第5章_氧化还原滴定法_(2)

20 4 6 1 第5章氧化还原滴定法Redoxtitration 20 4 6 2 5 1氧化还原平衡 5 1 1概述氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析方法 特点 1 应用范围非常广泛 可以直接或间接的测定多种具有氧化性或还原性的物质 可用的滴定剂多 如高锰酸钾法 重铬酸钾法 碘量法 溴量法 铈量法 2 氧化还原反应机理复杂 基于电子转移 反应往往是分步进行的 还常伴有各种副反应发生 使反应物之间没有确定的计量关系 产物受介质的影响 20 4 6 3 一 氧化还原电对性质1 可逆氧化还原电对 可迅速建立起氧化还原平衡 其电势基本符合Nernst公式计算的理论电势 例如 Fe3 Fe2 Fe CN 63 Fe CN 64 I2 I 2 不可逆氧化还原电对 不能在氧化还原反应的任一瞬间建立起真正的平衡 其实际电势与Nernst公式计算的理论电势相差较大 例如 MnO4 Mn2 Cr2O72 Cr3 S4O62 S2O32 CO2 C2O42 O2 H2O2 H2O2 H2O 20 4 6 4 3 对称电对 氧化态与还原态的系数相同 Fe3 Fe2 Fe CN 63 Fe CN 64 I2 I 4 不对称电对 氧化态与还原态系数不同 Cr2O72 Cr3 S4O62 S2O32 20 4 6 5 二 能斯特 Nernst 方程式 任意一氧化还原半反应为 Ox ne Red 标准电极电势Standardelectrodepotential oxidationstate reducedstate 能斯特 Nernst 方程式为 20 4 6 6 例1 解 氧化还原半反应Cr2O72 14H 6e 2Cr3 H2O 0 100mol LK2Cr2O7溶液 加入固体亚铁盐使其还原 设此时溶液的 H 0 1mol L 平衡电势E 1 17V 求Cr2O72 的转化率 利用能恩斯特方程式可以求算氧化还原平衡中的各项数据 MBE Cr2O72 0 5 Cr3 0 100mol L Cr3 0 200 2 Cr2O72 20 4 6 7 可求得 20 4 6 8 5 1 2条件电势 conditionalpotential 在实际工作中 考虑溶液中离子强度的影响及副反应的影响 引出条件电位的概念 20 4 6 9 条件电极电势 考虑离子强度的影响 则Nernst方程写成 考虑副反应的影响 则Nernst方程写成 20 4 6 10 当cOx cRed 1mol L 1时 称为条件电极电势 其中 20 4 6 11 条件电极电势定义 在特定条件下 当氧化态和还原态的分析浓度都为1mol L时的实际电势 反映了离子强度与各种副反应影响的总结果 E 和E 的关系同KMY和KMY 20 4 6 12 可通过查p401表16得到条件电势 尽量查条件接近的 当题目给出分析浓度时 用条件计算电对的电势 如P222 例2 例3还可根据所给条件计算条件电势 例4 20 4 6 例题 Cu2 eCu I2 2e2I 1mol LKI 20 4 6 14 5 1 3氧化还原平衡常数 氧化还原反应进行的完全程度可以通过计算一个反应达到平衡时的平衡常数或条件平衡常数的大小来衡量 根据能斯特方程由两个电对的标准电极电势或条件电势来求得 20 4 6 15 氧化还原反应通式p2O1 p1R2 p1O2 p2R1 O1 n1eR1O2 n2e R2 20 4 6 p2O1 p1R2p1O2 p2R1 20 4 6 20 4 6 18 由标准电极电势 K 由条件电势 K 条件平衡常数 20 4 6 19 5 1 4氧化还原反应的速率 热力学 判断氧化还原反应进行的方向 次序和完全程度 反应的可能性 化学反应 动力学 氧化还原反应速率的大小 反应的现实性 20 4 6 20 影响氧化还原反应的速率的因素 1 反应物的浓度 一般来说 反应物的浓度越大 反应速度愈快 K2Cr2O7 6KI 14HCl 8KCl 2CrCl3 7H2O I22Na2S2O3 I2 Na2S4O6 2NaI KI过量5倍 HCl在0 8至1mol L 2 温度 升高温度一般可加快反应速度 通常溶液的温度每增高10 反应速度可增大2至3倍 2MnO4 5C2O42 16H 2Mn2 10CO2 8H2O75 85oC3 催化反应 catalyzedreaction 催化剂 正催化剂加快反应速率 负催化剂减慢反应速率 20 4 6 21 5 1 5诱导反应 Inducedreaction 一个反应的发生 促进另一个反应进行的现象 称为诱导作用 诱导反应 受诱反应 MnO4 称为作用体 Fe2 称为诱导体 Cl 称为受诱体 20 4 6 22 诱导反应和催化反应的区别 在催化反应中 催化剂参加反应后 又回到原来的组成 诱导体参加反应后 变为其它物质 20 4 6 23 5 2氧化还原滴定法原理 5 2 1氧化还原滴定中的指示剂 分类 自身指示剂专属指示剂氧化还原指示剂 20 4 6 24 一 自身指示剂 标准溶液本身的颜色变化 可指示终点 例如 在高锰酸钾法滴定中 可利用稍过量的高锰酸钾自身的粉红色来指示滴定终点 此时MnO4 的浓度约为2 10 6mol L 1 20 4 6 25 二 专属指示剂 本身并不具有氧化还原性 但它能与氧化剂或还原剂产生特殊的颜色 从而指示滴定终点 例如可溶性淀粉溶液 能与I2生成深蓝色的吸附化合物 当I2被还原为I 时 蓝色立即消失 20 4 6 26 三 氧化还原指示剂 指在滴定过程中本身发生氧化还原反应的指示剂 指示剂的氧化态和还原态具有不同的颜色 终点时 颜色突变 若以In Ox 和In Red 分别表示指示剂的氧化态和还原态 则 氧化态色还原态色 20 4 6 27 与酸碱指示剂类似 氧化还原指示剂变色范围 20 4 6 28 在选择指示剂时 应使指示剂的条件电势尽量与反应的化学计量点电势一致 以减小终点误差 注意指示剂空白值的影响 20 4 6 29 5 2 2氧化还原滴定曲线 一 氧化还原滴定曲线方程 对称的氧化还原滴定反应 n2O1 n1R2n1O2 n2R1 20 4 6 30 若以浓度为c1o的O1滴定体积为V0 浓度为c2o的R2 当加入的体积V时 滴定分数 20 4 6 31 由Nernst公式 当f 1时 滴定达到化学计量点 滴定曲线方程 20 4 6 32 二 滴定过程的电势计算 Fe3 浓度末知 无法计算 1 滴定前 20 4 6 33 2 20 4 6 34 20 4 6 35 滴定反应SP时 滴定反应的完全度应 99 9 代入式 当n1 n2 1时 当n1 1 n2 2时 20 4 6 36 20 4 6 37 20 4 6 38 氧化还原滴定曲线 计量点在突跃范围的中心 滴定分数 f 若n1 n2 计量点偏向于得 或失 电子数多的一方 若n1 n2 计量点在突跃的位置 20 4 6 39 三 影响滴定突跃的因素 从滴定分析的误差要求小于 0 1 0 1 出发 可以由能斯特公式导出滴定的突跃范围 取决于两电对的电子转移数与电势差 与浓度无关 电对 E 差值大 滴定突跃就大 差值小 滴定突跃就小 20 4 6 40 20 4 6 41 5 3氧化还原滴定前的预处理 将待测组分转变为一定价态的步骤 称为氧化还原滴定预处理 分类 预氧化处理 预还原处理 20 4 6 42 对预处理剂要求 反应快速必须将欲测组分定量地氧化或还原氧化还原反应具有一定选择性过量的预处理剂易除去处理方法 加热分解 过滤 利用化学反应 20 4 6 43 5 4常用的氧化还原滴定法 20 4 6 44 5 4 1高锰酸钾法 permanganatetitration 一原理 20 4 6 45 特点 氧化能力强 滴定时无需另加指示剂直接滴定具有还原性的物质 包括许多有机化合物 返滴定法氧化性和还原性物质 如MnO2 PbO2 SO32 和HCHO 间接法测定能与C2O42 定量沉淀为草酸盐的金属离子 如Ca2 Ba2 Pb2 以及稀土离子等 注意事项 用H2SO4来控制溶液的酸度 而不用HNO3或HCl来控制酸度 20 4 6 46 配制方法 称取稍多于理论量的KMnO4固体 溶解在蒸馏水中 加热煮沸约1h 放置7 10d后 用微孔玻璃砂芯漏斗过滤 溶液贮藏于棕色瓶中 放置暗处 待标定 标定方法 最常用的基准物是Na2C2O4 在105 110 烘干2h 放入干燥器中冷却后 即可使用 20 4 6 47 标定条件 20 4 6 48 二应用示例 1 H2O2含量的测定 20 4 6 49 2 软锰矿中的M O2含量的测定 20 4 6 50 3 钙盐中钙的测定 间接测定法 测定过程有关反应如下 20 4 6 51 钙盐中钙的测定计算 则可以利用下式计算钙的含量 20 4 6 52 4 水样中化学耗氧量 COD 的测定 chemicaloxygendemand 是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量 换算成氧的含量 以mg L计 测定时在水样 VS 中加入H2SO4及一定量的KMnO4溶液 V1 置沸水浴中加热 使其中的还原性物质氧化 剩余的KMnO4用一定过量NaC2O4还原 V 再以KMnO4标准溶液 V2 返滴定过量部分 20 4 6 53 水样中化学耗氧量 COD 的测定 由于Cl 对此有干扰 因而本法仅适用于地表水 地下水 饮用水和生活汗水中的测定 含较高Cl 的工业废水则应采用K2Cr2O7法测定 20 4 6 54 5 4 2重铬酸钾法 dichromatetitration 一 原理 在强酸性介质中为强氧化剂 直接滴定还原性物质用二苯胺璜酸钠作指示剂 无 紫优点1直接配制标准溶液 溶液稳定2不会与Cl 反应 可在HCl介质中滴定 20 4 6 55 二 应用示例及计算 1铁矿石中全铁含量的测定 此法中加入磷酸的目的 20 4 6 56 2COD的测定 测定方法 在水样中加入HgSO4消除Cl 干扰 加入过量K2Cr2O7溶液 在强酸性介质中 以Ag2SO4催化剂 加热回流 待氧化完全后 过量K2Cr2O7用FeSO4标准溶液返滴定 用亚铁灵 邻二氮菲 Fe II 指示滴定终点 本方法在银盐催化剂存在下 直链烃有85 95 被氧化 芳烃不起作用 因此所得结果不够严格 20 4 6 57 5 4 3碘量法 iodimetry 一 原理 直接碘量法 又称为碘滴定法 以碘标准溶液为氧化剂 S2 SO32 S2O32 Sn2 间接碘量法 又称为滴定碘法 以碘标准溶液为还原剂 20 4 6 58 a 某氧化剂与I 作用 使I 氧化而析出I2 b 用Na2S2O3标准溶液滴定析出的I2 c 指示剂 可溶性淀粉溶液 例 KMnO4 K2Cr2O7 在酸性溶液中与过量的的KI作用 析出的I2用Na2S2O3标准溶液滴定 其反应如下 2MnO4 10I 16H 2Mn2 5I2 8H2O2S2O32 I22I S4O62 间接碘量法 滴定碘法 20 4 6 59 1控制溶液的酸度 中性或弱酸性 OH H 2加入过量的碘化钾 防止碘的升华 增加碘的溶解度 滴定条件 20 4 6 60 控制溶液的温度 室温 a 温度高 将增大I2的挥发性 b 温度低 淀粉指示的灵敏度低 c 保存Na2S2O3溶液时 室温升高会增大细菌的活性 加速Na2S2O3的分解 防止光照 光能催化I 被空气中的氧所氧化 也能增大Na2S2O3溶液中的细菌活性 促使Na2S2O3的分解 暗处放置5分钟 待反应完全后 立即用Na2S2O3进行滴定 如放置时间过长 I2过多挥发 增大滴定误差 滴定条件 20 4 6 61 1Na2S2O3溶液的配制采用标定法配制 a 一般含有少量的杂质 如S SO32 SO42 CO32 Cl 等 b 溶液中存在以下反应 S2O32 CO2 H2OHSO3 HCO3 S2S2O32 O22SO42 2SS2O32 SO32 Sc 水中微量的Cu2 或Fe2 可以促进Na2S2O3溶液的分解 标准溶液的配制和标定 20 4 6 62 配制条件1 用新煮沸并冷却了的蒸馏水2 加入少量的Na2CO33 贮存于棕色试剂瓶中 放置暗处一周后进行标定 标准溶液的配制和标定 20 4 6 63 2Na2S2O3溶液的标定 20 4 6 64 1铜含量的测定 二 应用示例与计算 20 4 6 65 1 弱酸性溶液pH 3 5 4以防止Cu2 的水解及I2的歧化 酸化时常用H2SO4或HAc 不易用HCl和HNO32 防止Fe3 对测定的影响 3 近终点时加KSCN 使CuI沉淀转化为溶解度更小的CuSCN沉淀 以减小吸附 注意 20 4 6 66 漂白粉 Ca ClO 2 CaCl2 Ca OH 2 H2O和CaO的混合物 常用化学式Ca ClO Cl表示 2漂白粉中有效氯的测定 在一定量的漂白粉中加入过量的KI 加H2SO4酸化 析出的I2以淀粉指示剂立即用Na2S2O3标准溶液滴定 20 4 6 67 漂白粉中有效氯的测定 20 4 6 68 I2 2OH IO I H2OC6H12O6 IO OH C6H12O7 I H2O3IO IO3 2I IO3 5I 6H 3I2 3H2O 3 葡萄糖C6H12O6含量的测定 20 4 6 69 4 卡尔 弗休 KarlFisher 法测微量水 基本原理 I2氧化SO2时需定量水参加SO2