第六章氧化还原滴定法ppt课件

第六章氧化还原滴定法 Oxidation ReductionTitrimetry 氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析法 氧化还原反应是电子转移反应 较慢且复杂 高锰酸钾法重铬酸钾法氧化还原滴定法碘量法 根据滴定剂命名 溴酸钾法铈量法 6 1氧化还原反应平衡 一条件电极电位氧化还原半反应为 Ox 氧化态 ne Red 还原态 可逆电对的电位 可用能斯特方程式 NernstEquation 表示 可逆氧化 还原电对 Ox Red 氧化态Ox 还原态Red电对的电极电位 Ox Red 氧化态Ox 还原态Red电对的标准电极电位R 气体常数 8 314J K 1 mol 1T 绝对温度273KF 96500C 法拉第常数n 半反应中电子的转移数 Ox Red 氧化态 还原态的活度 在理想状态下 能斯特方程式才能实现 即温度25 半电池反应中有关离子浓度 或活度 都是1mol L 或气体压力为101 325kPa 实际情况要复杂得多 受多种因素影响 在1mol LHCl中 0 70v在5mol LHCl中 0 64v 在0 5mol LH2SO4中 0 68v在1mol LHClO4中 0 76v 在1mol LH3PO4中 0 44v在2mol LH3PO4中 0 46v为什么出现这种情况 原因如下 例如 Fe3 Fe2 电对在不同浓度和不同种类的酸中 测出标准电极电位 是不同的 实际溶液中的作用力问题 不同电荷的离子之间存在着相互吸引的作用力电荷相同的离子之间存在着相互排斥的作用力离子与溶剂分子之间也可能存在着相互吸引或相互排斥的作用力 由于这些离子间力的影响 使得离子参加化学反应的有效浓度要比实际浓度低 为此 引入活度这个概念 活度与活度系数活度 离子在化学反应中起作用的有效浓度 a 活度与浓度的比值为活度系数 用 表示如果以 代表离子的活度 c代表其浓度 则活度系数 c或 c活度系数的大小 代表了离子间力对离子化学作用能力影响的大小 也就是溶液偏离理想溶液的尺度 在较稀的弱电解质或极稀的强电解质溶液中 离子的总浓度很低 离子间力很小 离子的活度系数 1 可以认为活度等于浓度 在一般的强电解质溶液中 离子的总浓度较高 离子间力较大 活度系数就 1 因此活度就小于浓度 在这种情况下 严格地讲 各种平衡常数的计算就不能用离子浓度 而应用活度 金属离子的水解 络合等副反应由于这些原因 标准电极电位在实际工作中不可避免的会导致误差 因此提出用条件电极电位来校正 以Fe3 Fe2 为例推导该电对的电极电位 1 实际可知的是Fe3 或Fe2 的各种形式的总浓度CFe3 或CFe2 考虑影响因素 1活度系数 上式改变 2 Fe3 游离Fe3 浓度 Fe2 游离Fe2 浓度 2络合 水解 副反应系数 以上两式代入 2 式 得 3 C 各种形式的Fe3 Fe2 总浓度 即已知浓度 在条件一定时 和 是固定值当CFe3 CFe2 1mol L时 上式变为 4 条件一定时 和 是固定值 因此上式应为一常数 以 表示 如下 条件电极电位 5 它是在特定条件下 Ox Red型的总浓度均为1mol L时的实际电极电位 它在条件不变时为一常数 此时 3 式可写成实际电极电位公式 6 此公式中 已包括了活度和金属副反应的影响 实际电极电位 当cox cRed 1时 条件电极电位等于实际电极电位 用条件电极电位能更准确判断氧化还原反应进行的方向 次序及反应完成的程度 P131 氧化还原电对一般通式 Ox ne Red 二外界条件对电极电位的影响 1 离子强度的影响一般情况可忽略离子强度的影响 2 副反应的影响主要影响因素电对的氧化态 cOX 生成沉淀 或配合物 时 电极电位降低 还原态 cRed 生成沉淀 或配合物 时 电极电位增大 3 酸度的影响若有H 或OH 参加氧化还原半反应 则酸度变化直接影响电对的电极电位 例 判断二价铜离子能否将碘离子氧化 从数据看 不能反应 但实际上反应很完全 原因 反应生成了难溶物CuI 改变了反应的方向 Ksp CuI Cu I 1 1 10 12 若控制 Cu2 I 1 0mol L 1则 2Cu2 4I 2CuI I2 Cu2 Cu 还原态生成沉淀电极电位 6 2氧化还原反应进行的程度 条件平衡常数 在氧化还原滴定反应过程中 需要判断 1 反应是否进行完全 即终点误差是否满足要求 2 如果两个电对反应完全 应满足什么条件 n2Ox1 n1Red2 n2Red1 n1Ox2氧化还原反应进行的程度可用平衡常数的大小来衡量 n2Ox1 n1Red2 n2Red1 n1Ox2Ox1 Red1 获得n1个电子 Ox2 Red2 获得n2个电子两个半电池反应的电极电位为 滴定过程中 达到平衡时 1 2 整理后如下 平衡常数定义式得 lgK n1n2 o Ox1 Red1 o Ox2 Red2 0 059 看P135页例题 为什么 1 可以进行 2 不可以进行 分析如下 K 越大 反应越完全 K 与两电对的条件电极电位差和n1 n2有关 对于n1 n2 1的反应 若要求反应完全程度达到99 9 即在到达化学计量点时 cRed1 cOx1 103 cOx2 cRed2 103 n1 n2 1时 为保证反应进行完全 两电对的条件电极电位差必须大于0 4V 6 3氧化还原反应的速率与影响因素 化学平衡 反应的可能性 反应速率 反应的现实性 影响反应速率的主要因素有 1 反应物浓度反应物浓度 反应速率 2 酸度3 温度温度每升高10 反应速率可提高2 3倍 4 催化剂和诱导作用由于一种氧化还原反应的发生而促进另一种氧化还原反应进行的现象 1 催化反应 动力催化作用 需要外加催化剂才能进行的反应 自动催化作用 实际滴定时可以不加Mn2 利用反应开始后生成的Mn2 催化反应进行 MnO4 5Fe2 8H Mn2 5Fe3 4H2O 诱导反应 2MnO4 10Cl 16H 2Mn2 5Cl2 8H2O 受诱反应 极慢 加速 Q 用HCl调节KMnO4标准溶液酸度 对反应有何影响 6 4氧化还原滴定曲线及终点的确定 一氧化还原滴定曲线n2Ox1 n1Red2 n2Red1 n1Ox2滴定等当点前 常用被滴定物 量大 电对进行计算 滴定等当点后 常用滴定剂 量大 电对进行计算 例题 0 1000mol L 1Ce SO4 2溶液滴定0 1000mol L 1Fe2 的酸性溶液 1 0mol L 1硫酸 滴定反应 Ce4 Fe2 Ce3 Fe3 Ce4 Ce3 1 44V Fe3 Fe2 0 68V每加入一定量滴定剂 反应达到一个新的平衡 此时两个电对的电极电位相等 滴定加入的Ce4 几乎全部被Fe2 还原成Ce3 Ce4 的浓度极小 根据滴定百分数 由铁电对来计算电极电位值 二价铁反应了99 9 时 溶液电位 1 化学计量点前 2 化学计量点时 此时 反应物 cCe4 和cFe2 很小 且相等 反应产物 cCe3 和cFe3 很多 且相等 a b 化学计量点时的溶液电位的通式 该式仅适用于可逆对称 半反应中氧化态与还原态的化学计量数相同 的反应 化学计量点电位 eq 0 68 1 44 1 1 2 12 2 1 06V 3 化学计量点后 此时需要利用Ce4 Ce3 电对来计算电位值 当溶液中四价铈过量0 1 化学计量点前后电位突跃的位置由Fe2 剩余0 1 和Ce4 过量0 1 时两点的电极电位所决定 电位突跃范围 0 86V 1 26V 电位突跃大小与两电对的条件电极电位差有关 电位差越大则突跃越长 反之越短 在不同介质中用KMnO4溶液滴定Fe2 的滴定曲线 1 化学计量点前 曲线的位置取决于 Fe3 Fe2 其大小与Fe3 和介质阴离子的配位作用有关 Fe PO4 2 3 2 化学计量点后 曲线的位置取决于 Mn Mn 二氧化还原滴定指示剂 1 氧化还原指示剂具氧化还原性质的有机化合物 其氧化态和还原态颜色不同 滴定中随溶液电位变化而发生颜色改变 例 二苯胺磺酸钠指示剂 无色 还原型 红紫色 氧化型 如用K2Cr2O7滴定Fe2 即用此指示剂可指示终点 指示剂的变色范围 InOx ne Inred 2 自身指示剂 利用标准溶液或被滴物本身颜色变化来指示滴定终点 称为自身指示剂 例如 在高锰酸钾法滴定中 可利用稍过量的高锰酸钾标液自身的粉红色来指示滴定终点 3 专属指示剂 可溶性淀粉与游离碘生成深蓝色配合物 淀粉为碘量法的专属指示剂 5 10 6mol L 6 6高锰酸钾法 一概述在强酸性溶液中氧化性最强 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 1 491V在中性或弱碱性中 MnO4 2H2O 3e MnO2 4OH 0 58V在碱性 OH 2mol L 1 条件下与有机物的反应 MnO4 e MnO42 反应速率快 0 56VKMnO4可以使H2O2氧化 H2O2 e O2 2H 0 682V 二标准溶液的配制与标定 间接法配制 KMnO4有杂质 且在水溶液中自行分解 4KMnO4 2H2O 4MnO2 4KOH 3O2 间接法配置KMnO4标准溶液步骤 1台秤粗称 大于理论量的KMnO42溶于水加热煮沸30min3暗处保存 棕色瓶 7天4用玻璃砂芯漏斗过滤 滤去MnO2 5用基准物Na2C2O4 H2C2O4 2H2O标定标定反应 2MnO4 5C2O42 16H 2Mn2 10CO2 8H2O KMnO4标准溶液标定时的注意点 三度一点 1 速度 室温下反应速度极慢 利用反应本身产生的Mn2 起自身催化作用加快反应进行 滴定过程 慢 快 慢 2 温度 常将溶液加热到75 85 反应温度过高会使C2O42 部份分解 低于60 反应速率太慢 3 酸度 保持酸度 0 5 1 0mol L 1H2SO4 4 滴定终点 高锰酸钾自身指示终点 淡粉红色30秒不退 三高锰酸钾法应用示例 1 过氧化氢的测定可用KMnO4标准溶液直接滴定 其反应为 5H2O2 2MnO4 6H 2Mn2 5O2 8H2O室温 在硫酸介质中 开始时反应进行较慢 随后加快 Q 以何种速度进行滴定 温度 2 高锰酸钾法测钙Ca2 C2O42 CaC2O4 陈化处理 过滤 洗涤 酸解 稀硫酸 H2C2O4 滴定 KMnO4标液 与草酸根生成沉淀的金属 Ba2 Ni2 Zn2 Cu2 Ag Pb2 Bi3 等均可用同样方法测定 COD 化学耗氧量 ChemicalOxygenDemand 用KMnO4法测定时称为CODMn 或称为 高锰酸盐指数 量度水体受还原性物质 C 污染程度的综合性指标 含义 水体中还原性物质所消耗的氧化剂的量 按还原性物质的量换算成氧气的质量浓度 单位 mg L 水样 H2SO4 KMnO4 加热 C2O42 一定过量 滴定4MnO4 5C 12H 4Mn2 5CO2 6H2O 测定 2MnO4 5C2O42 16H 4Mn2 10CO2 8H2O 返滴定 3 水样中化学耗氧量 COD 的测定 6 7重铬酸钾法 一概述K2Cr2O7在酸性条件下与还原剂作用 Cr2O72 14H 6e 2Cr3 7H2O 1 33V 1 氧化能力比KMnO4稍弱 仍属强氧化剂 2 应用范围比KMnO4法窄 3 此法只能在酸性条件下使用 4 K2Cr2O7易提纯 标准溶液可用直接法配制 稳定 K2Cr2O7有毒 要回收 建立环保意识 二重铬酸钾法应用示例 1 铁的测定重铬酸钾法测定铁的反应 6Fe2 Cr2O72 14H 6Fe3 2Cr3 H2O二苯胺磺酸钠为滴定指示剂 滴定 终点 绿色 紫色 2 水样中化学耗氧量 COD 的测定 在酸性介质中以K2Cr2O7为氧化剂 测定水样中化学耗氧量的方法记作CODCr 见GB11914 1989 6 8碘量法 一概述1 碘量法的特点碘量法是基于I2氧化性及I 的还原性的分析法 I3 2e 3I I2 I 0 534V直接碘法 用I2标准溶液直接滴定还原剂的方法 间接碘法 利用I 与强氧化剂作用生成定量的I2 再用还原剂标准溶液与I2反应 测定氧化剂的方法 2 间接碘法的基本反应 2I 2e I2I2 2S2O 2 S4O62 2I 间接碘法中 滴定碘量所使用的是硫代硫酸钠标准溶液 Na2S2O3 Q 硫代硫酸钠俗名 海波 大苏打 3 间接碘量法的主要误差来源 1 I2易挥发 需在碘量瓶中迅速滴定 2 I 在酸性条件下容易被空气所氧化 3 间接碘法反应必须在中性或弱酸性中进行 因为 a在碱性溶液中Na2S2O3和I2会发生如下的副反应 S2O32 4I2 10OH 2SO42 8I 5H2O3I2 6OH IO3 5I 3H2Ob 在较强酸性溶液中Na2S2O3分解 I 被空气氧化 S2O32 2H SO2 S H2O4I 4H O2 2I2 2H2O Na2S2O3标准溶液不稳定 原因 pH 4 6时 CO2促使Na2S2O3分解 前10天内 故Na2S2O3不能在酸性条件下保存 Na2S2O3 H2CO3 NaHCO3 NaHSO3 S 2 空气中O2的作用2Na2S2O3 O2 2Na2SO4 2S 3 水中细菌的作用 主要原因 Na2S2O3 Na2SO3 S Q Na2S2O3标液配制和保存时 需注意哪些问题 4 Na2S2O3标准溶液的配制与标定 用新煮沸并冷却的蒸馏水溶解 加入少量Na2CO3使溶液呈弱碱性 抑制细菌生长 溶液保存在棕色瓶中 置于暗处放置7 12天后标定 标定Na2S2O3所用基准物有K2Cr2O7 KIO3等 淀粉指示剂应在接近终点时加入 Q 为什么 间接标定反应方程式如下 Cr2O72 6I 14H 2Cr3 3I2 7H2O2S2O32 I2 S4O62 2I 一溴酸钾法 Potassiumbromate 2BrO3 12H 10e Br2 6H2O BrO3 Br2 1 44VKBrO3本身和还原剂的反应进行得很慢 在KBrO3标准溶液中加入过量KBr后 再将溶液酸化 此时BrO 3即氧化Br 而析出游离溴 BrO3 5Br 6H 3Br2 3H2O游离Br2能氧化还原性物质 Br2 2e 2Br Br2 Br 1 08V溴酸钾可用直接法配制准确浓度的标准溶液 6 9其他氧化还原滴定法 二溴酸钾法与间接碘量法的结合 溴酸钾法与碘量法配合使用 即用过量的KBrO3 KBr标准溶液与待测物质作用 过量的KBrO3在酸性溶液中与KI作用 析出游离I2 再用Na2S2O3标准溶液滴定之 反应分四步进行 如下 例如 用溴酸钾法 碘法测工业苯酚的含量 1 KBrO3 5KBr 6HCl 6KCl 3Br2 3H2O 2 3Br2 C6H5OH 苯酚 C6H2Br3OH 3HBr 3 Br2 剩余 2KI I2 2KBr 4 I2 2Na2S2O3 2NaI Na2S4O6 6 10氧化还原滴定结果的计算 例1 用25 00mLKMnO4溶液恰能氧化一定量的KHC2O4 H2O 而同量KHC2O4 H2O又恰能被20 00mL0 2000mol L 1KOH溶液中和 求KMnO4溶液的浓度解 2MnO4 5C2O42 16H 2Mn2 10CO2 8H2OnKMnO4 2 5 nC2O42 c V KMnO4 2 5 nKHC2O4 H2O 在酸碱反应中 nKOH nHC2O4 已知两次作用的KHC2O4 H2O的量相同 而VKMnO4 25 00mLVKOH 20 00mL cKOH 0 2000mol L 1故 c V KMnO4 5 2 cKOH VKOH即cKMnO4 25 00mL 5 2 0 2000mol L 1 20 00mLcKMnO4 0 06400mol L 1 例2 以KIO3为基准物采用间接碘量法标定0 1000mol L 1Na2S2O3溶液的浓度 若滴定时 欲将消耗的Na2S2O3溶液的体积控制在25mL左右 问应当称取KIO3多少克 解 反应式为 IO3 5I 6H 3I2 3H2OI2 2S2O32 2I S4O62 比例关系 因此 nIO3 1 6 nS2O32 nNa2S2O3 c V Na2S2O3nKIO3 1 6 nNa2S2O3 1 6 c V Na2S2O3 1 6 0 1000mol L 1