)置?；蛴糜陬A(yù)置位增加、減少操作。3、取消：在標(biāo)定狀態(tài)下，當(dāng)ph 值預(yù)置有誤時按此鍵可結(jié)束本次操作，重新開始預(yù)置。4、標(biāo)定：用于標(biāo)定電極。在測試過程中按次鍵可重新標(biāo)定。電極標(biāo)定：標(biāo)定方式包括一點標(biāo)定、兩點標(biāo)定。（ 1）一點標(biāo)定：一點標(biāo)定是指采用一種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對電極系統(tǒng)進行標(biāo)定， 用于自動校準(zhǔn)儀器的定位值。儀器把 PH復(fù)合電極的百分斜率作為 100%，在測量精度要求不高的情況下， 可采用此方法，簡化操作。（若儀器已經(jīng)經(jīng)過兩點標(biāo)定則不用再進行一點標(biāo)定，可直接進行一點標(biāo)定方式下的測量。）操作步驟如下：a、 將 PH復(fù)合電極插入儀器的測量電極插座內(nèi)，并將該電極用蒸餾水清洗干凈，放入標(biāo)準(zhǔn)

17、緩沖溶液中（規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中的任意一種）。b、 當(dāng)儀器處于一點標(biāo)定狀態(tài)下（此時標(biāo)定指示數(shù)碼管指示為“1”），按標(biāo)定鍵，儀器即進入一點標(biāo)定工作狀態(tài)，當(dāng)顯示數(shù)碼管的電壓值穩(wěn)定后，按和或鍵進行PH值設(shè)置，若在預(yù)置過程中有錯誤操作按取消鍵即可。（ 2）二點標(biāo)定：二點標(biāo)定是為了提高PH的測量精度。 其含義是選用二種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液對電極系統(tǒng)進行標(biāo)定，測得PH復(fù)合電極的實際百分斜率和定位值。操作步驟如下：按標(biāo)定鍵（標(biāo)定指示數(shù)碼管指示“2”），儀器即進入二點標(biāo)定工作狀態(tài)，當(dāng)顯示數(shù)碼管的電壓值穩(wěn)定后，按和或鍵進行PH 值設(shè)置。在用一種溶液標(biāo)定完畢之后，儀器立即進入第二種溶液的標(biāo)定。此時將電極用蒸餾水清洗干凈，放

18、入另一種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中。當(dāng)顯示數(shù)碼管的電壓值穩(wěn)定后，按和或鍵進行PH值設(shè)置。標(biāo)準(zhǔn)實用文案五、操作步驟將傳感器、復(fù)合飽和電極、220V 電源接入后面板，后面板如圖所示：操作步驟 將 220V 電源接入后蓋板上的電源插座。將溫度傳感器、復(fù)合電極、 對應(yīng)后面板位置接好。 打開電源開關(guān)，顯示初態(tài)如：20000.000.00015儀器預(yù)熱15 分鐘。 分別配制好溶液：鄰苯二甲酸氫鉀、硼砂。準(zhǔn)備好蒸餾水（用于清洗復(fù)合電極）。 旋下復(fù)合電極保護套，放在蒸餾水中清洗。把復(fù)合電極和溫度傳感器放在“硼砂”溶液中。在儀器處于測量狀態(tài)下按標(biāo)定/ 轉(zhuǎn)換鍵，選擇標(biāo)定方式（1 或 2）（建議用2 次標(biāo)定測量比較準(zhǔn)確）。按住標(biāo)定鍵3 秒，標(biāo)定指示燈亮。此時PH 值顯示窗口，小數(shù)點后的第三位閃爍。等到電壓值穩(wěn)定，根據(jù)所顯示的溫度選擇標(biāo)準(zhǔn)的PH 值用增加鍵、減少鍵、逐位鍵進行標(biāo)定。如： 25時硼砂的PH值為 9.18按動鍵，小數(shù)點后的第二位數(shù)字閃爍，再按鍵，此位將逐次顯示“9”、“ 8”至“ 8”時停止按動鍵。按動鍵，小數(shù)點后的第一位數(shù)字閃爍，再按鍵，此位將顯示“1 ”，停此按動鍵。按動鍵，個位上的數(shù)字閃爍，再按鍵，此位將顯示“9 ”，停止按動鍵。1標(biāo)準(zhǔn)實用文案次標(biāo)定完成。按動鍵，十位上的數(shù)字閃爍