分析化学6氧化还原滴定.ppt

第七章 氧化还原滴定法,一、氧化还原滴定法：以氧化还原反应为基础的滴定 分析方法 二、实质：电子的转移 三、特点： 1）机理复杂、多步反应 2）有的程度虽高但速度缓慢 3）有的伴有副反应而无明确计量关系 四、分类： 碘量法、高锰酸钾法、重铬酸钾法、 亚硝酸钠法、溴量法、铈量法 五、应用：直接或间接测定无机物、有机物,2019/5/4,analytical chemistry,1,第一节 氧化还原平衡,一、电极电位与能斯特方程 二、条件电位及影响因素 三、氧化还原反应进行的程度 四、氧化还原反应的速度 五、化学计量点电位,2019/5/4,analytical chemistry,2,一、电极电位与能斯特（ Nernst）方程,电对的电极电位衡量氧化或还原能力的强弱 电对的电极电位越高，其氧化形的氧化能力越强 （还原形的还原能力越弱）氧化剂 电对的电极电位越低，其还原形的还原能力越强 （氧化形的氧化能力越弱）还原剂,2019/5/4,analytical chemistry,3,电对分类,电对 性质,可逆：Fe3+/Fe2+、I2/I-,电对瞬间平衡 符合能斯特公式,不可逆：,氧化态、 还原态系数,有中间价态的含氧酸及电极中有气体的电对，多为不可逆电对,2019/5/4,analytical chemistry,4,（一）电极电位的Nernst方程,1. 活度表示式 2. 浓度表示式,2019/5/4,analytical chemistry,5,3.分析浓度表示式,（二）标准电极电位,电对物质的活度均为1mol/L，气体分压为101.325KPa，以标准氢电极为参比出来的电极电位。,2019/5/4,analytical chemistry,6,二、条件电位及影响因素,(一)条件电位 ：特定条件下，cOx=cRed=1molL-1 或浓度比为1时电对的实际电势，用 反应了离子强度及各种副反应影响的总结果，与介质条件和温度有关。,2019/5/4,analytical chemistry,7,（二）条件电位影响因素,1离子强度（盐效应） 2生成沉淀 3形成配合物 4酸效应,2019/5/4,analytical chemistry,8,1. 离子强度（盐效应）,2. 生成沉淀,2019/5/4,analytical chemistry,9,已知：,Cu2+ + e Cu+,I2 + 2e 2I-,理论上 2Cu+ + 2I2 2Cu2+ + 4I-,实际上 2Cu2+ + 4I- 2CuI + 2I2,2019/5/4,analytical chemistry,10,3. 形成配合物：,2019/5/4,analytical chemistry,11,例：间接碘量法测Cu2+,Cu2+ + e Cu+,Fe3+ + e Fe 2+,I2 + 2e 2I-,2019/5/4,analytical chemistry,12,4. 酸效应：,H3AsO4 + 2H+ + 2e HAsO2 + 2H2O I3- + 2 e 3I-,例：,2019/5/4,analytical chemistry,13,注：根据电对的电位高低判断氧化还原反应的方向,H3ASO4 + 3I+ 2H+ HASO2 + I3+ 2H2O（酸性条件）,HASO2 + I3+ 2H2O H3ASO4 +3I + 2H+ （碱性条件）,2019/5/4,analytical chemistry,14,三、氧化还原反应进行的程度,1. 进行的程度用反应平衡常数来衡量 由标准电极电位K 由条件电位K（条件平衡常数）,Ox1 + n1e Red1 Red2 Ox2 + n2e,2019/5/4,analytical chemistry,15,n2Ox1 + n1Red2 n1Ox2 + n2Red1,2019/5/4,analytical chemistry,16,2019/5/4,analytical chemistry,17,2019/5/4,analytical chemistry,18,2. 滴定反应SP时：滴定反应的完全度应 99.9%,2019/5/4,analytical chemistry,19,（1）n1=n2=1时 lgK6 0.35V （2） n1=1、n2=2时 lgK9 0.27V （3） n1=1、n2=3时 lgK12 0.24V （4） n1=n2=2时 lgK6 0.18V （5） n1=2、n2=3时 lgK15 0.15V,n1+n2方程配平之后系数之和 n最小公倍数,2019/5/4,analytical chemistry,20,1. 氧化剂或还原剂： 性质不同，机理不同，显著影响速度 1）转移电子速度快；打开共价键速度慢 2）元素氧化数越高，反应越慢 3）静电作用力阻碍减慢反应速度 4）分步进行，整个速度受最慢一步影响 2. 浓度：增加浓度可以加快反应速度,四、氧化还原反应的速度,例：Cr2O7- + 6I- +14H+ 2Cr 3+ + 3I2 + H2O,2019/5/4,analytical chemistry,21,3. 温度：升温可加快碰撞，加快反应 每增高100C，速度增加23倍,4. 催化剂：改变反应历程，加快反应 加入Mn2+催化反应，反应一开始便很快进行；否则反应先慢后快，逐渐生成的Mn2+本身起催化作用（自动催化反应）,5.诱导作用 在实际工作中，有些氧化还原反应在通常情况下并不发生或进行极慢，但如有另一个反应同时进行时，可促使这一反应发生或使其加速。这种由于一个氧化还原反应的进行，诱发和促进另一氧化还原反应的现象，称为诱导作用。,2019/5/4,analytical chemistry,22,诱导作用和催化作用的异同：,相同点：均可以加快反应速率； 不同点：催化剂参与反应后并不改变其原来的组成和形态；而在诱导作用中，诱导体参加反应后变为其他物质,诱导反应,由于下述反应而显著加快：,受诱反应,反应很慢,2019/5/4,analytical chemistry,23,五.化学计量点电位,Ox1 + n1e Red1,Ox2 + n2e Red2,n2Ox1 + n1Red2 n1Ox2 + n2Red1,将（1）X n1+（2）X n2 得：,2019/5/4,analytical chemistry,24,2019/5/4,analytical chemistry,25,第二节 氧化还原滴定,一、滴定曲线 二、指示剂 三、氧化还原预处理,2019/5/4,analytical chemistry,26,一、滴定曲线,1滴定过程 可逆电对氧化还原反应的电位计算 2滴定突跃影响因素 3根据条件电位判断滴定突跃范围,2019/5/4,analytical chemistry,27,1滴定过程,2019/5/4,analytical chemistry,28,（1） 滴定前 对于0.1000mol/L(Fe2+)溶液，由于空气中氧气的氧化作用，必有极少量的Fe3+存在，组成Fe3+/Fe2+电对。 但Fe3+浓度未知，故此时溶液的电位无法计算。,2019/5/4,analytical chemistry,29,（2）sp前,2019/5/4,analytical chemistry,30,（3）sp时,（4）sp后,2019/5/4,analytical chemistry,31,2019/5/4,analytical chemistry,32,2滴定突跃大小的影响因素,3根据条件电位判断滴定突跃范围（电位范围）,2019/5/4,analytical chemistry,33,二、指示剂,1自身指示剂 2特殊指示剂 3氧化还原指示剂及选择原则,2019/5/4,analytical chemistry,34,1. 自身指示剂：有些滴定剂或被测物有颜色，滴定 产物无色或颜色很浅，则滴定时无须再滴加指示 剂，本身的颜色变化起着指示剂的作用，称,例：,优点：无须选择指示剂，利用自身颜色变化指示终点,紫色,无色,深棕色,无色,2.510-6mol/L粉红色,2.510-6mol/L浅黄色,有机溶剂中鲜明紫红色,2019/5/4,analytical chemistry,35,2. 特殊指示剂：有些物质本身不具有氧化还原性， 但可以同氧化还原电对形成有色配合物，因而 可以指示终点,特点：反应可逆，应用于直接或间接碘量法,例：淀粉 + I3深蓝色配合物 （5.010-6mol/L显著蓝色）,2019/5/4,analytical chemistry,36,3氧化还原指示剂：具氧化或还原性， 其氧化型和 还原型的颜色不同，氧化还原滴定中由于电位的 改变而发生颜色改变，从而指示终点,In（Ox） + ne In（Red）,讨论,2019/5/4,analytical chemistry,37,指示剂的选择原则： 指示剂变色范围部分或全部落在滴定突跃范围内 指示剂的条件电位尽量与化学计量点电位相一致,2019/5/4,analytical chemistry,38,三、氧化还原的预处理（自学）,对预处理剂要求： 反应定量、完全、快速 过量的预处理剂易除去 氧化还原反应具有一定选择性,分类：预氧化处理，预还原处理,2019/5/4,analytical chemistry,39,第三节 氧化还原滴定法的应用,提要,一、碘量法 二、KMnO4法 三、K2Cr2O7法 四、其他氧化还原方法,2019/5/4,analytical chemistry,40,一、碘量法*,利用I2的氧化性和I-的还原性建立的滴定分析方法,注：pH 9 时，不受酸度影响，应用范围更为广泛,电对反应 I2 + 2e 2I-,I2 + I - I3- （助溶）,I3- + 2e 3 I-,2019/5/4,analytical chemistry,41,（一）直接碘量法: 利用I2的弱氧化性质滴定还原物质,测定物：具有还原性物质,可测：S2-，Sn()，S2O32-，SO32- 酸度要求：弱酸性，中性，或弱碱性(pH小于9) 强酸性介质：I-发生氧化导致终点拖后； 淀粉水解成糊精导致终点不敏锐 强碱性介质：I2发生歧化反应,3I2 + 6OH- 5I- + IO3- + 3H2O（歧化反应）,4I-+O2 + 4H+ 2I2 + 2H2O（氧化反应）,2019/5/4,analytical chemistry,42,（二）间接碘量法： 利用I-的中等强度还原性滴定氧化性物质,测定物：具有氧化性物质,可测：MnO4-，Cr2O7-，CrO4-，AsO43-，BrO3-， IO3-，H2O2，ClO-，Cu2+ 酸度要求：中性或弱酸性 强酸性介质：S2O32-发生分解导致终点提前； I-发生氧化导致终点拖后 碱性介质： I-与S2O32-发生副反应，无计量关系,S2O32- + 2H+ SO2 + S+ H2O（分解）,4 I2 + S2O32- + 10 OH- 8I- + 2SO42-+5H2O,2019/5/4,analytical chemistry,43,（三）碘量法误差的主要来源*,1碘的挥发 预防： 1）过量加入KI助溶，防止挥发 增大浓度，提高速度 2）溶液温度勿高 3）碘量瓶中进行反应（磨口塞，封水） 4）滴定中勿过分振摇,2碘离子的氧化（酸性条件下） 预防：1）控制溶液酸度（勿高） 2）避免光照（暗处放置） 3）I2完全析出后立即滴定 4）除去催化性杂质（NO3-，NO，Cu2+）,2019/5/4,analytical chemistry,44,（四）标准溶液的配制与标定,1Na2S2O3溶液,A配制： 不稳定原因 a水中溶解的CO2易使Na2S2O3分解 S2O32- + CO2 + H2O HSO3- + HCO3-+ S b空气氧化：2S2O32-+ O2 SO42- + S c水中微生物作用： S2O32- Na2SO3 + S 配制方法：煮沸冷却水，加入Na2CO3使 pH=910， 放置78天，过滤,2019/5/4,analytical chemistry,45,B标定,Cr2O72-+ 6I- （过量）+ 14H+ 2Cr3+ 3I2 + 7H2O （酸度高） I2 + 2S2O32- 2I-+ S4O62- （加水稀释弱酸性）,I2 + 2S2O32- 2I-+ S4O62- （加水稀释弱酸性）,K2CrO7基准物标定法 I2标液比较法,2019/5/4,analytical chemistry,46,2碘标准溶液,A配制: 避光，防止I-I2（注：不可用分析天平称） B标定： As2O3基准物质标定法 Na2S2O3标准溶液比较法,As2O3 + 6OH - 2AsO33- + 3H2O AsO33- + I2 + 2H2O H3AsO4 + 2 I - + H+,2019/5/4,analytical chemistry,47,（五）淀粉指示剂,要求：室温；弱酸性；新鲜配制 加入时间： 直接碘量法滴定前加入（终点：无色深蓝色） 间接碘量法近终点加入（终点：深蓝色消失） 变色原理：,注：间接碘量法中淀粉指示剂过早加入，强烈吸附I2， 造成终点拖后,I2（过量）+ I- I3- （与淀粉形成深蓝色配合物）,2019/5/4,analytical chemistry,48,（六）应用与示例,1直接碘量法： 指示剂加入时间：滴定前加入 终点：无色深蓝色 例：Vc的测定,2间接碘量法 指示剂加入时间：近终点加入 终点：深蓝色消失 1）剩余碘量法(返滴定法) 例：葡萄糖的测定 2）置换碘量法 例：CuSO4的含量测定,2019/5/4,analytical chemistry,49,剩余碘量法测葡萄糖的含量,注：无须知道CI2,葡萄糖 + I2（定过量） 葡萄糖酸盐 I2（剩余）+ 2Na2S2O3 2 NaI + Na2S4O6,2019/5/4,analytical chemistry,50,置换碘量法测定CuSO4的含量,注： CuI易水解，故以HAc为介质 CuI强烈吸附I2造成终点提前，滴定时应用力振摇 或加入KSCN转化CuI沉淀为CuSCN，同时释放I2,2Cu2+ + 4I- （过量） 2CuI + I2 I2 + 2S2O32- 2I- + S4O62-,2019/5/4,analytical chemistry,51,二、KMnO4法： 利用MnO4-的强氧化性建立的滴定分析方法,1原理,MnO4- + 5e + 8H+ Mn2+ + 4H2O,注：酸性调节采用H2SO4 ，不采用HCl或HNO3,酸性KMnO4法常用 碱性氧化有机物速度快,MnO4- +2H2O+ 3e MnO2+ 4OH-,MnO4- + e MnO4 2-,2019/5/4,analytical chemistry,52,2KMnO4溶液的配制与标定,（1）间接配制法 （2）标定基准物：As2O3，H2C2O42H2O ，纯铁丝， Na2C2O4（稳定，易结晶，常用），H2C2O42H2O,（3）指示剂自身指示剂,2MnO4- + 5 C2O42- + 16H+ 2Mn2+ + 10CO2+ 8H2O,2019/5/4,analytical chemistry,53,3应用：,（1）直接法：测Fe2+，C2O42-，As（），H2O2 （2）返滴定法：MnO2，PbO2 （3）间接法：待测物本身不具有氧化或还原性质,2MnO4- + 5 H2O2 + 6H+ 2Mn2+ + 5O2+ 8H2O,MnO2 + C2O42- （定过量）+ 4H+ Mn2+ + 2CO2+ 2H2O,2MnO4- + 5 C2O42-（剩余）+ 16H+ 2Mn2+ + 10CO2+ 8H2O,2019/5/4,analytical chemist