电势-PH曲线实验报告
电势-PH
电势-pH 曲线测定实验时间 2006/3/21实验人 张磊 同组 兰波一、引言1.1电势-pH 图测定的原理标准电极电势的概念被广泛应用于解释氧化还原体系之间的反应。
但是很多氧化还原反应的发生都与溶液的pH 值有关，此时，电极电势不仅随溶液的浓度和离子强度变化，还要随溶液pH 值而变化。
对于这样的体系，有必要考查其电极电势与pH 的变化关系，从而能够得到一个比较完整、清晰的认识。
在一定浓度的溶液中，改变其酸碱度，同时测定电极电势和溶液的pH 值，然后以电极电势ε对pH 作图，这样就制作出体系的电势-pH 曲线，称为电势-pH 图。
根据能斯特(Nernst)公式，溶液的平衡电极电势与溶液的浓度关系为εεεγγ=+=++101230323032303oxreoo RTnFa a RT nF c c RT nF .l g.l g .l gox re x re(1)式中a ox 、c ox 和γox 分别为氧化态的活度、浓度和活度系数；a re 、c re 和γre 分别为还原态的活度、浓度和活度系数。
在恒温及溶液离子强度保持定值时，式中的末项2303.l gRTnFγγoxre亦为一常数，用b 表示之，则()εε=++22303o b RTnFc c .l g ox re(2)显然，在一定温度下，体系的电极电势将与溶液中氧化态和还原态浓度比值的对数呈线性关系。
本实验所讨论的是Fe 3+/Fe 2+-−EDTA 络合体系。
以Y 4-代表EDTA 酸根离子 (CH 2)2N 2()CH COO 244-，体系的基本电极反应为 FeY -+e = FeY 2-则其电极电势为()εε=++--22303ob RT Fc c .l gFeY FeY 2 (3)由于FeY -和FeY 2-这两个络合物都很稳定，其lgK 稳分别为25.1和14.32，因此，在EDTA 过量情况下，所生成的络合物的浓度就近似地等于配制溶液时的铁离子浓度，即c c c cFeY Fe 0FeY Fe 02-+-+==32这里c Fe 03+和c Fe02+分别代表Fe 3+和Fe 2+的配制浓度。
电势-ph曲线的测定
预先分别配置0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，0.1mol/L (NH4)Fe(SO4)2（配前加两滴4mol/L HCl），0.5mol/L EDTA（配前加1.5克NaOH），4mol/L HCl，2mol/L NaOH各50ml。然后按下列次序加入：50ml0.1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2，50ml0.1mol/L (NH4)Fe(SO4)2，60ml0.5mol/L EDTA，50ml蒸馏水，并迅速通N2。
2FeY-+H2S 2FeY2-+2H++S
2FeY2-+ O2+H2O 2FeY-+2OH-
在用EDTA络合铁盐脱除天然气中硫时，Fe3+/Fe2+-EDTA络合体系的电势-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H2S含量约1×10-4～6×10-4kg·m-3，在25℃时相应的H2S分压为7.29～43.56Pa。
2.实验中的问题
N2的作用是排尽溶液的二氧化碳和氧化性气体
如果溶液的初始PH调不到3。可以直接调到8，再加酸调到3也可以。
【思考题】
1.写出Fe3+/Fe2+－EDTA络合体系在电势平台区、低pH和高pH时，体系的基本电极反应及其所对应的电极电势公式的具表示式，并指出每项的物理意义。
一、高pH时电极反应为
FeY-＋e FeY2-
其电极电势为
φ＝φ－ ＝φ－b2－ (2)
式中，b2＝ 当溶液离子强度和温度一定时，b2为常数。在此pH范围内，该体系的电极电势只与mFeY /mFeY 的值有关，曲线中出现平台区
三、低pH时的电极反应为
FeY-+H++e FeHY-
实验十三电势-PH曲线的测定及其应用
六、数据处理
1、用表格形式记录所得的电极电势和pH值。
PH 电势 /mv 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2 、绘制 Fe3+/Fe2+ － EDTA 络合体系的电势－ pH 曲线，由曲线 确定FeY-和FeY2-稳定存在的pH范围。
七、思考题
1 、写出 Fe3+/Fe2+ － EDTA 络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。
实验十三 电势-PH曲线的测定及其应用 一、实验目的要求 二、实验原理 三、仪器试剂 四、实验步骤 五、实验注意事项 六、数据处理 七、思考题
物理化学实验
一、实验目的要求
1 、测定 Fe3+/Fe2+ － 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。
2、将复合电极、铂电极分别插入反应容器盖子上的孔
内并浸于液面下，通入氮气。 3、测定溶液的PH及电极电势。
五、实验注意事项
1 、 FeCl2· 4H2O 的纯度要注意，为了防止氧化可以改用 摩尔盐(硫酸亚铁铵1.16g)。
2 、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。
FeY ) ( Fe ) ( FeY ) ( Fe ) 看作为配制溶液时铁离子的浓度。即 ( 。 当 m ( Fe 2 ) 与 m ( Fe 3 ) 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。
m m , m m 2 - 2 - 3
2. 低pH时的基本电极反应为 FeY-+H++e FeHY则可求得：
实验十七 电势-pH 曲线的测定及其应用
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Fe3+/Fe2+-EDTA配合体系的电势pH曲线,由曲线确定FeY-和FeY2-稳定存 在的pH范围。
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。
令
当溶液离子强度和温度一定时,b1为常数。在 m(FeY2-)和m(Fe(OH)Y2 - )不变时, φ与pH呈线性 关系。如图中的ab段。
2、在一定pH范围内,Fe3+/Fe2+能与EDTA生 成稳定的络合物FeY2-和FeY-,其电极反应为 FeY- +e=FeY2根据奈斯特(Nernst)方程,其电极电势为
思考题
• 1. 写出Fe3+/Fe2+-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。
φ–pH 图
1、在高pH时，Fe3+/Fe2+能与EDTA生成稳定的络 合物FeY2-和Fe(OH)Y2-，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)Y2-+e =FeY2-+OH－ 则可求得:
式中φθ为标准电极电势; α为活度， α =γ·m(γ活度系数,m质量摩尔浓度)。稀溶液中 水的活度积KW可看作水的离子积,又根据pH定 义,则上式可写成：
电势-pH 曲线的测定及其应用 电势
目的要求
电势-pH的测定
电势—pH 的测定一、实验目的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。
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、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(11-1)式中为标准电极电势；为活度，)FeY ()FeY (-2ln ααϕϕθ--=F RT θϕα由=γ·m (γ：活度系数，m 质量摩尔浓度)。
则式(11-1)可改写成（11-2）式中 当溶液离子强度和温度一定时，b 1为常数，在此pH 范围内，该体系的电极电势只与的值有关。
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 。
当与的比值一定时，则为一定值。
曲线中出现平台区。
如图中的bc 段。
2、低pH 时的基本电极反应为FeY -+H ++e FeHY -则可求得：(11-3)式中 ,在不变时，与pH 呈线性关系。
如图中的cd 段。
)FeY ()FeY (1--2ln γγF RT b =)FeY ()FeY (--2/m m )Fe ()FeY ()Fe ()FeY (3-2-2,++≈≈m m m m )Fe (2+m )Fe (3+m ϕ()()()pH FRT m m F RT b FeY FeHY 303.2ln 2---=--θϕϕ()()--=FeY FeHY F RT b γγln 2)Fe ()Fe (32/++m m ϕ3、在高pH 时有Fe(OH)Y 2- + e FeY 2- + OH -则可求得：稀溶液中水的活度积可看作水的离子积，又根据pH 定义，则上式可写成(11-4) 式中,在不变时，与pH 呈线性关系。
电势-ph曲线测定实验报告
电势-ph曲线测定实验报告电势-ph曲线测定实验报告引言：电势-ph曲线测定实验是一种常用的实验方法，用于研究溶液的酸碱性质。
通过测定不同溶液在不同pH值下的电势，可以得到电势-pH曲线，从而了解溶液的酸碱性质及其变化规律。
本实验旨在通过测定一系列酸碱溶液的电势-pH 曲线，探究溶液的酸碱性质以及酸碱反应的特点。
实验方法：1. 准备实验所需的试剂和仪器设备，包括酸碱溶液、电极、pH计等。
2. 将待测溶液分别加入不同的试管中，并分别测定其pH值。
3. 将电极插入待测溶液中，使其与试液充分接触，并记录下此时的电势值。
4. 重复上述步骤，测定不同pH值下的电势值。
5. 根据测得的数据，绘制电势-pH曲线图。
实验结果与讨论：通过实验测定，我们得到了一系列酸碱溶液在不同pH值下的电势数据，并绘制出了相应的电势-pH曲线图。
根据实验结果，我们可以得出以下几点结论：1. 酸性溶液的电势随pH值的降低而升高，即电势-pH曲线呈上升趋势。
这是因为酸性溶液中存在大量的氢离子，而氢离子的浓度与pH值成反比关系。
随着pH值的降低，氢离子浓度增加，导致电势升高。
2. 碱性溶液的电势随pH值的升高而升高，即电势-pH曲线呈上升趋势。
这是因为碱性溶液中存在大量的氢氧根离子，而氢氧根离子的浓度与pH值成正比关系。
随着pH值的升高，氢氧根离子浓度增加，导致电势升高。
3. 在酸碱中性点附近，电势-pH曲线呈现一个平坦的区域。
这是因为在中性溶液中，氢离子和氢氧根离子的浓度相等，电势保持稳定。
4. 酸碱反应中，当酸性溶液与碱性溶液混合时，电势-pH曲线呈现一个明显的跃变点。
这是因为酸碱反应会产生水分子，从而改变了溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度，导致电势发生变化。
结论：通过电势-ph曲线测定实验，我们可以了解溶液的酸碱性质及其变化规律。
实验结果表明，酸性溶液的电势随pH值的降低而升高，碱性溶液的电势随pH值的升高而升高，而在酸碱中性点附近，电势保持稳定。
电势-pH曲线的测定(物理化学实验)
=
(������θ
+
������)
+
2.303������������ ������
lg
������F0e3+ ������F0e2+
应为水平段。 然而平缓段并非完全水平，而依然有缓慢下降的趋势，分析认为是在 Fe3+ / Fe2+ - EDTA 体系中，高 pH 情况下产生的 Fe(OH)Y2-和低 pH 情况下产生的 FeHY-依然有少量的存在，并且根据 pH 的不同有不同的平衡，导致电极电 势有微小的改变。
lg
������W
)
+
2.303������������ ������
lg
������Fe(OH)Y2− ������FeY2−
−
2.303������������ ������ pH
=
(������θ
+
������′′
−
2.303������������ ������
lg
������W)
+
2.303������������ ������
电势-pH 曲线的测定
实验者：林澄昱 生 04 2010030007； 同组者：张弯弯 实验日期：2010-04-07； 提交日期： 实验指导：石文博
1 引言
在众多对氧化还原体系的反应研究时，其电极电势不仅与溶液的浓度和离子强度有段， 还与溶液的 pH 有关。在一定浓度的溶液中，改变溶液的 pH，同时测定电极电势和溶 液的 pH，然后以电极电势 ε 对 pH 左图，就可以得到等温、等浓度的电势 – pH 曲线。 本实验针对 Fe3+ / Fe2+ - EDTA 体系，将其与惰性电极项链，与参比电极组成电池，通 过测定开路电压测得体系的电极电势，同时利用酸度计测出相应条件下的 pH，可以绘 制出该体系的电势 – pH 图。
电势-pH曲线的测定(预习)
电势－pH 曲线的测定【实验目的】测定32/Fe Fe EDTA ++-体系的电势－pH 图，掌握测定原理和pH 计的使用方法。
【原理】标准电极电势的概念被广泛应用于解释氧化还原体系之间的反应。
01 2.303 2.303lg lg ox ox re rec RT RT nF c nF γεεγ=++ 在恒温时，02 2.303()lg ox rec RT b nF c εε=++ 32/Fe Fe EDTA ++-体系 2FeY e FeY --+=2022.303()lg FeY FeY c RT b nF c εε--=++ 【实验步骤】1. 仪器装置玻璃电极，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，测定体系的电势采用数字压表。
用电磁搅拌器搅拌。
2. 配制溶液用台秤称取7gEDTA ，转移到反应器中。
加40ml 蒸馏水，加热溶解，最后让EDTA 溶液冷却至25℃。
测定称取1.72g 326FeCl H O 和224FeCl H O ，立即转移到反应器中。
总用水量控制在80ml 左右。
3. 电势和pH 的测定调节超级恒温槽水温为25℃，并将恒温水通入反应器的恒温水槽中，开动电磁搅拌器，用碱滴定管缓慢滴加13mol dm -NaOH 直至溶液8pH =左右（用碱量约为38ml ），此时溶液为褐红色〔加碱时要防止局部生成3()Fe OH 而产生沉淀〕。
此时测定溶液的pH 值和ε值。
用10ml 微量酸滴定管，在反应器的一个孔滴入少量43mol dm -HCl ，待搅拌几分钟后，重新测定体系的pH 及ε值。
如此，每滴加一次HCl 后（其滴加量以引起pH 改变0.3左右为限），测一个pH 值和ε值，得到该溶液的一系列电极电势和pH 值，直至溶液变浑浊（pH 约等于2.3左右）为止。
由于2Fe +易受空气氧化，如有条件最好向反应器通入2N 保护。
【数据记录】。
电势PH曲线实验报告.pdf
当溶液离子强度和温度一定时，b2 为常数。在此 pH 范围内，该体系的电极
2-
-
电势只与 mFeY /mFeY 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 则可求得：
FeY-+H++e
FeHY-
= （标准）－b2－
RT F
ln
mFeHYmFeY-
− 2.303RT F
稀溶液中水的活度积 KW 可看作水的离子积，又根据 pH 定义，则上式可写 成
=
（标准）－b1－
RT F
ln
m（FeY2-） − 2.303 RT
m（Fe(OH)Y2-）
F
pH
其中 b1 =
RT F
ln
(FeY 2− ) Kw (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
2-
2＋
2＋
3＋
度。即 mFeY mFe 。在 mFe / mFe 不变时， 与 pH 呈线性关系。如图中的
cd 段。
②在特定的 PH 范围内，Fe2+和 Fe3+能与 EDTA 生成稳定的络合物 FeY2-和
FeY-，其电极反应为
FeY- ＋e
FeY2-
其电极电势为
=
（标准）－
RT F
ln
aFeY2− aFeY-
五、实验数据记录与处理
pH 值 9.28 8.96 8.9 8.81 8.69 8.09 7.81 7.51 7.16 6.8 6.59 6.51 6.33 6.11 6.07 5.96
电势/mv -5.4 12.2 15.6 20.6 28 61.8 76.3 91.3 105.9 115.4 118.4 119.2 120.5 121.3 121.8 122
【清华】电势-pH曲线测定
实验16 电动势-pH 曲线的测定张圣夫 化92 2009011878 同组人：陈其乐 实验日期：2012-2-29，提交报告日期：2012-3-11.引言1.1 实验目的测定Fe3+/Fe2+-EDTA 体系的电势-pH 图，掌握测量原理和pH 计的使用方法。
1.2 实验原理很多氧化还原反应的发生不仅与溶液的浓度和离子强度有关，还与溶液pH 值有关。
在一定浓度的溶液中，改变溶液的pH 值，同时测定电极电势和溶液的pH 值，然后以电极电势ε对pH 作图，就可以得到等温、等浓度的电势-pH 曲线。
根据能斯特(Nernst)公式，溶液的平衡电极电势与溶液的浓度关系为()0111 2.303lg 2.303 2.303lg lg2.303lg o xreo o o a RT nF a c RT RT nF c nF c RT b nF c εεγεγε=+=++=++ox xre reoxre(1) (2)所以，在一定温度下，体系的电极电势将与溶液中氧化态和还原态浓度比的对数呈线性关系。
Fe 3+/Fe 2+-EDTA 络合体系中，不同pH 值条件下，其络合产物不同，电极反应不同，电极电势也不同。
以Y 4-代表EDTA 酸根离子(CH 2)2N 2()CH COO 244-，体系的基本电极反应为 FeY -+e = FeY 2-其电极电势为()22.303lg oc RT b F c εε--=++2FeY FeY (3)在EDTA 过量情况下，所生成的络合物的浓度就近似地等于配制溶液时的铁离子浓度，即32-+-+==200FeY Fe FeY Fe c c c c ，εε=++++（）232o b 2.303RT F lg c c Fe 0Fe 0(4) 由式上式可知，Fe 3+/Fe 2+-EDTA 络合体系的电极电势随溶液中的c c Fe Fe 320++/比值变化，而与溶液的pH 值无关。
对具有一定的cc FeFe 320++/比值的溶液而言，其电势—pH 曲线应表现为水平线。
实验8 电势-pH曲线的测定dyl
物理化学实验备课材料实验8 电势-pH曲线的测定一、实验介绍盐溶液的pH值取决于其水解平衡，加酸降低其PH值，通常不会生成沉淀，但加碱升高pH值，则将产生溶解度低的氢氧化物或碱式盐沉淀。
关于形成氢氧化物的PH问题，在电化学工业中是非常重要的。
在实际电解过程中(金属沉积，电解精制等)，阴极附近液层明显地变成碱性，所用电流密度愈高，则到达形成氢氧化物的PH就愈快。
因此，在金属电解精制时，溶液PH的改变会导致各种氢氧化物的渗杂沉积，从而需要进一步净化。
这种情况在电镀时更不希望出现。
因此，在电解时，调整电流密度和溶液的PH是十分重要的。
本实验通过测定Fe3+-Fe2+-EDTA溶液在不同pH下的电动势，绘制出电势-pH曲线的。
通过实验使学生掌握测量电势的原理及pH/mV计的使用方法，了解电势-pH曲线的意义及应用。
（实验结果要求：1.现象观测仔细，随pH颜色变化依次为：红褐色(pH8.1)红(pH7.0)橙红(pH6.3)橙黄(pH5.7)黄(pH4.5)浅黄(pH2.8) 浅黄浑浊(白色沉淀，pH2.5)。
2.E-pH图平台区在pH3.7-6.3。
3.最佳脱硫酸度为pH6.3-8.0）二、目的要求1、测定Fe3+/Fe2+－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。
三、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。
及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-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。
在一定pH范围内，Fe3+/Fe2+能与EDTA生成稳定的络合物FeY2-和FeY-，其电极反应为FeY-＋e FeY2-根据奈斯特(Nernst)方程，其电极电势为图1 ϕ-pH)FeY ()FeY (-2ln ααϕϕθ--=F RT (1) 式中θϕ为标准电极电势；α为活度，α =γ·m (γ：活度系数，m 质量摩尔浓度)。
电势-PH曲线实验报告
一、目得要求1、掌握电极电势、电池电动势及pH 得测定原理与方法. ２、 了解电势－ｐH 图得意义及应用。
３、 测定F ｅ3+／Ｆｅ2+—EDTA 溶液在不同pH 条件下得电极电势，绘制电势-p Ｈ曲线。
二、实验原理很多氧化还原反应不仅与溶液中离子得浓度有关，而且与溶液得ｐH 值有关，即电极电势与浓度与酸度成函数关系.如果指定溶液得浓度,则电极电势只与溶液得pH 值有关。
在改变溶液得ｐH 值时测定溶液得电极电势，然后以电极电势对pH 作图,这样就可得到等温、等浓度得电势—ｐH 曲线。
对于F ｅ3+／F ｅ2+－ＥDTA 配合体系在不同得p Ｈ值范围内,其络合产物不同，以Y ４—代表EDT Ａ酸根离子。
我们将在三个不同p Ｈ值得区间来讨论其电极电势得变化。
①高pH 时电极反应为Ｆe(OH ）Y 2—＋e FeY 2—+O Ｈ－根据能斯特（Ｎｅｒｎｓt)方程，其电极电势为:—稀溶液中水得活度积K W 可瞧作水得离子积，又根据pH 定义,则上式可写成－b 1－ｐH其中=。
在EDTA 过量时,生成得络合物得浓度可近似瞧作为配制溶液时铁离子得浓度。
即 m FeY 错误!m Fe 错误! .在m Fe 错误!/ m Ｆe 错误!不变时，与ｐＨ呈线性关系。
如图中得cd 段。
②在特定得PH 范围内,Fe ２＋与Fe 3+能与E ＤTA 生成稳定得络合物Fe Ｙ2—与FeY —，其电极反应为FeY - ＋e F ｅY 2—其电极电势为-式中，为标准电极电势；a 为活度,a ﻩ＝γ·m (γ为活度系数；m 为质量摩尔浓度）。
则式(１)可改写成－ =φ -ｂ2－式中，ｂ２＝。
当溶液离子强度与温度一定时，ｂ2为常数。
在此pH 范围内，该体系得电极电势只与 m Fe Ｙ错误!/ｍFeY 错误!得值有关,曲线中出现平台区(上图中ｂc 段）。
③低ｐＨ时得电极反应为Ｆe Ｙ-+H ＋+e FeH Ｙ—则可求得:—ｂ2－ｐＨ在ｍF ｅ错误!/ ｍＦｅ错误!不变时，与pH 呈线性关系。
《物理化学实验报告》电势-ph曲线的测定
电势-pH 曲线的测定2012年3月20日实验，2011年3月23日提交报告助教：罗辰1 引言很多氧化还原反应的发生不仅与溶液的浓度和离子强度有关，还与溶液pH 值有关。
在一定浓度的溶液中，改变溶液的pH 值，同时测定电极电势φ和溶液的pH 值，然后以电极电势φ对pH 作图，就可以得到等温、等浓度的φ-pH 曲线。
根据能斯特(Nernst)公式，溶液的平衡电极电势与溶液的浓度关系为ΘΘox ox111red red2.303 2.303lg ()lga c RT RTb nF a nFc ϕϕϕ=+=++ 对Fe 3+/Fe 2+-EDTA 体系，以Y 4-代替EDTA 酸根离子，上式化为220ΘΘFeY FeY 22220FeY FeY 2.303 2.303()lg ()lg c c RT RT b b F c F c ϕϕϕ----=++=++ （1） φ为电极电势，φo 为电极反应标况下电极电势，R 为气体常数，T 为热力学温度， F 为法拉利常数，c 为各物质的浓度，b 代表活度系数修正的线性常数项。
由于FeY -和FeY 2-的lg K 稳很大，可用它们的配制浓度c 0代替实际浓度c 。
如果根据上式，φ应与pH 无关。
但实际上，在pH 较低时，Fe 2+还能与EDTA 生成FeHY -型含氢络合物，甚至生成H 4Y 沉淀；高pH 时，Fe 3+还能与EDTA 生成Fe(OH)Y 2-型羟基络合物。
这些络合物会影响ε与pH 的关系。
低pH 时的基本电极反应为FeY - + H + + e -FeHY -则ΘFeY 220FeHY 2.303 2.303()lg pH c RT RTb Fc Fϕϕ--'=++-同理，在较高pH 时，有Fe(OH)Y 2- + e -FeY 2- + OH -22220Fe(OH)Y Θ220FeY 0Fe(OH)Y Θ22W 0FeY 2.303 2.303()lg pOH2.303 2.303 ()lg (pH lg )c RT RT b F c FcRT RTb K F cFϕϕϕ----''=+++''=++-+因此，在高pH 和低pH 时，Fe 3+/Fe 2+-EDTA 体系的电极电势不仅与c 的比值有关，也和溶液pH 有关。
实验16电势-pH曲线的测定
实验16 电势-pH 曲线的测定1 引言（参见预习报告）很多氧化还原反应的发生不仅与溶液的浓度和离子强度有关，还与溶液的pH 相关。
在一定浓度的溶液中，改变溶液的pH ，同时测定电极电势和溶液的pH ，然后以电极电势ε对pH 作图，就可以得到等温、等浓度的电势-pH 曲线。
实验中，通过测定32/Fe Fe EDTA ++-体系的电势pH ，来得到电势-pH 图，并进一步对天然气脱硫的技术提供依据。
在低pH 时FeY H e FeHY -+-++=320'02.303 2.303()lg Fe Fe c RT RTb pH Fc Fθεε++=++-在高pH 时22()Fe OH Y e FeY OH ---+=+320''02.303 2.303 2.303(lg )lg Fe W Fe c RT RT RTb K pH F Fc Fθεε++=+-+-在中间时2FeY e FeY --+=3202.303()lg Fe Fe c RTb Fc θεε++=++ 2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图2.1.1药品：EDTA 、FeCl 3·6H 2O 、（NH 4）2Fe(SO 4)2·6H 2O 、HCl （4mol ·L -1）、NaOH 溶液（1.5mol ·L -1） 2.1.2仪器：Thermo Orion Model818型酸度计、HS-4精密恒温浴槽（成都仪器厂）、UT52型数字万用表、DZ-1型滴定装置、小烧杯两个（分别贴有pH=4与pH=6.86的标签，用于校准酸度计）、200mL 大烧杯一个、饱和甘汞电极一支、铂电极一支、碱式滴定管（50.00mL ）一支，量筒（100mL ）一个，反应器一个 2.1.3装置图：图1 电势−pH 测定装置图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.反应器图2 实验现场图2.2 实验条件实验前室温18.0℃，实验后室温21.5℃，平均气温19.8℃。
实验十五电势-pH曲线的测定(精)
d (1)
(2)
(1) Fe3+/Fe2+－EDTA体系 (2) S/H2S体系
c
b
/ V
F FeOH Y 2 F m Fe OH Y 2
F
(15-3)
令 b1
RT F
ln
FeY 2 KW
FeOH Y 2
在溶液离子强度和温度一定时，b1为常数。则
b1
RT ln Fm
m FeY 2
Fe OH Y 2
d (1)
(2) (1) Fe3+/Fe2+－EDTA体系
(2) S/H2S体系
/ V
呈线性关系（即图15-
c
b
1中cd段）。
a
pH A
图15-1 电势－pH关系示意图
由此可见，只要将体系（Fe3+/Fe2+ －EDTA）用惰性金属（Pt丝）作导体组成 一电极，并且与另一参比电极（饱和甘汞 电极）组合成一原电池测量其电动势，即 可求得体系(Fe3+/Fe2+－EDTA)的电极电 势。与此同时采用酸度计测出相应条件下 的pH值，从而可绘制出相应体系的电势－ pH曲线。
4. 实验步骤
（1）仪器装置
图15-2 电势－pH测定装置图
（2）溶液配制
预先称量0.723g NH4Fe(SO4)2，0.588g (NH4)2Fe(SO4)2，2.923 g EDTA，然后按下列次序将试 剂加入四颈瓶中：EDTA，40 mL水，NH4Fe(SO4)2；35 mL水，最后是(NH4)2Fe(SO4)2，配制成约75mL溶液。
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Fe3+/Fe2+-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Fe3+/Fe2+-EDTA配合体系在不同的pH值X围内，其络合产物不同，以Y4-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)Y2-+e FeY2-+OH-根据能斯特(Nernst)方程，其电极电势为：－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－b1－pH其中=。
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 Fe2＋。
在m Fe2＋/ m Fe3＋不变时，与pH呈线性关系。
如图中的cd段。
②在特定的PHX围内，Fe2+和Fe3+能与EDTA生成稳定的络合物FeY2-和FeY-，其电极反应为FeY-＋e FeY2-其电极电势为－式中，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－＝φ －b2－式中，b2＝。
当溶液离子强度和温度一定时，b2为常数。
在此pHX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：－b2－pH在m Fe 2＋/ m Fe3＋不变时，与pH呈线性关系。
如图中的ab段。
三、仪器试剂数字电压表(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 数字式pH计(NH4)Fe(SO4)2·12H2O 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N2(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。
【清华】电势-pH曲线测定
实验16 电动势-pH 曲线的测定张圣夫 化92 2009011878 同组人：陈其乐 实验日期：2012-2-29，提交报告日期：2012-3-11.引言1.1 实验目的测定Fe3+/Fe2+-EDTA 体系的电势-pH 图，掌握测量原理和pH 计的使用方法。
1.2 实验原理很多氧化还原反应的发生不仅与溶液的浓度和离子强度有关，还与溶液pH 值有关。
在一定浓度的溶液中，改变溶液的pH 值，同时测定电极电势和溶液的pH 值，然后以电极电势ε对pH 作图，就可以得到等温、等浓度的电势-pH 曲线。
根据能斯特(Nernst)公式，溶液的平衡电极电势与溶液的浓度关系为()0111 2.303lg 2.303 2.303lg lg2.303lg o xreo o o a RT nF a c RT RT nF c nF c RT b nF c εεγεγε=+=++=++ox xre reoxre(1) (2)所以，在一定温度下，体系的电极电势将与溶液中氧化态和还原态浓度比的对数呈线性关系。
Fe 3+/Fe 2+-EDTA 络合体系中，不同pH 值条件下，其络合产物不同，电极反应不同，电极电势也不同。
以Y 4-代表EDTA 酸根离子(CH 2)2N 2()CH COO 244-，体系的基本电极反应为 FeY -+e = FeY 2-其电极电势为()22.303lg oc RT b F c εε--=++2FeY FeY (3)在EDTA 过量情况下，所生成的络合物的浓度就近似地等于配制溶液时的铁离子浓度，即32-+-+==200FeY Fe FeY Fe c c c c ，εε=++++（）232o b 2.303RT F lg c c Fe 0Fe 0(4) 由式上式可知，Fe 3+/Fe 2+-EDTA 络合体系的电极电势随溶液中的c c Fe Fe 320++/比值变化，而与溶液的pH 值无关。
对具有一定的cc FeFe 320++/比值的溶液而言，其电势—pH 曲线应表现为水平线。
【清华】电势-PH图正式报告
电势—pH 曲线的测定王维新 2004030002 生物系44班 2006-3-71. 实验目的和原理测定Fe 3+/Fe 2+-−EDTA 体系的电势—pH 图，掌握测量原理和pH 计的使用方法。
标准电极电势的概念被广泛应用于解释氧化还原体系之间的反应。
但是很多氧化还原反应的发生都与溶液的pH 值有关，此时，电极电势不仅随溶液的浓度和离子强度变化，还要随溶液pH 值而变化。
对于这样的体系，有必要考查其电极电势与pH 的变化关系，从而能够得到一个比较完整、清晰的认识。
在一定浓度的溶液中，改变其酸碱度，同时测定电极电势和溶液的pH 值，然后以电极电势ε对pH 作图，这样就制作出体系的电势-pH 曲线，称为电势-pH 图。
根据能斯特(Nernst)公式，溶液的平衡电极电势与溶液的浓度关系为εεεγγ=+=++101230323032303oxreoo RTnFa a RT nF c c RT nF .lg.lg .lgox re x re(1)式中a ox 、c ox 和γox 分别为氧化态的活度、浓度和活度系数；a re 、c re 和γre 分别为还原态的活度、浓度和活度系数。
在恒温及溶液离子强度保持定值时，式中的末项2303.lgRTnFγγoxre亦为一常数，用b 表示之，则()εε=++22303o b RTnFc c .lgoxre(2) 显然，在一定温度下，体系的电极电势将与溶液中氧化态和还原态浓度比值的对数呈线性关系。
本实验所讨论的是Fe 3+/Fe 2+-−EDTA 络合体系。
以Y 4-代表EDTA 酸根离子 (CH 2)2N 2()CH COO 244-，体系的基本电极反应为 FeY -+e = FeY 2-则其电极电势为()εε=++--22303o b RTFc c .lgFe YFe Y2 (3) 由于FeY -和FeY 2-这两个络合物都很稳定，其lgK 稳分别为25.1和14.32，因此，在EDTA 过量情况下，所生成的络合物的浓度就近似地等于配制溶液时的铁离子浓度，即c c c cFe Y Fe 0Fe Y Fe 02-+-+==32这里c Fe 03+和c Fe 02+分别代表Fe 3+和Fe 2+的配制浓度。
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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 RTm m F RT 303.2ln -2-2Fe(OH)Y FeY -）（）（pH 其中1b =))(()(ln 22--⋅Y OH Fe KwFeY 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 lna 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 lnγγF 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 ++eFeHY -则可求得：（标准）Φ=Φ－b 2－FRTm 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/mv9.28 -5.4 5.86 122.38.96 12.2 5.6 122.88.9 15.6 5.28 123.18.81 20.6 4.49 123.58.69 28 4.04 124.58.09 61.8 3.67 126.67.81 76.3 3.4 129.27.51 91.3 3.26 131.37.16 105.9 3.11 1346.8 115.4 3 136.86.59 118.4 2.88 140.16.51 119.2 2.78 143.36.33 120.5 2.72 144.96.11 121.3 2.62 149.26.07 121.8 2.53 152.65.96 122六、讨论电势-pH 图的应用电势-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 2S 。
利用Fe 3+-EDTA 溶液 可将天然气中H 2S 氧化成元素硫除去，溶液中Fe 3+-EDTA 络合物被还原为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 2S −−→−脱硫2FeY 2-+2H ++S ↓ 2FeY 2-+21O 2+H 2O −−→−再生2FeY -+2OH - 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 2S 含量约1×10-4～6×10-4 kg ·m -3，在25℃时相应的H 2S 分压为7.29～43.56Pa 。
根据电极反应S+2H ++2eH 2S(g)在25℃时的电极电势Φ与H 2S 分压p H2S 的关系应为：Φ(V)＝－0.072－0.02961l p H2S －0.0591pH在图2-17-1中以虚线标出这三者的关系。
由电势-pH 图可见，对任何一定m Fe 3＋/ m Fe 2＋比值的脱硫液而言，此脱硫液的电极电势与反应S+2H ++2e H 2S(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m Fe 3＋/ m Fe 2＋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Φ-pH 图，从热力学角度看，用EDTA 络合铁盐法脱除天然气中的H 2S 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。
七、思考题1.写出Fe 3+/Fe 2+－EDTA 络合体系在电势平台区、低pH 和高pH 时，体系的基本电极反应及其所对应的电极电势公式的具表示式，并指出每项的物理意义。
①高pH 时电极反应为Fe(OH)Y 2-+eFeY 2-+OH -其电极电势为：（标准）Φ=Φ－b 1－FRTm m F RT 303.2ln -2-2Fe(OH)Y FeY -pH 其中1b =))(()(ln 22--⋅Y OH Fe KwFeY 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≈m Fe。
在m Fe 2＋ / m Fe 3＋ 不变时，φ与pH 呈线性关系。
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 -＋eFeY 2-其电极电势为：（标准）Φ=Φ－)(FeY )(FeY )(FeY FeY --2--2ln ln m m F RT F RT -γγ）（ ＝φ －b 2－)FeY FeY --2ln （）（m m F RT (2) 式中，b 2＝）（）（--2FeY FeY lnγγF 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/m FeY的值有关，曲线中出现平台区。
③低pH 时的电极反应为FeY -+H ++eFeHY -则可求得：（标准）Φ=Φ－b 2－F RTm m F RT 303.2ln --FeY FeHY -）（）（pH (3) 在m Fe 2＋/ m Fe 3＋不变时，φ与pH 呈线性关系。
2.脱硫液的m Fe3＋/ m Fe2＋比值不同，测得的电势—PH曲线有什么差异？答：当脱硫液的m Fe/ m Fe比值不同时影响电势—PH曲线的斜率。
八、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. 甘汞电极使用时应注意KCL溶液需浸没水银球，但液体不可堵住加液小孔。