实验08电位-PH曲线的测定及其应用.ppt

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,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,Fe,3+,/Fe,2+,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。,本实验讨论,Fe,3+,/Fe,2+,EDTA,体系的电位,pH,曲线,Fe,3+,/Fe,2+,EDTA,络合,体系在不同的,pH,值范围内，其络合产物不同。以,Y,4-,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,Fe,3+,和,Fe,2+,能与,EDTA,生成稳定的络合物,FeY,2-,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,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，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：,Fe,3+,/Fe,2+,EDTA,络合体系，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,络合物被还原为,Fe,2+,EDTA,络合物，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：,在用,EDTA,络合铁盐脱除天然气中硫时，,Fe,3+,Fe,2+,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,H,2,S,含量约为,0.1,0.6g/m,3,，,在,25,时相应的,H,2,S,分压为,7.29,43.56Pa,。,根据电极反应：,在,25,时的电极电位,与,H,2,S,的分压,p,H2S,及,pH,的关系为：,恒温温度不在,25,时：,式中：,单位为伏,(V),，,p,H2S,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，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=H,2,S(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,H,2,S,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,复合电极、甘汞电极、铂电极,；,6.,EDTA,(,乙二胺四乙酸二钠,),、,FeCl,2,4H,2,O,(,放干燥器中,),1mol/L,NaOH,、,1mol/L,FeCl,3,6H,2,O,、,1mol/L,HCl,；,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,）,N,2,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,N,2,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,25,或,30,依次加入,N,2,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,EDTA,FeCl,2,4H,2,O,FeCl,3,6H,2,O,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,曲线,Fe,3+,Fe,2+,EDTA,FeCl,3,6H,2,O,（1mol/L）,FeCl,2,4H,2,O,EDTA,（,固体）,4.96ml,0.4931g,0.14,4.1691g,7.68ml,0.0954g,0.17,5.0625g,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,0.4931,g,FeCl,2,4H,2,O,固体，用角勺刮入五颈瓶中；用移液管量取,4.96,ml,1,mol/L,FeCl,3,6H,2,O,溶液加入五颈瓶中。,打开,N,2,瓶,主阀，调节浮标式氧气吸入器的流量调节阀，保持,N,2,流量为,:,0.5,L/min,1,L/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,1,mol/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。,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：,。,pH,E(mV),pH,E(mV),数据处理,1,.,作,E,pH,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。,E,pH,曲线关系图,E,(mV),pH,pH,2,pH,1,25,A,A,/,B,B,/,pH,3,C,C,/,(S/H2S(g),pH,1,2,线1:p,H2S,=0.000072atm,线,2:p,H2S,=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,：,p,H2S,=0.000072atm,，,取两个,pH,值代入上式即得。,线,2,：,p,H2S,=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=pH,2,pH,3,曲线：稳定区,pH=pH,1,pH,3,(Fe3+/Fe2+),-,(S/H2S(g),的最大,pH,范围,曲线：,曲线：,pH pH,3,，,最大不能大于,12,。,pH pH,3,，,最大不能大于,12,。,文献值：,.,稳定区,pH=4.56.5,.,(Fe3+/Fe2+),-,(S/H2S(g),的最大范围,pH=6.5,8.0,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.,FeCl,2,4H,2,O,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,(N,2,),的保护状态下进行。,思考题,1.,写出,Fe,3+,/Fe,2+,EDTA,络合,体系在电位稳定区的基本电极反应及对应的,Nernst,公式的具体形式？,2.,在往反应瓶中加入,EDTA,、,FeCl,3,6H,2,O,、,FeCl,2,4H,2,O,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,N,2,？,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，,96484.6C,mol,-1,；,R,为气体常数，,8.314J,K,-1,mol,-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,