氧化还原滴定法课件-2.ppt
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- 氧化 还原 滴定法 课件 _2
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1、第第6章章 氧化还原滴定法氧化还原滴定法6.1 能斯特公式,条件电极电位及影响因素能斯特公式,条件电极电位及影响因素6.2 氧化还原反应的方向和程度氧化还原反应的方向和程度6.3 氧化还原反应的速率氧化还原反应的速率6.4 氧化还原滴定氧化还原滴定6.5 氧化还原滴定的计算氧化还原滴定的计算6.6 常用的氧化还原滴定法常用的氧化还原滴定法第6章 氧化还原滴定法n以氧化还原反应为基础;n基于电子的转移;反应机理复杂;n当反应电子数目大于1时,反应往往分步进行,影响反应速度;第一节 能斯特公式、条件电极电位及影响条件电极电位的因素n一、能斯特公式n氧化剂和还原剂的氧化还原能力可以用有关电对的电极电
2、位E来衡量。n对于可逆氧化还原电对的电位:nE=E0+RT/nF lnaOx/aRed E=E0+0.059/n logaOx/aRed(T=298K)nE0:标准电极电位,即当电对的氧化态和还原态浓度相等时,相对于标准氢电极的电位。n氧化态和还原态为纯固体或纯金属时活度为1.n若电对的氧化还原反应有H+或OH+参加,Nernst公式应考虑H+或OH+活度影响。氧化还原反应氧化还原反应电子的转移电子的转移Ox +ne=Redv接受电子倾向越大的物质是强的氧化剂接受电子倾向越大的物质是强的氧化剂;v给出电子倾向越大的物质是强的还原剂给出电子倾向越大的物质是强的还原剂;v接受(给出)电子倾向的大小
3、接受(给出)电子倾向的大小-电极电位电极电位.6.1电极电位的测量电极电位的测量PtPtNHE(Normal Hydrogen Electrode)H3O+(a=1)Fe2+(a=1)Fe3+(a=1)H2(g)1atmSalt Bridge标准氢电极标准氢电极的电势在任的电势在任何温度下均何温度下均指定为零指定为零第一节 能斯特公式、条件电极电位及影响条件电极电位的因素n电极反应(半电池反应)类型及书写:1.金属金属离子体系:Zn 2+2e=Zn,E Zn 2+/Zn=E0+0.059/2 logaZn2+2.气体离子体系:2H+2e=H2,E H+/H2=E0+0.059/2 log a2
4、H+/PH2 3.离子离子体系:Fe3+e=Fe2+,EFe3+/Fe2+=E0+0.059/1 logaFe3+/aFe2+.4.金属与金属难溶盐体系:Ag+Cl-=AgCl+e,E AgCl/Ag=E0 AgCl/Ag+0.059/1log1/aCl-5.E AgCl/Ag=E0 Ag+/Ag+0.059/1logaAg+第一节 能斯特公式、条件电极电位及影响条件电极电位的因素n实际应用中,以平衡浓度代替活度进行计算:nE=E0+0.059/n log Ox/Redn注意氧化还原电对有对称与不对称之分:对称电对的氧化态和还原态系数相同,不对称电对的氧化态和还原态系数不同。n二、条件电极电位
5、二、条件电极电位E0:n以浓度代替活度在极稀溶液中正确,浓溶液或强电解质中,误差较大,要考虑离子强度和负反应的影响。第一节 能斯特公式、条件电极电位及影响条件电极电位的因素E0=E0+0.059/logFe2+Fe3+/Fe3+Fe2+.nE0:校正了离子强度及副反应的影响后的实际电极电位,它在离子强度和副反应系数不变下为一常数.计算是以总浓度代替平衡浓度。n如果氧化还原电对的半反应有H+参加。E0=E0+0.059/logH+mRed Ox/OxRed.n标准电极电位与条件电极电位关系类似络合滴定中稳定常数和条件稳定常数的关系,条件电极电位的大小反映了在外界因素影响下,氧化还原电对实际的氧化
6、还原能力,能更准确判断反应的方向、次序、完全程度。第一节 能斯特公式、条件电极电位及影响条件电极电位的因素n三、影响条件电极电位的因素:1.离子强度:计算时一般忽略。即不考虑2.溶液的酸度:如电对的半反应有H+参加时溶液酸度产生较大影响。甚至影响反应进行的方向。计算(举例1)3.生成络合物的影响:加入络合剂影响氧化态或还原态浓度,从而改变条件电极电位。举例2。4.生成沉淀的影响:大大降低氧化态或还原态浓度,从而改变E0值,甚至影响反应方向。举例3第二节 氧化还原反应的完全程度n电极反应:n2O1+n1R2=n2R1+n1O2n半反应:O1+n1e=R1 O2+n2e=R2nlogK=n1n2(
7、E01-E02)/0.059nn1n2是两个半反应中得失电子数目的最小公倍数。举例4n1=n1=n2 使反应完全程度99.9%,则产物与反应物浓度比大于1000倍,即:cR1/cO1103,cO2/cR2103nlogK或logK6,n(E01-E02)=0.059 logK/n=0.36V第二节 氧化还原反应的完全程度n若n1n2,则logK3(n1+n2)n(E01-E02)=0.059 logK/n1n2 =3(n1+n2)0.059/n1n2 n举例5。n即可根据电子转移数计算反应99.9%以上所需氧化剂和还原剂之间的电位差。第三节 氧化还原反应的速度及其影响因素(自己看书了解)n氧化
8、还原反应的平衡常数表示反应的完全程度,无法说明反应的速度。n一、氧化还原反应的历程复杂;n二、影响反应速度的因素:1.反应物的浓度2.温度:并非适用所有情况3.催化和诱导:诱导反应是一反应进行诱发这一反应发生,增加作用体的消耗量产生结果误差。举例说明。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)温度的影响温度的影响 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7080.催化剂与反应速率催化剂与反应速率I-在反应前后未变,起到加快反应速度的作用在反应前后未变,起到加快反应速度的作用
9、.基于此,基于此,可用可用As2O3 标定标定Ce4+.:1.44V,0.56V K =1030 慢慢 快快As(III)As(IV)As(V)Ce4+氧化氧化As(III)的反应分两步的反应分两步:加入少量加入少量KI,可加快反应速度可加快反应速度:2Ce4+2I-I2+Ce3+快快 I2+H2O HOI+I-+H+快快 HAsO2+HOI+H2O H3AsO4+I-+H+快快 消除了反应慢的步骤。消除了反应慢的步骤。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应由于生成物本身引起催化作用的反应.2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O开始时反应慢
10、,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.Mn(II)2pCO2 Mn(C2O4)p(3-2p)Mn(II)Mn(II)Mn(VII)Mn(VI)+Mn(III)Mn(II)C2O42-Mn(IV)Mn(III)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+受诱反应受诱反应:KMnO4+2Cl-Cl2H+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
11、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/Mn2+)=1.51V (Cl2/Cl-)=1.35V 第四节 氧化还原滴定曲线n氧化还原滴定中,滴定剂的加入,反应物和生成物浓度变化,引起有关电对电位随之变化,可用滴定曲线表示。重点讲解50%,100%,150%处的电位。n以以0.1000mol/L Ce4+(E=1.44V)滴定滴定 20.00mL 0.1000mol/L Fe2+(E=0.68V).1.滴定前:无法计算2.滴定开始至化学计量点前:计算铁的E EFe3+/Fe
12、2+=E0+0.059/1 logcFe3+/cFe2+.=0.86(99.9)3.化学计量点:Esp=E0Fe+E02Ce/21.06(重点)4.化学计量点后:算法同3,改用铈离子计算即可。1.26(100.1%)滴定百分数滴定百分数电对电对电位电位(V)9Fe3+/Fe2+=0.68+0.059lg(9/91)=0.62*50Fe3+/Fe2+=0.68 91Fe3+/Fe2+=0.68+0.059=0.74*99.9Fe3+/Fe2+=0.68+0.0593=0.86*100=(0.68+1.44)/2=1.06 *100.1Ce4+/Ce3+=1.44+0.059(-3)=1.26 1
13、10Ce4+/Ce3+=1.44+0.059(-1)=1.38*200Ce4+/Ce3+=1.44突跃范围突跃范围Ce4Fe2-1241mol L H SO Ce4+Fe2+Ce3+Fe3+Ce4+滴定滴定Fe2+的的滴定曲线滴定曲线4+3+3+2+(Ce/Ce)=1.44 V(Fe/Fe)=0.68 V 0.50.70.91.11.31.5050100150200 /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1.440.68T/%第四节 氧化还原滴定曲线n其滴定突跃大小:0.861.26,n
14、影响滴定突跃大小的因素:与氧化剂还原剂两电对的E的差值大小有关。计量点电位处于滴定突跃的什么位置与n1n2有关nEsp=(n1E01+n2 E02)/(n1+n2)n不对称电对不遵从能斯特公式,另行计算,见图6-2.n计量点在滴定曲线的中所处位置关系。2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+T/电对电对电位电位(V)9Sn4+/Sn2+=0.14+(0.059/2)(-1)=0.1150Sn4+/Sn2+=0.1491Sn4+/Sn2+=0.14+(0.059/2)=0.1799.9Sn4+/Sn2+=0.14+(0.059/2)3=0.23100 =(0.14x2+0.70)/(2+1)=0.
15、33100.1Fe3+/Fe2+=0.70+0.059(-3)=0.52110Fe3+/Fe2 =0.70+0.059(-1)=0.64200Fe3+/Fe2 =0.70Fe3+滴定滴定Sn2+(1molL-1HCl)3+2+4+2+(Fe/Fe)=0.70V,(Sn/Sn)=0.14VFe3+滴定滴定Sn2+的滴定曲线的滴定曲线指示剂:指示剂:SCN-生成生成 红色红色Fe(SCN)2+(1x10-5 molL-1)1:2=n2:n1=2:1 sp偏向偏向n大的大的电对一方电对一方.T/%/V突突跃跃0.520.230.33 1 20.80.60.40.200 50 100 150 200影
16、响突跃大小的因素影响突跃大小的因素?第五节 氧化还原滴定中的指示剂n一、自身指示剂:如高锰酸钾n二、特殊指示剂:碘量法中淀粉指示剂(与I2蓝色)n三、氧化还原指示剂:本身具有氧化还原性质的有机化合物,其氧化态还原态有不同的颜色,在滴定终点时,指示剂由氧化态变为还原态,或由还原态变为氧化态,指示终点到来。n选择指示剂的原则:指示剂变色点的电位指示剂变色点的电位(E0)应当处在滴定体系的电位突跃范围内。应当处在滴定体系的电位突跃范围内。第五节 氧化还原滴定中的指示剂n见表6-2一些氧化还原指示剂的E0 及颜色变化,以前面的滴定为例,说明指示剂的选择,为什么滴定前要加入一些磷酸?1.二苯胺磺酸钠2.
17、邻二氮菲亚铁常用氧化还原指示剂常用氧化还原指示剂 H+=1molL-1 还原形还原形 氧化形氧化形颜色变化颜色变化 次甲基蓝次甲基蓝 0.52 无色无色 天蓝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 (V)指示剂指示剂 第六节 氧化还原滴定前的预处理n什么是预处理?在进行氧化还原滴定之前,应先把待测组分处理成能与滴定剂迅速、完全、并按一定化学计量关系反应的氧化态和还原态,如钢中锰和铬处理。n进行预处理所用的氧化剂或还原剂应符合:1与待测组分反应迅速定
18、量;有选择性;过量的氧化还原剂易除去;除去方法a.加热分解;b.过滤;c.利用化学反应。n一、铁矿中Fe%的测定:先用SnCl2将三价铁还原成二价铁,再除去过量的SnCl2。n二、合金钢中钒的测定(自己看书了解)第七节 常用的氧化还原滴定法n一、高锰酸钾法:(一)一种强氧化剂,但氧化能力和还原产物与溶液酸度有关。P240举例说明。优点1氧化能力强;2自身是指示剂;缺点1选择性差;反应历程复杂。(为何选择硫酸介质?)(二)滴定方式及其应用:n直接滴定法:掌握与二价铁反应的方程式,以及滴定前为何加入MnSO4和硫磷混合酸。n返滴法:(了解)n间接滴定法:测钙离子(了解)第七节 常用的氧化还原滴定法
19、(三)KMnO4溶液的配制和标定1.配制(了解)2.标定:用基准物质草酸钠,氧化砷,草酸,或纯铁丝,在硫酸环境下,控制温度75-85滴定,滴定速度不能太快。3.二、重铬酸钾法4.(一)概述:在酸性环境下,有强氧化性;优点:1基准物质,可直接配制标液,2可在盐酸介质使用。第七节 常用的氧化还原滴定法n(二)应用示例1.铁矿中全铁含量的测定:预处理在第六节介绍过,滴定前加入硫磷混合酸的作用(必须掌握)2.土壤中腐殖质的测定:通过测土壤中的含碳量了解有机质的含量。(了解)第七节 常用的氧化还原滴定法n三、碘量法(一)概述:利用单质碘的弱氧化性和碘离子的中等强度还原性进行滴定分析的方法。nI2溶液配制
20、:用KI溶液配制,形成I-3,可减少I2挥发性和增加I2的溶解度。n碘量法的误差来源:1单质碘的挥发,2碘离子被空气氧化。为防止I2挥发,采取措施:1加入过量KI使之生成I-3,2反应在室温和带玻塞的碘瓶中进行,3反应完马上滴定,滴定时不要剧烈摇动溶液。防止I-被空气氧化的措施:酸度不宜过高,析出I2反应在暗处进行,滴定时速度快些。第七节 常用的氧化还原滴定法(二)碘量法的滴定方式及其应用1.直接碘量法(碘滴定法)n利用单质I2的弱氧化性还原一些还原能力较强的物质;n在酸性、中性、弱碱性介质中进行滴定不能在pH11进行,否则会发生歧化。n标准溶液的配制和标定:I2+KI(过量),用Na2S2O
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