第7章-氧化还原滴定法课件.ppt
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- 氧化 还原 滴定法 课件
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1、第第7章章 氧化还原滴定法氧化还原滴定法7.1 氧化还原反应及平衡氧化还原反应及平衡7.2 氧化还原滴定基本原理氧化还原滴定基本原理7.3 氧化还原滴定中的预处理氧化还原滴定中的预处理7.4 常用的氧化还原滴定法常用的氧化还原滴定法7.5 氧化还原滴定结果的计算氧化还原滴定结果的计算1 概概 述述氧化还原:得失电子氧化还原:得失电子,电子转移电子转移反应机理比较复杂,常伴有副反应反应机理比较复杂,常伴有副反应控制反应条件,保证反应定量进行,控制反应条件,保证反应定量进行,满足滴定要求满足滴定要求7.1 氧化还原平衡氧化还原平衡aOx+ne=bRed氧化还原电对氧化还原电对对称电对:氧化态和还原
2、态的系数相同对称电对:氧化态和还原态的系数相同 Fe3+/Fe2+,MnO4-/Mn2+等等不对称电对:不对称电对:Cr2O72-/Cr3+,I2/I-等等可逆电对:任一瞬间都能建立平衡,电势可用能斯特可逆电对:任一瞬间都能建立平衡,电势可用能斯特方程描述。方程描述。Fe3+/Fe2+,I2/I-等等不可逆电对:不可逆电对:Cr2O72-/Cr3+,MnO4-/Mn2+等,等,达到平衡时也能用能斯特方程描述电势达到平衡时也能用能斯特方程描述电势2 条件电势条件电势氧化还原反应氧化还原反应 Ox1+Red2 =Red1+Ox2由电对电势由电对电势EOx/Red大小判断反应的方向大小判断反应的方向
3、 电对电势电对电势能斯特方程能斯特方程abRednFRT303.2lgEOx/Red=E +aaOxaOx+ne=bRed描述电对电势与氧化还原态的分析浓度的关系描述电对电势与氧化还原态的分析浓度的关系 条件电势:特定条件下,条件电势:特定条件下,cOx=cRed=1molL-1 或浓度或浓度比为比为1时电对的实际电势,用时电对的实际电势,用E 反应了反应了离子强度及各离子强度及各种副反应种副反应影响的总结果,与介质条件影响的总结果,与介质条件和温度有关。和温度有关。aOx=Ox Ox =cOx Ox/Ox aRed=Red Red=cRed Red/RedE (条件电势)条件电势)0.059
4、lg0.059lgnc OxnE=E +Ox Red Red Ox c RedabRednFRT303.2lgEOx/Red=E +aaOx影响条件电势的因素影响条件电势的因素0.059lgnE =E +Ox Red Red Ox 离子强度离子强度 酸效应酸效应 络合效应络合效应 沉淀沉淀 a 离子强度离子强度0.059lg0.059lgnc OxnE=E +Ox Red Red Ox c Red忽略离子强度影响忽略离子强度影响0.059lgOxnE=E +Red0.059lg0.059lgnc OxnE=E +Red Ox c Redb 酸效应酸效应 H+或或OH-参加氧化还原反应中参加氧化
5、还原反应中,影响氧化还原影响氧化还原态物质的分布情况,并直接出现在能斯特方程中,态物质的分布情况,并直接出现在能斯特方程中,影响电势值。影响电势值。c 生成络合物生成络合物氧化态形成的络合物更稳定,使电势降低,还氧化态形成的络合物更稳定,使电势降低,还原性增加,反之则电势升高,氧化性增加原性增加,反之则电势升高,氧化性增加d 生成沉淀生成沉淀氧化态生成沉淀,使电势降低,还原性增加氧化态生成沉淀,使电势降低,还原性增加还原态生成沉淀,则电势升高,氧化性增加还原态生成沉淀,则电势升高,氧化性增加c 生成络合物生成络合物例例:邻二氮菲:邻二氮菲(ph),lg Fe(ph)33+=14.1 lgFe(
6、ph)32+=21.3 Fe3+/Fe2+的条件电势的条件电势 E Fe3+/Fe2+=0.77 V氧化态形成的络合物更稳定,使电势降低氧化态形成的络合物更稳定,使电势降低反之则电势升高反之则电势升高0.320.460.680.710.767HFH3PO4H2SO4HClHClO4介质介质(1 mol/L)Fe/Fe(23+与与Fe3+的络合作用增强的络合作用增强E Fe(ph)33+/Fe(ph)32+=1.06V (1mol/L H2SO4)碘量法测碘量法测Cu2+时时,样品中含样品中含Fe3+通过加入与通过加入与Fe3生成生成稳定络合物稳定络合物的的F-,降低降低Fe3+/Fe2+的的条
7、件电位条件电位,从而消除干扰,从而消除干扰2 Cu2+4I-=2CuI+I22 Fe3+2I-=2Fe2+I2 干扰干扰已知:已知:E Fe3+/Fe2+=0.77V E I2/I-=0.54VE=E +0.059 lg Fe3+Fe2+=E +0.059 lg cFe3+aFe2+cFe2+aFe3+E =E +0.059 lg 1 a Fe3+=E +0.059 lg 1 1+1F-+2F-2+3F-3 F-=1molL-1时时,E Fe3+/Fe2+=0.0595FeFe3+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。2 Fe3+2I-2Fe2+I2E Fe
8、3+/Fe2+E I2/I-d 生成沉淀生成沉淀 Ox E 还原性还原性 ;Red E 氧化氧化性性例如例如,碘量法测铜碘量法测铜Cu2+e=Cu+E Cu2+/Cu+=0.16 VI2+2e=2I-E I2/I-=0.54 V但:但:2 Cu2+4I-=2CuI+I2 能进行能进行Why?0.059lgOxnE=E +Red Cu+I-=CuI Ksp=1.1 10-12E Cu2+/Cu+=E +0.059 lg Cu2+Cu+=E +0.059 lg Cu2+I-Ksp实验条件下,实验条件下,a Cu2+=1,无副反应无副反应 E Cu2+/Cu+=E +0.059 lg I-KspI-
9、=1mol/LE Cu2+/Cu+=0.87 V E I2/I-2 Cu2+4I-=2CuI+I23 氧化还原反应平衡常数氧化还原反应平衡常数p2Ox1+p1Red2=p2Red1+p1Ox2Ox1+n1e=Red1 E1=E1 +Ox2+n2e=Red2 E2=E2 +0.059n1lgcOx1cRed10.059n2lgcOx2cRed2cRed1cOx1cOx2cRed2p1p1p2p2K =平衡时:平衡时:E1=E2=p E 0.059cOx1cRed1lgcOx2cRed2p1p1p2p2=p(E1 -E2)0.059=lgK E 越大越大 K 越大越大E1+0.059n1lgcOx
10、1cRed10.059n2lgcOx2cRed2=E2 +p=n1p2=n2p1 n1,n2的最小公倍数的最小公倍数对于下面滴定反应,欲使反应的完全度达对于下面滴定反应,欲使反应的完全度达99.9以上,以上,E 至少为至少为多少?多少?lgK =lg(99.9%)p1(99.9%)p2(0.1%)p1(0.1%)p2 lg103p1 103p2=3(p1+p2)E =lgK p0.059 p0.059 3(p1+p2)p2Ox1+p1Red2=p2Red1+p1Ox2n1=n2=1 p=1,lg K 6,E 0.35 Vn1=1,n2=2 p=2,lg K 9,E 0.27 Vn1=n2=2
11、p=2,lg K 6,E 0.18 V4 氧化还原反应的速氧化还原反应的速率率O2+4H+4e=2H2O E=1.23 VMnO4-+8H+5e=Mn2+4H2O E=1.51 VCe4+e=Ce3+E=1.61 VSn4+2e=Sn2+E=0.15 V 为什么这些水溶液可以稳定存在?为什么这些水溶液可以稳定存在?KMnO4水溶液水溶液Sn2+水溶液水溶液Ce4+水溶液水溶液影响氧化还原反应速率的因素影响氧化还原反应速率的因素 反应物浓度:反应物浓度:反应物反应物c增加增加,反应速率增大反应速率增大 温度:温度:温度每增高温度每增高10,反应速率增大反应速率增大23倍倍 例例:KMnO4滴定滴
12、定H2C2O4,需加热至需加热至75-85 催化剂(反应):催化剂(反应):如如KMnO4的自催化的自催化 诱导反应诱导反应2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O氧化还原滴定指示剂氧化还原滴定指示剂氧化还原滴定曲线氧化还原滴定曲线 化学计量点,滴定突跃化学计量点,滴定突跃 滴定终点误差滴定终点误差7.2 氧化还原滴定基本原理氧化还原滴定基本原理1 氧化还原滴定指示剂氧化还原滴定指示剂 a 自身指示剂自身指示剂 KMnO4 210-6molL-1 呈呈粉红色粉红色b 特殊指示剂特殊指示剂 淀粉淀粉 与与110-5molL-1I2 生成生成深蓝色深蓝色化合物化合物
13、碘量法专属指示剂碘量法专属指示剂 SCN-+Fe3+=FeSCN2+(1 10-5molL-1可可见红色见红色)c 氧化还原指示剂(本身发生氧化还原反应)氧化还原指示剂(本身发生氧化还原反应)弱氧化剂或弱还原剂,且氧化态和还原态有不同的弱氧化剂或弱还原剂,且氧化态和还原态有不同的颜色颜色InOx+ne =InRedE=E +0.059/n log cInox/cInred变色点时:变色点时:E=E 变色范围:变色范围:E 0.059/n常用氧化还原指示剂常用氧化还原指示剂指示剂指示剂氧化态颜色氧化态颜色 还原态颜色还原态颜色 E (V)酚藏花红酚藏花红红色红色无色无色0.28四磺酸基靛蓝四磺酸
14、基靛蓝蓝色蓝色无色无色0.36亚甲基蓝亚甲基蓝蓝色蓝色无色无色0.53二苯胺二苯胺紫色紫色无色无色0.75乙氧基苯胺乙氧基苯胺黄色黄色红色红色0.76二苯胺磺酸钠二苯胺磺酸钠紫红紫红无色无色0.85邻苯氨基苯甲酸邻苯氨基苯甲酸紫红紫红无色无色0.89嘧啶合铁嘧啶合铁浅蓝浅蓝红色红色1.15邻二氮菲邻二氮菲-亚铁亚铁浅蓝浅蓝红色红色1.062 氧化还原滴定曲线氧化还原滴定曲线 电对电势随滴定剂加入而不断改变电对电势随滴定剂加入而不断改变:EVT曲线曲线理论计算:可逆体系理论计算:可逆体系实验方法实验方法滴定前,滴定前,Fe3+未知,不好计算未知,不好计算sp前前,Ce4+未知,未知,E=EFe3
15、+/Fe2+=0.68+0.059lgcFe3+/cFe2+sp后后,Fe2+未知,未知,E=ECe4+/Ce3+=1.44+0.059lgcCe4+/cCe3+1mol/LH2SO4介质中介质中0.1000mol/L Ce4+滴定同浓度的滴定同浓度的Fe2+滴定过程中,达平衡时有:滴定过程中,达平衡时有:E=EFe3+/Fe2+=ECe4+/Ce3+E Ce4+/Ce3+=1.44V E Fe3+/Fe2+=0.68Vsp,Ce4+未知,未知,Fe2+未知未知 Esp=EFe3+/Fe2+=E Fe3+/Fe2+0.059lgcFe3+/cFe2+Esp=ECe4+/Ce3+=E Ce4+/
16、Ce3+0.059lgcCe4+/cCe3+2Esp=E Fe3+/Fe2+E Ce4+/Ce3+0.059lgcFe3+/cCe4+cFe2+/cCe3+VCe4+mL滴定分数滴定分数 电势电势 V说说 明明0.000.0000不好计算不好计算1.000.05000.60E=EFe3+/Fe2+=0.68+0.059lgcFe3+/cFe2+10.000.50000.6812.000.60000.6919.800.99000.8019.980.99900.8620.001.0001.06 Esp=(E Fe3+/Fe2+E Ce4+/cCe3+)/222.021.0011.26E=ECe4+
17、/Ce3+=1.44+0.059lgcCe4+/cCe3+30.001.5001.4240.002.0001.44突突跃跃-0.1%E=E Fe3+/Fe2+0.059 30.1%E=E Ce4+/Ce3+-0.059 3突跃范围(通式):突跃范围(通式):E2 +0.059 3n2E1 -0.059 3n1化学计量点(通式化学计量点(通式)n1E1 +n2E2 n1+n2Esp=n2Ox1+n1Red2=n2Red1+n1Ox2影响突跃大小的因素影响突跃大小的因素 E E 0.30.4 V 可通过氧化还原指示剂确定终点可通过氧化还原指示剂确定终点 E =0.20.3 V 可通过电位法确定终点
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