铁-水系电位-PH实验

铁-水系φ—pH的测定

一、实验目的

现代湿法冶金已广泛使用φ-pH图来分析物质在水溶液中的稳定性即各类反应的热力学平衡条件，如已知金属-水系φ-pH图，可以找出浸出与净化沉淀此种金属的电位和pH值的控制范围。

通过对Fe-H2O中不同pH值对应的电位测定，绘制出Fe-H2O系φ—pH图，从而加深对溶液中pH与氧化还原电位的了解以及有关φ—pH图的理论知识的理解。

二、实验原理

本实验以Fe-H2O系为例，其三类反应具体平衡条件如下： 一类反应（只有电子得失）：

Fe3++e=Fe2+ ??????????（1-1） ?G??17780(cal)

0?1?1??10?1?0.0591lgaaFe3?

Fe2??G0??ZF?0

?17780) ?10?1??1(?23060?0.77(V)?0

1-1=-(-17780)/(1×23060)=0.77(V)

当温度T=298K,aFe?aFe?1,得

3?2? φ1-1=0.77(V)

Fe2++2e=Fe ?????????????(1-2)

?G0?20300(cal)

?1?2??10?2?0.05912lgaFe

2?同理得

?10?2??0.44(V)

当温度T?298，aFe2??1,得 ?1?2??0.44(V)

二类反应（无电子得失，有H?参与反应）Fe(OH)3?3H??Fe3??3H2O..................................................（2?1）?G298??6590(cal)0?G6590pH2?1??1364?3?1364?3?1.610当T?298K，aFe3??1，得01pH2?1?pH2?1?3lgaFe3??pH2?1?1.61Fe(OH)2?2H??Fe2??2H2O............................................................（..2?2）?G0??18110（cal）0同理得，pH2?2?6.64当T?298K，aFe2??1，得pH2?2?6.64三类反应(既有电子得失,又有H?参与反应)Fe(OH)3?3H??e?Fe2??3H2O......................................................(3?1)0?G298??24370(cal)0得?3?1?1.057(V),当T?298K,aFe2??1,得3?3?1?1.057?0.0591?1pH?0.05911lg1?1.057?0.177pHFe(OH)2?2H??2e?Fe?2H2O.......................................................(3?2)0?G298?2170(V)0得?3(V),当T?298K?2??0.047?3?2??0.047?0.0591pHFe(OH)3?H??e?Fe(OH)2?H2O.................................................(3?3)0?G298??6250(V)?30?3?0.271(V)?3?3?0.271?0.0591pH由于在水溶液中进行氧化?还原反应,故有,氢电极反应:2H??2e?H2?当T?298K,PH2?1atm时?H??0.0591pH2

?1氧电极反应：?2e?H2O2O2?2H当T?298K，PO2?1atm时?O?1.229?0.0591pH2根据以上Fe-H2O系七个平衡式,可作出该系的φ—pH图.

三、实验装置

2 3 PH计 6 电压表 4 1 5

1- 磁力加热搅拌器，2-铂电极，3-玻璃电极，4-甘汞电极，5-N2 瓶 6- 待测溶液

四、实验方法

本实验用Fe2(SO4)3·6H2O和FeSO4·7H2O试剂配成[Fe3+]=[Fe2+]=0.01mol/L的溶液,加入H2SO4和NaOH改变溶液的pH,用pH计测定溶液的pH值,同时用高阻电位差计测定相应的电位值,便可绘出φ—pH图。

但必须指出，由于平衡式（1-2）和（3-2）均在H2O析出H2的平衡线之下，所以在本实验条件下，无法测得上述两反应的φ和pH值。因而无法绘制出这两条直线，又由于溶液中Fe3+和Fe2+活度不等于1，故实测曲线与理论曲线之间存在一定的偏差。

五、实验仪器及试剂

1、实验仪器

pH计、恒温磁力加热搅拌器、数字电压表 实验装置图如下： 2、试剂

Fe2(SO4)3·6H2O（分析纯）、FeSO4·7H2O（分析纯）、H2SO4（分析纯）、 NaOH（分析纯） 六、实验步骤

1．溶液的配制：准确称取0.381g Fe2(SO4)3·6H2O及0.417g FeSO4·7H2O于200ml的烧杯中，加蒸馏水150ml溶解；

2．连接仪器，检查线路连接是否正确，如不正确及时更改； 3． pH计的校正

(1) 接通电源，开启pH计，预热时间不少于半小时； (2) 调节“温度“旋钮，使温度指到溶液温度； (3) 将“斜率”旋钮顺时针调节到最大；

(4) 用纯水冲洗玻璃电极，用滤纸吸干玻璃电极，然后将其放置于pH6.86的标准溶液，调节“定位”旋钮，使pH指示为6.86，固定“定位”；

(5) 冲洗电极后用滤纸吸干，放置到pH4.00的标准溶液中，调节“斜率”旋钮使其指示到4.00的缓冲溶液中，调“斜率“纽使读数PH=4，斜率钮不能再变动了。

4．测量PH值

冲洗电极后用滤纸吸干，放到待测溶液中，加H2SO4若干滴，使溶液PH=0.5。 5． 测量电位值

① 调节温度旋钮，使温度指到溶液温度；

② 用数字电压表测定溶液PH=0.5时对应的电位值；

③ 然后加入适量的碱NaOH，使PH值递增，按上述操作在PH为0.5~10

范围内，测定相应的PH值和电位值，约10~15对数据，然后进行实验数据处理，实验进行完毕，整理实验仪器，打扫卫生。

七、注意事项

a) PH计校准后，不得再旋动“定位”、“斜率”、“校正”。

b) 小心使用玻璃电极，不得用手触及电极前端小球，以免弄破。 c) 玻璃电极在使用前应用蒸馏水浸泡24小时。

d) 硫酸高铁[Fe2（SO4）3·6H2O]溶解慢，应预先配好。 八、编写实验报告

i. 简述实验原理，实验方案及实验装置 ii. 实验记录

（1） 应说明被测溶液温度及浓度;

（2） 应提供实验数据记录，包括实验次数，相应的PH值及电位值。 iii. 实验数据处理：

φ=φ测+φ甘

式中：φ——实际电位（伏）

φ测——测得的电位；

φ甘——甘汞电极电位，它由下式求出 φ甘=0.2415-7.6×10-3(t-25)

式中t——溶液溶液温度（℃）。

4.绘图及分析

(1)根据所测得的pH、φ数据，绘制出实验条件下的局部φ-pH图。 (2)与Fe-H2O系理论的φ-pH图进行比较。 5.提出合理的意见和建议.