电势-PH曲线实验报告

一、目的要求

1.掌握电极电势、电池电动势及pH 的测定原理和方法。

2. 了解电势-pH 图的意义及应用。

3. 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。

二、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，即电极电势与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 值有关。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，这样就可得到等温、等浓度的电势－pH 曲线。

对于Fe 3+/Fe 2+-EDTA 配合体系在不同的pH 值范围内，其络合产物不同，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。

①高pH 时电极反应为

Fe(OH)Y 2-+e FeY 2-+OH -

根据能斯特(Nernst)方程，其电极电势为：

（标准）Φ=Φ－

-

2--2Fe(OH)Y OH FeY ln a a a F RT ⋅

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

（标准）Φ=Φ－b 1－

F RT

m m F RT 303.2ln -2-2Fe(OH)Y FeY -）

（）（pH 其中1b =)

)(()(ln 22--⋅Y OH Fe Kw

FeY F RT γγ。 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 m FeY 2- ≈m Fe 2＋

。在m Fe 2＋

/ m Fe 3＋

不变时，Φ与pH 呈线性关系。如图中的cd 段。

②在特定的PH 范围内，Fe 2+和Fe 3+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-

其电极电势为

（标准）Φ=Φ－

-

2FeY FeY ln

a a F RT -

式中，（标准）Φ为标准电极电势；a 为活度，a =γ·m (γ为活度系数；m 为质量摩尔浓度)。

则式(1)可改写成

（标准）Φ=Φ－

--2--2FeY FeY FeY FeY ln ln m m F RT F RT -γγ ＝φ

－b 2－--2FeY FeY ln m m F RT 式中，b 2＝

-

-2FeY FeY ln

γγF RT 。 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-

/m FeY -

的值有关，曲线中出现平台区（上图中bc 段）。

③低pH 时的电极反应为

FeY -

+H ++e

FeHY -

则可求得：

（标准）Φ=Φ－b 2－

F

RT

m m F RT 303.2ln --FeY FeHY -

pH 在m Fe 2＋

/ m Fe 3＋

不变时，Φ与pH 呈线性关系。如图中的ab 段。

三、仪器试剂

数字电压表 (NH 4)2Fe(SO 4)2·6H 2O

数字式pH 计 (NH 4)Fe(SO 4)2·12H 2O 500ml 五颈瓶（带恒温套） HCl 电磁搅拌器 NaOH 药物天平（100 g ） EDTA 复合电极 铂电极 温度计 N 2(g) 50容量瓶 滴管

四、实验步骤

1、按图接好仪器装置图

1.酸度计

2.数字电压表

3.电磁搅拌器

4.复合电极

5.饱和甘汞电极

6.铂

电极7.反应器

仪器装置如图I 24.2所示。复合电极，甘汞电极和铂电极分别插入反应器三个孔内，

反应器的夹套通以恒温水。测量体系的pH采用pH计，测量体系的电势采用数字压表。用电磁搅拌器搅拌。

2、配制溶液

预先分别配置0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，0.1 mol/L (NH4)Fe(SO4)2（配前加两滴4 mol/L HCl），0.5 mol/L EDTA（配前加1.5克NaOH），4 mol/L HCl，2 mol/L NaOH各50ml。然后按下列次序加入：50ml0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，50ml0.1 mol/L (NH4)Fe(SO4)2，60ml0.5 mol/L EDTA，50ml蒸馏水，并迅速通N2。

3、将复合电极、甘汞电极、铂电极分别插入反应容器盖子上三个孔，浸于液面下。

4、将复合电极的导线接到pH计上，测定溶液的pH值，然后将铂电极，甘汞电极接在数字电压表的“＋”、“－”两端，测定两极间的电动势，此电动势是相对于饱和甘汞电极的电极电势。用滴管从反应容器的第四个孔(即氮气出气口)滴入少量4mol/LNaOH溶液，改变溶液pH值，每次约改变0.3，同时记录电极电势和pH值，直至溶液PH=8时，停止实验。收拾整理仪器。

五、实验数据记录与处理

pH值电势/mv pH值电势/mv

9.28 -5.4 5.86 122.3

8.96 12.2 5.6 122.8

8.9 15.6 5.28 123.1

8.81 20.6 4.49 123.5

8.69 28 4.04 124.5

8.09 61.8 3.67 126.6

7.81 76.3 3.4 129.2

7.51 91.3 3.26 131.3

7.16 105.9 3.11 134

6.8 115.4 3 136.8

6.59 118.4 2.88 140.1

6.51 119.2 2.78 143.3

6.33 120.5 2.72 144.9

6.11 121.3 2.62 149.2

6.07 121.8 2.53 152.6

5.96 122