第八章氧化还原滴定法课件.ppt
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1、第 八章氧化还原滴定法第第八八章章 氧化还原滴定法氧化还原滴定法8.1 氧化还原平衡氧化还原平衡8.2 氧化还原反应的速率氧化还原反应的速率8.3 氧化还原滴定氧化还原滴定曲线曲线8.4 氧化还原滴定中的指示剂氧化还原滴定中的指示剂8.5 氧化还原滴定中的预处理氧化还原滴定中的预处理8.6 常用的氧化还原滴定法常用的氧化还原滴定法8.7 氧化还原滴定结果的计算氧化还原滴定结果的计算教学要求:了解氧化还原滴定法的特点、分类;了解氧化还原滴定法的特点、分类;熟悉熟悉标准电位和标准电位和条件电位条件电位,影响条件电位的因素,影响条件电位的因素掌掌握握氧氧化化还还原原反反应应方方向向及及其其影影响响因
2、因素素;反反应应进进行行次序和进行程度的判据;次序和进行程度的判据;了了解解滴滴定定四四阶阶段段溶溶液液电电位位的的计计算算,掌掌握握影影响响滴滴定定突跃的因素及突跃的因素及指示剂的选择指示剂的选择;掌掌握握高高锰锰酸酸钾钾法法、重重铬铬酸酸钾钾法法、碘碘量量法法的的原原理理、特点及应用。特点及应用。通通过过自自学学了了解解影影响响条条件件电电位位的的因因素素及及滴滴定定前前的的预预处理。处理。绪绪 论论氧氧化化还还原原滴滴定定法法:以氧化还原反应为基础的滴定分析方法实质:实质:电子的转移氧化还原反应的特点:氧化还原反应的特点:氧化反应机理比较复杂反应速率一般较慢反应条件对氧化还原反应影响较大
3、副反应的影响氧化还原滴定中必须严格控制反应条件分类:分类:掌握:碘量法、高锰酸钾法、重铬酸钾法了解:溴酸钾法、硫酸铈法应用:应用:广泛,直接或间接测定无机物、有机物8.1 8.1 氧化还原平衡氧化还原平衡一一.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 电对电势电对电势能斯特方程能斯特方程abRedlgEOx/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=cR
4、ed=1molL-1 或浓或浓度比为度比为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离子强度及各种副反应各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)0.059lg0.059lgnc OxnE=E +Ox Red Red Ox c RedabRedlgEOx/Red=E +aaOx二二.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
5、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由于各种副反应对电位的影响远比离子强度由于各种副反应对电位的影响远比离子强度的影响大、同时离子强度的影响又难以校正的影响大、同时离子强度的影响又难以校正一般忽略不计一般忽略不计忽略离子强度影响忽略离子强度影响0.059lg0.059lgnc 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
6、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v讨论:讨论:v(1 1)条件电位与标准电位的关系如同条件稳定常)条件电位与标准电位的关系如同条件稳定常数数K K 与稳定常数与稳定常数K K之间的关系。之间的关系。v(2 2)条件电势反映了离子强度与各种副反应的影条件电势反映了离子强
7、度与各种副反应的影响的总结果,比较符合实际情况。响的总结果,比较符合实际情况。v(3 3)各种条件下的条件电势都是由)各种条件下的条件电势都是由实验实验测定的。测定的。附录中列出了部分电对在不同介质中的条件电势。附录中列出了部分电对在不同介质中的条件电势。v(4 4)当缺乏相同条件下的条件电势时,可采用条当缺乏相同条件下的条件电势时,可采用条件相近的条件电势数据。如没有相应的条件电势件相近的条件电势数据。如没有相应的条件电势数据,则采用标准电势。数据,则采用标准电势。三三.氧化还原反应氧化还原反应进行的程度进行的程度-平衡常数平衡常数K Kn2Ox1+n1Red2=n2Red1+n1Ox2Ox
8、1+n1e=Red1 E1=E1 +Ox2+n2e=Red2 E2=E2 +0.059n1lgcOx1cRed10.059n2lgcOx2cRed2cRed1cOx1cOx2cRed2n1n1n2n2K =平衡时:平衡时:E1=E2=n E 0.059cOx1cRed1lgcOx2cRed2n1n1n2n2=n(E1 -E2)0.059=lgK E1+0.059n1lgcOx1cRed10.059n2lgcOx2cRed2=E2 +E1 、E2 为氧化剂、还原剂电对的条件电位,为氧化剂、还原剂电对的条件电位,n为两电对转移电子数的最小公倍数。为两电对转移电子数的最小公倍数。对于下面滴定反应,欲
9、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%)n1(99.9%)n2(0.1%)n1(0.1%)n2 lg103n1 103n2 3(n1+n2)E =lgK n0.059 n0.059 3(n1+n2)n2Ox1+n1Red2=n2Red1+n1Ox2n1=n2=1 n=1,lg K 6,E 0.36 Vn1=1,n2=2 n=2,lg K 9,E 0.27 Vn1=n2=2 n=2,lg K 6,E 0.18 Vv讨论:v反应类型不同,对平衡常数的要求不同 E 越大 K 越大v实际上:只要 E 1E 2 0.
10、4v该反应的完全程度均能满足滴定分析的要求:反映了氧化还原滴定的可行性v多数氧化还原反应较复杂,通常需要一定时间才能完成,考虑反应速率-现实性 反应条件反应条件 滴定条件滴定条件 8.2 氧化还原反应的速率氧化还原反应的速率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 KMnO4水溶液水溶液Sn2+水溶液水溶液Ce4+水溶液水溶液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?一一.影响反应速率的因素:影响反应速率的因素:(一一)反反应应物物浓浓度度:
11、一般来说,反应物的浓度越大,反应速度愈快。例:例:CrCr2 2OO7 7-+6I+6I-+14H+14H+2Cr2Cr 3+3+3I+3I2 2+H+H2 2OO (二)温度 升高温度一般可加快反应速度,通常溶液的温度每增高1010,反应速度可增大2 2至3 3倍。2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O 小于75时,反应速度慢;在7575至8585之间适中;当大于8585时,H2C2O4分解。二、催化作用和诱导作用二、催化作用和诱导作用(一)催化作用(一)催化作用Mn(VII)+Mn(II)Mn(VI)+Mn(III)Mn(II)2Mn(IV)(中间产物)Mn
12、(II)2Mn(III)(中间产物)自身催化或自动催化:自身催化或自动催化:自身催化或自动催化:自身催化或自动催化:(二)诱导作用(二)诱导作用 在氧化还原反应中,一种反应的进行,能够诱发和促进另一种反应的现象称为诱导作用诱导反应受诱反应作用体作用体作用体作用体受诱体受诱体受诱体受诱体诱导体诱导体诱导体诱导体诱导反应在滴定分析中往往是有害的(例如高锰酸钾滴定铁不能在盐酸溶液中进行),但它并不总是消极因素 诱导反应和催化反应的区别 诱诱导导反反应应和和催催化化反反应应是是不不同同的的。在在催催化化反反应应中中,催催化化剂剂参参加加反反应应后后,又又回回到到原原来来的的组组成成;而而诱诱导导反反应
13、应中中,诱诱导导体体参参加加反反应应后后,变变为为其其它它物物质质。诱诱导导反反应应与与副副反反应应也也不不相相同同,副副反反应应的的反反应应速速度度不不受受主主反反应应的的影影响响,而而诱诱导导反反应应则则能能促促使使主反应的加速进行。主反应的加速进行。1、氧化还原平衡、氧化还原平衡2、氧化还原反应速率的因素、氧化还原反应速率的因素本节学习重点本节学习重点 8 8.3 .3 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E/V突突跃跃sp理论计算:可逆体系理论计算:可逆体系实验方法(一般)实验方法(一般)滴定前,滴定前,Fe3+
14、未知,不好计算未知,不好计算sp前前,Ce4+未知,未知,E=EFe3+/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+0.059
15、lgcFe3+/cFe2+Esp=ECe4+/Ce3+=E Ce4+/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
16、 Ce4+/cCe3+)/222.021.0011.26E=ECe4+/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 3Ce4+滴定滴定Fe2+的滴定曲线的滴定曲线E/V突突跃跃1.261.06 1.06邻二氮菲亚铁邻二氮菲亚铁0.86 0.85 二苯氨磺酸钠二苯氨磺酸钠突跃范围(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+n2E
17、sp=n2Ox1+n1Red2=n2Red1+n1Ox2滴定突跃大小的影响因素滴定突跃大小的影响因素根据条件电位判断滴定突跃范围(电位范围)根据条件电位判断滴定突跃范围(电位范围)8.4 氧化还原滴定指示剂氧化还原滴定指示剂(一)(一)自身指示剂自身指示剂 KMnO4 210-6molL-1 呈呈粉红色粉红色(二)(二)专属指示剂专属指示剂 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 碘量法专属指示剂碘量法专属指示剂 (三)(三)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
18、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:与酸碱指示剂类似与酸碱指示剂类似,氧化还原指示剂变色范围:变色范围:氧化还原指示剂的氧化态和还原态具有不同颜色。氧化还原指示剂的氧化态和还原态具有不同颜色。滴定中,化学计量点附近的电位突跃使指示剂由一滴定中,化学计量点附近的电位突跃使指示剂由一种形态转变成另一种形态,同时伴随颜色改变。种形态转变成另一种形态,同时伴随颜色改变。例:例:二苯胺磺酸钠指示剂二苯胺磺酸钠指示剂 Hv指示剂的选择原则:指示剂的选择原则:v指示剂变色范围部分或全部落在滴定突跃范围
19、内v指示剂的条件电位尽量与化学计量点电位相一致8 8.5.5 氧化还原滴定前的预处理氧化还原滴定前的预处理目的:将被测物预先处理成便于滴定的形目的:将被测物预先处理成便于滴定的形式式分类:分类:预氧化处理,预还原处理 例:铁矿中全铁含量测定 Fe3+预还原处理Fe2+K2Cr2O7 一次滴定测全铁 Fe2+对预氧化剂和预还原剂的要求对预氧化剂和预还原剂的要求定量氧化或还原预测组分定量氧化或还原预测组分 反应速率快反应速率快具有一定的选择性具有一定的选择性 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,用作还原剂,用Sn2+过量的氧化剂或还原剂易除去过量的氧化剂或还原剂易除去
20、例例 H2O2,(NH4)2S2O8 加热分解加热分解一一、氧化还原滴定曲线、氧化还原滴定曲线1.SP以前采用被滴定物被滴定物被滴定物被滴定物的电极电位进行计算体系电位2.SP以后采用滴定剂滴定剂滴定剂滴定剂的电极电位进行计算体系电位3.计量点时采用两电对两电对两电对两电对的电极电位联立求解体系电位4.4.对称电对体系对称电对体系的滴定突跃点滴定突跃点滴定突跃点滴定突跃点时的体系电位和计量点计量点计量点计量点时的体系电位公式本节学习重点本节学习重点二二、氧化还原滴定的指示剂、氧化还原滴定的指示剂氧化还原指示剂是一类本身具有氧化还原性的有机试剂,其氧化型和还原型具有不同的颜色。氧化还原指示剂、自
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