氧化还原滴定法
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分析化学第七讲:氧化还原滴定法分析化学第七讲:氧化还原滴定法在化学分析领域中,氧化还原滴定法是一种常用的定量分析方法。
本篇文章将深入探讨氧化还原滴定法的原理、实验操作流程、应用领域以及优缺点,帮助读者更好地理解和掌握这一分析技术。
一、氧化还原滴定法的基本原理氧化还原滴定法是以氧化剂和还原剂之间的反应为基础,通过滴定计量氧化还原反应的进程来确定待测物质的含量。
其中,氧化剂是指能够夺取电子的物质,而还原剂则是指能够提供电子的物质。
在特定的实验条件下,氧化剂和还原剂的反应速率是恒定的,因此,通过滴定可以精确计算出反应物的量。
二、氧化还原滴定法的实验流程1、准备试样和试剂:选择合适的试样,准备相应的氧化剂、还原剂和指示剂。
2、滴定前的预处理:对试样进行适当的预处理,以便进行氧化还原反应。
3、滴定操作:将试样与氧化剂混合,观察反应进程,记录滴定开始至结束的时间。
4、数据记录与计算:根据实验数据计算出试样中待测物质的含量。
5、重复实验:为了确保实验结果的准确性,可能需要重复进行滴定操作。
三、氧化还原滴定法的应用领域氧化还原滴定法在许多领域都有广泛的应用,如环境保护、化工、食品、医药等。
例如,在环境保护中,可以运用该方法测定水体中的铁离子、锰离子等重金属离子的含量;在化工领域,可以用于测定原料、中间产物和最终产品的含量。
四、氧化还原滴定法的优缺点1、优点:(1) 适用范围广:氧化还原滴定法可用于测定多种物质,包括无机物和有机物。
(2) 精确度高:由于氧化还原反应的速率容易控制,因此该方法的测量精度较高。
(3) 可重复性好:多次实验的结果之间的一致性较好。
2、缺点:(1) 对实验条件要求较高:某些氧化还原反应需要在特定的实验条件下进行,如温度、压力、pH值等,对实验设备的要求较高。
(2) 反应速度较慢:某些氧化还原反应的速率较慢,需要较长的滴定时间。
(3) 干扰因素较多:例如,试样中的杂质可能会干扰氧化还原反应的进行,从而影响测量结果。
氧化还原滴定法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。
氧化还原反应是基于电子转移的反应反应机制比较复杂常伴有副反应发生反应较慢介质对反应也有较大影响。
因此氧化还原滴定中必须控制适宜的条件以保证反应定量、快速进行。
根据选用的滴定剂氧化剂不同氧化还原滴定法可分为、高锰酸钾法、亚硝酸钠法、重铬酸钾法等。
I2与I-组成电对的标准氧化势E0I2/2I-0.54见下表处于标准氧化还原电位表的中间位置。
凡是氧化势比I2/2I-电对小的还原性物质或氧化势比I2/2I-电对大的氧化性物质都可用碘量法直接或间接地测定因此碘量法在药物分析中应用较为广泛。
碘量法是以碘作为氧化剂或以碘化物作为还原剂进行氧化还原滴定的方法。
它们的电子得失分别用下式表示I22e 2I-2I--2e I2游离的I2能够取得电子变成碘离子因此I2是氧化剂。
I-则容易失去电子变成游离的I2。
表1 反应方程式E0VZn-2eZn2-0.76AsO33-2OH--2eAsO43-H0.71S2--2eS-0.51C2O42--2e2CO2-0.49H2气-2e2H0.002S2O32--2eS4O62-0.09Sn2-2eSn40.1521--2eI20.54MnO24OH--3eMnO4-2H 2O0.58HAsO22H2O-2eH3AsO42H0.58Fe2-eFe30.77HNO2H2O-2eNO3-3H0.942Cr37 H2O-6eCr2O72-14H1.332C1--2eC12溶液1.36Br-3H2O-6eBrO3-6H1.44Mn24H2O-5eMnO4-8H1.49MnO2固2H2O-3eMnO4-4H1.68①每一电位既与氧化型有关又与还原型有关。
②表中号的左边是还原剂还原性由上而下依次减弱右边是氧化剂氧化性从上到下依次增强。
③在表中相隔越远的电对电位差越大相互作用也越猛烈。
电对中氧化型的浓度越大氧化还原电位的数值也就越大但是反应生成物总是趋向于使反应逆向进行因此电对中还原型的浓度越大氧化还原的电位数值就越小。
氧化还原滴定法测含量
氧化还原滴定法是一种常用的化学分析方法,用于测定物质中的氧化还原反应物质的含量。
该方法的原理是通过滴定一定量的氧化剂或还原剂,使其与待测物质中的氧化还原反应物质发生反应,从而确定其含量。
氧化还原滴定法的步骤如下:
1.准备样品:将待测物质溶解在适当的溶剂中,使其达到适当的浓度。
2.加入指示剂:根据待测物质的性质选择合适的指示剂,加入到待测物质中。
3.滴定:将氧化剂或还原剂滴入待测物质中,直到指示剂的颜色发生变化。
4.计算含量:根据滴定过程中加入的氧化剂或还原剂的体积和浓度,计算出待测物质中氧化还原反应物质的含量。
氧化还原滴定法的优点是操作简单、准确度高、灵敏度高,适用于多种物质的含量测定。
但是,该方法也存在一些缺点,如需要选择合适
的指示剂、滴定过程中需要控制滴定速度等。
在实际应用中,氧化还原滴定法广泛应用于化学分析、环境监测、食
品检测等领域。
例如,在食品检测中,可以使用氧化还原滴定法测定
食品中的维生素C含量;在环境监测中,可以使用氧化还原滴定法测
定水中的氧化还原剂含量。
总之,氧化还原滴定法是一种常用的化学分析方法,具有操作简单、
准确度高、灵敏度高等优点,适用于多种物质的含量测定。
在实际应
用中,需要根据待测物质的性质选择合适的指示剂、控制滴定速度等,以保证测量结果的准确性。
1 第八章 氧化还原滴定法 氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的一种滴定方法。氧化还原反应是一种电子由还原剂转移到氧化剂的反应。 特点:① 应用范围广 直接测Ox、Red 间接测能与Ox、Red发生定量反应的物质 ② 反应速度慢,常伴有副反应,滴定条件要求严格。 分类:按氧化剂分类,如碘量法、溴量法、铈量法、高锰酸钾法等。
第一节 氧化还原平衡 一、 条件电势 (一)可逆电对与不可逆电对: 可逆电对:能迅速建立起氧化还原平衡;(2)其电势符合能斯特公式计算的理论电势 例:Fe3+/Fe2+ I2/I- Ce4+/ Ce3+
不可逆电对:不能建立真正的平衡;(2)实际电势与理论电势相差较大(100mv以上) 例:MnO4-/Mn2+, Cr2O72-/Cr3+
(二)对称电对和不对称电对 对称电对:氧化态与还原态的系数相同。例Fe3++e Fe2+,
MnO4-+8H++5eMn2++4H2O 不对称电对:氧化态与还原态的系数不同。 I2+2e2I-,Cr2O72-+14H++6e2Cr3++7H2O (三)条件电极电位 每一种元素的氧化形Ox和还原形Red组成一个氧化还原电对,电对的半电池反应表示为: Ox + ne = Red 用Nernst活度式求电对的电极电位:
dOxdOxdOxaanEaanFRTEEReReRe/lg059.0lg303.2 (25℃)
其中,E为标准电极电位,aOx和aRed分别为氧化形和还原形的活度。 2
规定:离子或分子的活度以mol/L为单位,气体的活度以大气压为单位,纯固体、水的活度为1,除氧化形和还原形外的其它组分的活度也要包括到Nernst方程式中。 例: AgCl + e = Ag + Cl
ClAgAgClAgAgClaEE1lg059.0//
MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O 2424248//lg5059.0MnHMnOMnMnOMnMnOaaaEE 2H+ + 2e = H2 2222//lg2059.0HHHHHHaaEE
考虑到溶液中的实际情况,在能斯特方程中引入相应的活度系数和副反应系数
OxOxOxOxOxcaOx ReReReReRed
Redddd
cad
有:ReReRe0.0590.059lglgOxdOxdOxdcEEnnc 当COx=CRed=1时,得到ReRe0.059lgOxddOxEEn―――条件电势条件电势的意义:表示在一定介质条件下,氧化态和还原态的分析浓度都为1mol/L时的实际电势,在条件一定时为常数。 (1)E与E的关系如同条件稳定常数K与稳定常数K之间的关系。 (2)条件电势反映了离子强度与各种副反应的影响的总结果,比较符合实际情况。 (3)各种条件下的条件电势都是由实验测定的。附录11中列出了部分电对在不同介质中的条件电势。 (4)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数据,则采用标准电势。 3
例:计算1 mol/L HCl 溶液中,C(Ce4+) = 1.0010-2 mol/L, C(Ce3+) = 1.0010-3 mol/L时, Ce4+ / Ce3+电对的电位。
二、影响条件电位的因素 1. 盐效应 如果不考虑副反应条件电位与标准电位的差异仅仅是由离子强度( I )引起。
当离子强度I增大时,'E 是增大还是减小取决于氧化态和还原态的价态 Zi增大时,γi减小 。当离子强度增加时'/23oFeFeE减小,而')(/)(4636oCNFeCNFeE增大。
Fe(CN)63-/Fe(CN)64-电对在不同离子强度下的条件电位如下:
I 0.00064 0.0128 0.112 1.6 'oE
0.3619 0.3814 0.4094 0.4584
盐效应是指溶液中电解质浓度即离子强度对条件电位的影响作用。由于盐效应不易计算,氧化还原滴定体系的反应电对常常参与各种副反应,一般副反应对条件电位的影响比盐效应大,因此在估算条件电位时可忽略盐效应的影响,即假定离子的活度系数f =1,得到Nernst方程的近似表达式:
dOxdOxdOxdOxCCndOxnEEReRe/Re/Re/
lg059.0 ][Re][lg059.0
OxddOxdOxnEEReRe/Re/lg059.0 2. 生成沉淀 Ox生成沉淀, E ;Red生成沉淀,E 例: Cu2+ + e = Cu+ CuCuE/2= 0.16V I2 + 2e = 2I IIE/2= 0.54V
ROORROCCnnEElg059.0lg059.0ROCCnEElg059.0'
III)()IV('lg1059.0CeCeC
C
EEv34.1100.1100.1lg059.028.132
ROnEElg059.0'
IZii25.0lg 4
Cu2+ + 4I = 2CuI + I2 22222][lg059.0][][lg059.0/2//CuspCuCuCuCuCuCuCuKCIECuCuEE
22222lg059.0lg059.0][lg059.0//CuCuCuCuCuspCuCuCECKIE 222][lg059.0//CuspCuCuCuCuKIEE Ksp= 1.11012 , 2Cu 1 , 若 [I] = 1mol/L, 则 E= 0.87V 可见 CuCuIIIIEE///222 说明当溶液中有过量I存在时,Cu2+可以定量地氧化I。 3. 生成配合物 Ox配合物稳定性高, ;Red配合物稳定性高, 例:Fe3+ + e = Fe2+ 23/FeFeE= 0.771V I2 + 2e = 2I IIE/2= 0.54V 2 Fe3+ + 2I = I2 + 2Fe2+ 说明Fe3+将干扰间接碘量法测铜 往溶液中加入NaF,Fe3+ + F FeF2+、FeF2+、FeF3
322323lg059.0//FeFeFeFeFeFeEE
FeF 配合物的1,2和3分别为105.28 , 109.30和1012.06, 若 [F] = 1mol/L, 则 Fe(F) = 1 + 1 [F] + 2[F]2+ 3[F]3 06.12103Fe
12Fe
23/FeFe
E= 0.059V
可见 2322///FeFeIIIIEEE 说明Fe3+失去氧化I的能力,从而消除了Fe3+对测定铜的干扰作用。 4. 酸效应 H3AsO4 + 2H+ + 2e = H3AsO3 + 2H2O 3/343oAsHAsOH= 0.56V I2 + 2e = 2I IIE/2= 0.54V
][]][[lg2059.033243//3343343AsOHHAsOHEEAsOHAsOHHAsOAsOH
4333334333432/][lg2059.0AsOHAsOHAsOHAsOHAsOHAsOHCHCE 5
33432343lg2059.0/AsOHAsOHAsOHAsOHCCE 4333334333432//][lg2059.0AsOHAsOHAsOHAsOHAsOHAsOHHEE ][][33HKHaAsOH 332121213][][][][43HKKKHKKHKHAsOH 当 [H+] 5mol/L 时,3343/AsOHAsOHE= 0.60V 24322///HAsOAsOHIIIIEEE 说明在强酸性溶液中发生的反应为: H3AsO4 + 2H+ + 2I = H3AsO3 + I2 + 2H2O 当 [H+] 108mol/L 时, 243/HAsOAsOHE= 0.10V 24322///HAsOAsOHIIIIEEE 说明在pH 8的溶液中发生的反应为: H3AsO3 + I2 + 2H2O = H3AsO4 + 2H+ + 2I 若Ox 或Red 同时参与多种副反应,则 总 = 1 + 2 + +p + (1p) 三、氧化还原进行的程度 1、平衡常数和条件平衡常数 氧化还原反应:21121221ReRenOxndnOxnd 有关电对的反应为:
Ox1 + n1e = Red1 111111Re1Re/Re/lg059.0dOxdOxdOxaanEE
Ox2 + n2e = Red2 222222Re2Re/Re/lg059.0dOxdOxdOxaanEE 当反应达到平衡时,两电对的电极电位相等,即 22221111Re2Re/Re1Re/lg059.0lg059.0dOxdOxdOxdOxaanEaanE
等式两边同乘以n1和n2的最小公倍数n ,整理得, KEEnaaaadOxdOxndnOxnOxndlg059.0)(lg221112211221Re/Re/ReRe
可见,氧化还原反应的平衡常数与两电对的标准电极电位及电子转移数有关。 若考虑溶液中各种副反应的影响,以相应的条件电极电位代替标准电极电位,所得平衡常数为条件平衡常数K,即以反应物分析浓度表示的平衡常数。