分析化学-第五章-氧化还原滴定法(北大)课件.ppt
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- 分析化学 第五 氧化 还原 滴定法 北大 课件
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1、1第五章第五章 氧化还原滴定法氧化还原滴定法5.1 氧化还原反应的方向和程度氧化还原反应的方向和程度 5.1.1 条件电位条件电位 氧化还原反应氧化还原反应电子的转移电子的转移 Ox1 +Red2 =Red1+Ox2由电对电位由电对电位 的高低判断反的高低判断反应的方向应的方向 (Ox/Red)2可逆电对可逆电对 Ox+ne=Red 的电位为的电位为0.059(Ox)(Ox/Red)(Ox/Red)lg(Red)ana (标准电位标准电位)与温度与温度t t有关有关2525时时:Nernst 方程式方程式(Ox)(Ox/Red)(Ox/Red)lg(Red)RTanFa 氧化还原滴定通常在室温
2、进行氧化还原滴定通常在室温进行,不考虑温度影响不考虑温度影响3电位与分析浓度的关系为:电位与分析浓度的关系为:RedOx(Ox)0.059lg(Re0.059(Ox)lg(d)Red)ncnc =+表示表示c(Ox)=c(Red)=1molL-1时电对的电时电对的电位位,与介质条件与介质条件(I,)有关有关,也与温度也与温度t 有关有关.可查附录表可查附录表III8a(Ox)=c(Ox)(Ox)/Ox a(Red)=c(Red)(Red)/Red 称条件电位称条件电位45.1.2 决定条件电位的因素决定条件电位的因素 1.离子强度的影响离子强度的影响3-4-66(Fe(CN)/Fe(CN)=0
3、.355V I0.000640.001280.1121.6 0.36190.38140.40940.4584 实实际际计计算算中中,忽忽略略离离子子强强度度的的影影响响 0.059OxlegR dn =+即即:a(Ox)=Ox(Ox),a(Red)=Red(Red)52.生成沉淀的影响生成沉淀的影响 (改变浓度比值改变浓度比值)Ox ,还原性还原性 ;Red ,氧化性氧化性 .例如例如,碘量法测铜碘量法测铜 (例例 5.1)5.1)2Cu/Cu0.17V,I/I0.54V -2+=-22+2Cu+4I =2CuI+I-1-2I=1.0mol L(I=0.86V/I)2+2+时 时(Cu/Cu)
4、(Cu/Cu)S2O3 2-63.生成络合物的影响生成络合物的影响特例特例:邻二氮菲(:邻二氮菲(ph),lgph),lgb b(Fe(ph)(Fe(ph)3 33+3+)=14.1)=14.1 lg lgb b(Fe(ph)(Fe(ph)3 32+2+)=21.3)=21.33+2+3-1243(Fe(ph)/Fe(ph)=1.0(1mol L HVSO6)Fe3+/Fe2+的条件电位的条件电位 (Fe3+/Fe2+)=0.77 V氧化态形成的络合物更稳定,结果是电位降低氧化态形成的络合物更稳定,结果是电位降低0.320.440.680.700.75HFH3PO4H2SO4HClHClO4介
5、质介质(1 mol/L)Fe/Fe(23 与与Fe3+的络合作用增强的络合作用增强7例例5.2 碘量法测碘量法测Cu2+时时,样品中含样品中含Fe3+.pH=3.0,F=0.1molL-1时时,3+2+(Fe/Fe)=0.32V已知已知:,3+2+-2(Fe/Fe)=0.77V(I/I)=0.54VFeFe3+3+不再氧化不再氧化I I-,FeFe3+3+的干扰被消除。的干扰被消除。84.溶液酸度的影响溶液酸度的影响 (p210)1.H+或或OH-参加电极反应参加电极反应,包括在包括在Nernst方程中方程中,直接影响电位值直接影响电位值.+3422H AsO 0.059=(As(V)/As(
6、III)+lg2HAsO H 2.影响影响Ox或或Red的存在形式的存在形式例例 H3AsO4+2H+2e=HAsO2+2H2O9p211p211 (As(V)/As(III)与与pH的关系的关系酸度影响反应方向酸度影响反应方向pH 8-9时时,I3-可定量氧化可定量氧化As(III)4 mol/L HCl介质中介质中,As(V)可定量氧化可定量氧化I-I3-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8024681012(2.2)(7.0)(11.5)H2AsO4-H3AsO4(9.2)HAsO42-AsO43-AsO2-HAsO2 /VpHI3-I-0.3I3-I-H3AsO4+2H+3
7、I-HAsO2+I3-+2H2OH+=4molL-1pH=810生物化学家称在生物化学家称在pH7时的时的 为条件电位。为条件电位。因为在一个细胞内因为在一个细胞内pH接近于接近于7。例:例:反反 应应 O2+4H+4e=2H2O +1.229 +0.816O2(g)+2H+2e=H2O2 +0.69 +0.295脱氢抗坏血酸脱氢抗坏血酸+2H+2e=抗坏血酸抗坏血酸+0.390 +0.058富马酸盐富马酸盐+2H+2e=丁二酸盐丁二酸盐 +0.433 +0.031每当每当H+在氧化还原反应中出现时在氧化还原反应中出现时,电位都与电位都与pH有关有关.11 例例5.4 5.4 巴黎绿巴黎绿(含
8、砷杀虫剂含砷杀虫剂)的主要的主要 (p212)(p212)成分成分(Cu2+、As(III)的测定的测定3CuO3As2O3Cu(C2H3O2)2 醋酸亚砷酸铜醋酸亚砷酸铜 Cu2+As(III)Cu(P2O7)26-As(III)Cu(P2O7)26-As(V)I-pH4 KII2+CuI测测Cu无无 蓝蓝蓝蓝 粉白粉白P2O74-pH 8测测As(III)S2O32-I2淀粉淀粉可以利用各种因素改变可以利用各种因素改变 ,提高测定的选择性提高测定的选择性125.1.3 氧化还原反应进行的程度氧化还原反应进行的程度111222(Ox)(Red)=(Ox)(Red)ppcKcccp2Ox1+p
9、1Red2=p2Red1+p1Ox2 氧化还原反应的条件常数氧化还原反应的条件常数K氧化还原平衡常数计算式推导见氧化还原平衡常数计算式推导见p2141312()121221(Red)(Ox)=lg=lg(Ox)(Red0.059)ppccccpK p为电子转移数为电子转移数n1、n2的最小公倍数的最小公倍数,当当n1=n2时:时:p=n1=n2,反应方程式中反应方程式中 p1=p2=1 or1212RedOxOxRedcccc 表示反应完全度表示反应完全度14对于滴定反应,欲使反应的完全度对于滴定反应,欲使反应的完全度99.999.9,两电对的条件电位应相差多少?两电对的条件电位应相差多少?1
10、20.059l0.3g5V1=K(1)n1=n2=162121(Ox)(Red)10(Red)(Ox)ccKcc15(2)n1=1,n2=2122121299(Ox)(Red)=10(Red)(Ox)0.059=lg-=0.27V102ccKcc 212166(Ox)(Red)=10(Red)(Ox)0.059=-=lg10V2=0.18ccKcc 12(3)n1=n2=2 0.4V 反应就能定量进行反应就能定量进行165.2 氧化还原反应的速率氧化还原反应的速率5.2.1 浓度的影响浓度的影响 c增加增加,反应速率增大反应速率增大(质量作用定律质量作用定律)5.2.2 温度的影响温度的影响
11、温度每增高温度每增高10,反应速率增大反应速率增大2-3倍倍.例例:KMnO4滴定滴定H2C2O4,需加热至需加热至70-80.17 加入少量加入少量KI,可加快反应速度可加快反应速度 5.2.3 催化剂与反应速率催化剂与反应速率 :1.44V,0.56V K =1030 慢慢 快快As(III)As(IV)As(V)例例1.Ce4+氧化氧化As(III)的反应分两步的反应分两步:2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O开始时反应慢,随着开始时反应慢,随着Mn(II)的产生的产生,反应越来越快反应越来越快.自动催化反应:自动催化反应:由于生成物本身引起催化作用的反
12、应由于生成物本身引起催化作用的反应。例例2.185.2.4 诱导反应诱导反应防止溶液:防止溶液:MnSO4-H3PO4-H2SO4诱导反应:诱导反应:KMnO4 Fe2+Fe3+Mn2+受诱反应受诱反应:KMnO4+2Cl-Cl2+Mn2+H+H+诱导体诱导体作用体作用体受诱体受诱体Mn(II)催化,促使中间体成为催化,促使中间体成为Mn(III);H3PO4与与Mn(III)络合络合,降低降低 (Mn(III)/Mn(II)提高反应的酸度提高反应的酸度 K2Cr2O7+Sn2+Cr3+Sn4+诱导诱导O2+Sn2+Sn4+90%不可用不可用K2Cr2O7直接滴定直接滴定Sn2+(KMnO4/
13、Mn2+)=1.51 (Cl2/Cl-)=1.35 195.3 氧化还原滴定氧化还原滴定5.3.1 5.3.1 氧化还原滴定中的指示剂氧化还原滴定中的指示剂 1.自身指示剂自身指示剂:KMnO4 210-6molL-1即可见粉红色即可见粉红色2.特殊指示剂特殊指示剂例:例:淀粉淀粉 +I2 (1 10-5molL-1)生成深蓝色吸附化合物,生成深蓝色吸附化合物,SCN +Fe3+FeSCN2+(1 10-5molL-1可见红色可见红色)203.氧化还原指示剂氧化还原指示剂 指示剂指示剂 还原形还原形 氧化形氧化形颜色变化颜色变化+-1H=1mol L 次甲基蓝次甲基蓝 0.52 无色无色 天蓝
14、色天蓝色二苯胺磺酸钠二苯胺磺酸钠 0.85 无色无色 紫红色紫红色邻苯氨基苯甲酸邻苯氨基苯甲酸 0.89 无色无色 紫红色紫红色邻二氮菲亚铁邻二氮菲亚铁 1.06 红色红色 浅蓝色浅蓝色 In1 In2 In3 In4 无无 无无 紫红紫红 无无or浅紫浅紫*二苯胺磺酸钠二苯胺磺酸钠215.3.2 氧化还原滴定曲线氧化还原滴定曲线滴定前,滴定前,Fe3+未知,不好计算未知,不好计算sp前前,Ce4+未知,按未知,按Fe3/Fe2电对计算电对计算sp后后,Fe2+未知,按未知,按Ce4/Ce3电对计算电对计算 3+2+4+3+(Fe/Fe)=(Ce/Ce)以以Ce4滴定滴定Fe2(均为均为0.1
15、000molL-1)为例为例:对于滴定的每一点,达平衡时有:对于滴定的每一点,达平衡时有:,4+3+3+2+(Ce/Ce)=1.44 V(Fe/Fe)=0.68 V (1molL-1 H2SO4)22sp时时电位的计算电位的计算3+3+2+2+4+4+3+3+3+2+4+3+3+4+2+3+spspsp(Fe)=(Fe/Fe)+0.059lg(Fe)(Ce)=(Ce/Ce)+0.059lg(Ce)(Fe/Fe)+(Ce/Ce)(Fe)(Ce)+0.059lg(Fe)(Ce2)cccccccc 23sp3+2+4+3+(Fe/Fe)+(Ce/Ce)=20.68+1.44 =1.06 V2 112
16、2sp12nnnn 12lg0.059pK 通式通式(对称电对对称电对)24Ce4+滴定滴定Fe2+的滴定曲线的滴定曲线4+3+3+2+(Ce/Ce)=1.44 V(Fe/Fe)=0.68 V 0.50.70.91.11.31.5050100150200T%/V突突跃跃1.261.06 1.06邻二氮菲亚铁邻二氮菲亚铁0.86 0.89 邻苯氨基苯甲酸邻苯氨基苯甲酸 0.85 二苯氨磺酸钠二苯氨磺酸钠Cr2O72-/Cr3+-0.1%时时,=0.68+0.059lg103+0.1%时时,=1.44+0.059lg10-325Fe3+滴定滴定Sn2+指示剂:指示剂:SCN-生成生成红色红色Fe(
17、SCN)2+00.20.40.60.8050100150200T%/V突突跃跃0.520.230.33 1 2 1:2=n2:n1=2:1 sp偏向偏向n大的大的电对一方电对一方.影响突跃大小影响突跃大小的因素的因素?2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+-0.1%=0.14+(0.059/2)x3=0.23sp:=(0.14x2+0.70)/(2+1)=0.33+0.1%=0.70+0.059x(-3)=0.52265.3.3 5.3.3 氧化还原滴定的预处理氧化还原滴定的预处理目的:将被测物预先处理成便于滴定的形式目的:将被测物预先处理成便于滴定的形式.-2+4,Ag+2-3+27(NH)
18、S O4 2 2 8MnOMnCr O(Cr)1.?Fe2+2.Sn4+Sn2+Ti4+Ti3+Zn预还原预还原0.140.10-0.76Fe3+、I227Cr2O72-3.Fe3+Fe2+Fe2+SnCl2预氧化剂和预还原剂的选择预氧化剂和预还原剂的选择1.定量氧化或还原定量氧化或还原;2.有一定的选择性有一定的选择性:例钛铁矿中例钛铁矿中Fe的测定的测定,不能用不能用Zn作还原剂作还原剂;3.过量的氧化剂或还原剂易除过量的氧化剂或还原剂易除去去:H2O2,(NH4)2S2O8 加热分解加热分解;NaBiO3过过滤除去滤除去;Sn2+HgCl2 Hg2Cl2 +Sn4+28Jones还原器还
19、原器锌锌-汞齐汞齐Ti4+HClTi3+Fe2+Ti4+Fe3+Cr2O72-Fe3+2+4+3+(Zn/Zn)=-0.76(Ti/Ti)=0.10 (3mol/L HCl)295.4 5.4 常用的氧化还原滴定法常用的氧化还原滴定法5.4.1 高锰酸钾法高锰酸钾法5.4.2 重铬酸钾法重铬酸钾法5.4.3 碘量法碘量法5.4.4 溴酸钾法及铈量法溴酸钾法及铈量法305.4.1 KMnO4法法 (p231)1.酸性酸性 (pH1)-+2+42MnO+8H+5e=Mn+4H O1.51 测定:测定:H2O2,-2+2+2242H C O,Fe,Sn,NO,As(III)2.极强酸性,极强酸性,在
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