氧化还原滴定法ppt课件.ppt
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1、氧化还原滴定法Oxidation-Reduction Titrimetry,6.1 氧化还原反应平衡6.2 O.R反应进行的程度6.3 O.R反应的速率与影响因素6.4 O.R滴定曲线及终点的确定6.5 O.R滴定法中的预处理6.6 高锰酸钾法6.7 重铬酸钾法6.8 碘 量 法6.9 其他氧化还原滴定法6.10 氧化还原滴定结果的计算,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;氧化还原滴定法的特点:(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;(2)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(3)氧化还原反应基于电子转移,机理复杂,
2、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。,6.1 氧化还原反应平衡,6.1.1 概述 可逆电对:在反应的任一瞬间,能建立起平衡,符合能斯特公式。Fe3+/Fe2+,I2/I-,Fe(CN)63-/Fe(CN)64-不可逆电对:不能在反应的任一瞬间建立起平衡,实际电势与理论电势相差较大。以 能斯特公式计算所得的结果,仅作参考。MnO4-/Mn2+,Cr2O72-/Cr3+,S4O62-/S2O32-,在处理氧化还原平衡时,还应注意到电对有对称和不对称的区别。对 称 电 对:氧化态与还原态的系数相同。如:Fe3+e=Fe2+,MnO4-+8H
3、+5e=Mn2+4H2O不对称电对:氧化态与还原态系数不同。如:I2+2e=2 I-,Cr2O72-+14H+6e=2Cr3+7H2O,6.1.2 条件电极电位(Conditional Electrode Potential)氧化还原半反应(Redox Half-Reaction)为:Ox(氧化态)+n e-=Red(还原态)可逆电对的电位可用能斯特方程式(Nernst Equation)表示:,:电对的标准电极电位(Standard Electrode Potential),但在实际应用时,存在着两个问题:(1)不知道活度 a(或活度系数):a=c(2)离子在溶液中可能发生:络合、沉淀等副反
4、应。(副反应系数:M=M/M;M 总浓度,M有效浓度)考虑到这两个因素(离子强度、氧化还原态的存在形式),需要引入条件电极电位!,条件电极电位(Conditional Electrode Potential):,在特定条件下,氧化态与还原态的总浓度均为1mol.L-1(即cox/cRed=1)时的实际电极电位叫条件电极电位。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。,6.1.3 外界条件对电极电位的影响,电极电位,1、离子强度的影响,2、副反应的影响,3、酸度的影响,1.离子强度的影响 离子强度较大时,活度系数远小于1,活度与浓度有较大差异。但与副反应对电极电位的影
5、响相比一般忽略不计。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,电极电位增加。,例:判断二价铜离子能否与碘离子反应,从数据看,不能反应,但实际上反应完全。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-=1.0 mol L-1则:,例:p136例2,3.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:p137例3,6.3 氧化还原反应的速率与影响因素,化学平衡:热力学,反应的可能性。判断氧化还原反
6、应进行的方向、次序和完全程度反应速率:动力学,反应的现实性。,例.,但在水溶液中一些强还原剂如Sn2+、Ti3+却有一定的稳定性,即反应缓慢。,原因:氧化还原反应机理复杂。,化学反应,影响氧化反应速率的主要因素有:1.反应物浓度 质量作用定律,反应物浓度,反应速率;K2Cr2O7+6KI+14HCl=8KCl+2CrCl3+7H2O+I2 Na2S2O3+I2=2I-+Na2S4O6 KI 过量5倍,HCl 在0.8 至 1 mol/L。2.温度 温度每升高10,反应速率可提高23倍。3.催化剂 改变反应过程,降低反应的活化能;4.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
7、进行的现象。,如果不外加Mn(II)离子,而是利用反应生成的Mn(II)离子对反应进行催化,称作 自动催化反应(自身催化剂)。自催化反应的特点是:,有一个诱导期,开始反应慢,随着反应物的生成,反应加快。,催化剂的影响,例:在高锰酸钾法滴定中,催化剂,诱导反应(共轭反应):,MnO4-+5Fe2+8H+=Mn2+5Fe3+4H2O(诱导反应)2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2+5Cl2+8H2O(受诱反应)MnO4-称为作用体;Fe2+称为诱导体;Cl-称为受诱体;,注意诱导反应和催化反应的区别。,诱导反应,催化反应,诱导体参与反应变为其他物质,催化剂参与反应恢复到原来的状态,6.4.
8、2 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,In(O)+ne=In(R),显 In(O)色,显 In(R)色,理论变色点,理论变色范围,指示剂选择的原则: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。,表6-2 一些氧化还原指示剂的条件电极电位及颜色变化,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自身的粉红色来指示滴定终点(此时MnO4-的浓度约为2 10-6 mol L-
9、1)。,3.专属指示剂,可溶性淀粉与游离碘生成深蓝色配合物;淀粉为碘法的专属指示剂;当 I2 溶液的浓度为:510-6 mol L-1时即能看到蓝色。,6.5 氧化还原滴定法中的预处理,6.5.1 预氧化和预还原 将欲测组分氧化为高价状态后,用还原剂滴定;将欲测组分还原为低价状态后,用氧化剂滴定。这种滴定前使欲测组分转变为一定价态的步骤称为预氧化(Preoxidation)或预还原(Prereduction)。例:将 Fe3+Fe2+用高锰酸钾或重铬酸钾滴定;,预处理所用的氧化剂或还原剂必须符合的条件:,1.反应速率快;2.必须将欲测组分定量地氧化或还原;3.反应应具有一定的选择性 用金属锌为
10、预还原剂,选择性较差(-0.76V)。用 SnCl2 为预还原剂,则选择性较高(+0.14V);4.过量的氧化剂或还原剂要易于除去。除去的方法:(1)加热分解:H2O2 可借加热煮沸,分解而除去。(2)过滤:如 NaBiO3 不溶于水,可借过滤除去。(3)利用化学反应:如用 HgCl2 可除去过量 SnCl2。,6.5.2 有机物的除去,常用的方法:1.有干法灰化 干法灰化是在高温下使有机物被空气中的氧或纯氧(氧瓶燃烧法)氧化而破坏。2.湿法灰化 湿法灰化是使用氧化性酸,于它们的沸点时使有机物分解除去。例:HNO3、H2SO4或HClO4(注意:浓、热的HClO4易爆炸!操作应十分小心)。,氧
11、化还原滴定的应用,原理,注意要点,应用范围,高锰酸钾法,重铬酸钾法,碘量法,其他方法,6.6 高锰酸钾法(Potassium Permanganate Method),6.6.1 概述在强酸性溶液中氧化性最强:MnO4-+8H+5e=Mn2+4H2O=1.491 V在中性、弱酸性或弱碱性中:MnO4-+2H2O+3e=MnO2+4OH-=0.58 V在碱性(OH-2 molL-1)条件下与有机物的反应:MnO4-+e=MnO42-=0.56 V KMnO4可以使H2O2氧化:O2+2H+2e=H2O2=0.682 V,【特点】:,氧化能力强,滴定时无需另加指示剂,可直接滴定Fe2+、As3+、
12、Sb3+、H2O2、C2O42-、NO2-以及其它具有还原性的物质(包括许多有机化合物);也可以利用间接法测定能与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);还可以利用返滴定法测定一些不能直接滴定的氧化性和还原性物质(如MnO2、PbO2、SO32-和HCHO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。,可用间接法测定某些氧化剂:,例:MnO2与Na2C2O4(一定过量)作用后,用KMnO4标准溶液滴定过量的C2O42-。间接求得MnO2的含量。利用类似的方法,还可测定PbO2、Pb3O4、K2Cr2O7、KC
13、lO3以及H3VO4等氧化剂的含量。可用间接法测定某些不具氧化还原性物质:例:Ca2+CaC2O4,用稀H2SO4溶解沉淀,用KMnO4标准溶液滴定溶解的C2O42-,间接求得Ca2+的含量。同理可测:Sr2+、Ba2+、Ni2+、Cd2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Hg2+、Ag+、Bi3+、Ce3+、La3+等。,6.6.2 标准溶液的配制与标定(间接法配制),KMnO4自行分解反应:4KMnO4+2H2O=4MnO2+4KOH+3O2易受水、空气中还原性物质影响,间接法配置【配制方法】:配制时,称取稍多于理论量的KMnO4固体,溶解在规定体积的蒸馏水中,加热煮沸,暗处保存(棕色瓶)7
14、10d后,用微孔玻璃砂芯漏斗过滤,除去析出的沉淀,以待标定。,【标定方法】:以H2C2O42H2O、Na2C2O4、As2O3、纯铁丝、(NH4)2Fe(SO4)26H2O等为基准物质标定。其中,最常用的是Na2C2O4,因为它易提纯稳定,不含结晶水,在105110烘干2h,放入干燥器中冷却后,即可使用。,标定反应:2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O 5AsO33-+2MnO4-+6H+=5AsO43-+2Mn2+3H2O,标准溶液标定时的注意点(三度一点):,(1)温度:常将溶液加热到7585。反应温度过高会使C2O42-部份分解,低于60反应速率太慢;(
15、2)酸度:保持的酸度(0.51.0 mol L-1 H2SO4)。为避免Fe3+诱导KMnO4氧化 Cl-的反应发生,不使用 HCl 提供酸性介质;(3)速率:室温下反应速率极慢,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)(4)滴定终点:高锰酸钾自身指示终点(淡粉红色30秒不退)。,标定条件,6.6.3 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,室温、在硫酸或盐酸介质。开始时反应进行较慢。其反应为:,2.高锰酸钾法测钙(间接测定法)Ca2+C2O42-CaC2O4 陈化处理 过滤、洗涤 酸解(稀硫酸)H2C2O4 滴定(KMnO4
16、标液)均相沉淀法:先在酸性溶液中加入过量(NH4)2C2O4,然后滴加稀氨水使pH值逐渐升高至3.54.5。,则可以利用下式计算钙的含量:,计算,试样酸解(HCl)Fe3 SnCl2 Fe2 HgCl2(除去多余的SnCl2)硫磷混酸滴定(Fe2)SnCl2+2HgCl2(剧毒)=SnCl4+Hg2Cl2 5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+Mn2+4H2O无汞测定铁法(见重铬酸钾法)。加硫磷混酸的作用:(1)避免Cl-存在下所发生的诱导反应;(2)PO43-+Fe3+(黄色)Fe(PO4)22-(无色)消除产物Fe3+黄色的干扰,终点颜色(KMnO4的微红色)易于观察,同时降低铁电对的电
17、位。,3.铁的测定,在强碱性中过量的KMnO能定量氧化甘油、甲醇、甲醛、甲酸、苯酚和葡萄糖、酒石酸、柠檬酸等有机化合物。测甲酸的反应如下:MnO4-+HCOO-+3OH-=CO3-+MnO42-+2H2O 反应完毕将溶液酸化,用亚铁盐还原剂标准溶液滴定剩余的MnO4-。根据已知过量的KMnO4和还原剂标准溶液的浓度和消耗的体积,即可计算出甲酸的含量。,4.返滴定法测定有机物,COD:(Chemical Oxygen Demand。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(主要是有机物)污染程度的综合性指标。它是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消
18、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。,5.水样中化学耗氧量(COD)的测定,计算,水样+H2SO4+过量KMnO4 加热C2O42-(一定过量)滴定,由于Cl-对此有干扰,因而本法仅适用于地表水、地下水、饮用水和生活污水中的测定,含较高Cl-的工业废水则应采用K2Cr2O7法测定。,6.7 重铬酸钾法(Potassium Dichromate Method),6.7.1 概述 K
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