实验电位PH曲线的测定及其应用.pptxVIP

第1页/共49页实验电位PH曲线的测定及其应用第2页/共49页实验目的 1.运用电极电位、电池电动势和pH的测定方法，测定Fe3+/Fe2+~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。第3页/共49页实验原理 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Fe3+/Fe2+~EDTA体系的电位~pH曲线第4页/共49页 Fe3+/Fe2+~EDTA络合体系在不同的pH值范围内，其络合产物不同。以Y4-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。 ①溶液pH值在一定范围内 ②溶液pH值偏酸性条件下 ③溶液pH值偏碱性条件下第5页/共49页①溶液pH值在一定范围内 Fe3+和Fe2+能与EDTA生成稳定的络合物FeY2-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）第6页/共49页即：式中：第7页/共49页 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φ为一定值，曲线中出现平台区（φ~pH图中bc段）。第8页/共49页②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， φ与pH呈线性关系（φ~pH图中ab段）。第9页/共49页③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，φ与pH呈线性关系（φ~pH图中cd段）。第10页/共49页应用： Fe3+/Fe2+~EDTA络合体系，可用于消除天然气中的有害气体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络合物，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：第11页/共49页 在用EDTA络合铁盐脱除天然气中硫时，Fe3+ ~Fe2+~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H2S含量约为0.1~0.6g/m3，在25℃时相应的H2S分压为7.29~43.56Pa。 根据电极反应：第12页/共49页 在25℃时的电极电位φ与H2S的分压pH2S及pH的关系为：恒温温度不在25℃时：式中：φ单位为伏(V)， pH2S单位为大气压(atm)（φ~pH图中以虚线标出三者的关系）第13页/共49页 由φ~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=H2S(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H2S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。第14页/共49页φ(mv)acbdpHφ ~pH的关系图第15页/共49页药品仪器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)、FeCl2·4H2O(放干燥器中) 1mol/LNaOH、1mol/LFeCl3·6H2O、 1mol/LHCl；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。第16页/共49页酸度计（实物图片）数字显示温度正面 定位 斜率pH mv后测面电源开关电源插头记录输出甘汞电极选择电极第17页/共49页超级恒温器第18页/共49页五颈瓶（实物图片）N2进口冷却水出口冷却水进口第19页/共49页实验步骤N2复合电极铂电极+酸度计数字电压表–滴口甘汞电极水水搅拌子磁力搅拌器电位—pH测定装置图第20页/共49页插入pH复合电极酸度计滴加NaOH或HCl插入甘汞电极和铂电极N2开启超级恒温器并调节温度25℃或30℃五颈瓶数字电压表EDTAFeCl2·4H2O