无机化工产品品质检验教案

常州工程职业技术学院ChangzhouInstituteofEngineeringTechnology无机化工产品品质检验教案InorganicChemicalProductQualityInspection1/14项目二：工业硫酸铜品质检验任务6:归纳总结，撰写报告步骤1：检验结果信息汇总与分析步骤2：结果评价步骤3：撰写品质检验报告n提供任务引领下的引学问题（学生自我查询或教师提供学习素材）1、各种物质氧化还原能力的大小可以用电极电位衡量，那么如何计算电极电位？对于任何一个可逆氧化还原电对 Ox(氧化态) + ne ­　 Red(　还原态) 当达到平衡时，其电极电位与氧化态、还原态之间的关系遵循能斯特方程。　　式中qj d Ox Re / 为电对Ox/Red的标准电极电位；aOx 和aRed 分别为电对氧化态和还原态的活度；R为气体常数（8.314J/K·mol）；T为绝对温度(K)；F为法拉第常数（96485C/mol）；n为电极反应中转移的电子数。将以上常数代入上式，并取常用对数，于25℃时得： d x d ox d ox a a n Re 0 Re / Re / lg 059 . 0+=qjj可见，在一定温度下，电对的电极电位与氧化态和还原态的浓度有关。2、请指出标准电极电位与条件电极电位的区别？标准电极电位是指在一定的温度下（通常为25℃），当aOX= aRed=1mol/L时（若反应物有气体参加，则其分压等于100kPa）的电极电位。用qj d Ox Re / 表示。常州工程职业技术学院ChangzhouInstituteofEngineeringTechnology无机化工产品品质检验教案InorganicChemicalProductQualityInspection2/14条件电极电位，它是在一定的介质条件下，氧化态和还原态的总浓度均为 1mol/L 时的电极电位。用qj¢ d O X Re / 表示。3、影响电对条件电位的主要因素有哪些？影响电对条件电位的主要因素是：离子强度和各种副反应（包括在溶液中可能发生的配位、沉淀、酸效应等各种副反应）。（1）离子强度的影响在氧化还原反应中，溶液的离子强度一般较大，氧化态和还原态的价态通常较高，因而活度系数小于1。这样，用理论计算出的电位值与实际测量值就有差异。但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，因此一般都忽略离子强度的影响。（2）生成沉淀的影响在氧化还原反应中，当加入一种可与氧化态或还原态生成沉淀的沉淀剂时，就会改变电对的电位。氧化态生成沉淀使电对的电位降低；反之，还原态生成沉淀则使电对电位增高。（3）形成配合物的影响我们知道，溶液中常有多种阴离子存在，它们常能与氧化态或还原态形成不同稳定性的配合物，从而引起电极电位的改变。氧化态形成的配合物越稳定，电位降得越低（或氧化态和还原态均形成稳定的配合物，但氧化态的配合物较还原态配合物更稳定）。相反，还原态形成的配合物越稳定，电位值升高（或氧化态和还原态均形成稳定的配合物，但还原态的配合物较氧化态配合物更稳定）。（4）溶液的酸度的影响许多有 H + 或 OH －参加的氧化还原反应，溶液的酸度变化将直接影响电对的电极电位。4、请结合项目，计算当KI浓度1mol/L时，Cu2+/Cu+电对的条件电极电位（忽略离常州工程职业技术学院ChangzhouInstituteofEngineeringTechnology无机化工产品品质检验教案InorganicChemicalProductQualityInspection3/14子强度的影响）？已知：qjCu2+/Cu+＝＋0.17V；Ksp，CuI=1.1×10­12根据能斯特方程得++ Cu Cu / 2j=++ Cu Cu / 2qj+0.059lg[][]++ Cu Cu 2 =++ Cu Cu / 2qj+0.059lg[][]-+ I K Cu spCuI 2 =++ Cu Cu / 2qj+0.059lg[][] CuI sp K Cu I , 2 .+-=++ Cu Cu / 2qj－0.059lgKsp+0.059lg[][]-+ I Cu . 2 因此，当[Cu2+]=[I­]=1mol/L时++ Cu Cu / 2j=(0.17－0.059lg1.1×10­12)V=0.88V从上例可知，由于生成了溶解度很小的CuI沉淀，使溶液中Cu+浓度大为降低，Cu2+/Cu+电对的电极电位由＋0.17增高至＋0.88V，比＋0.54V大得多，所以Cu2+可以氧化I－，而且反应进行得很完全。 5、如何根据溶液的[H + ]浓度（[H + ]=1mol/L和[H + ]=10－4mol/L），判断氧化还原滴定反应方向？ AsO4 3­ + 2I － + 2H + →AsO3 3­ + H2O + I2 已知上述反应对应的半反应为： AsO4 3－ + 2H + + 2e ­ → AsO3 3－ + H2O-- 33 34 /AsO AsOqj = +0.56V， I2 + 2e ­ → 2I －qj I2/I － = +0.54V 从电极反应知qj I2/I －的电位值几乎与pH无关，而qj AsO4 3－ / AsO3 3－电对的电极常州工程职业技术学院ChangzhouInstituteofEngineeringTechnology无机化工产品品质检验教案InorganicChemicalProductQualityInspection4/14电位受酸度影响较大。-- 33 34 /AsO AsOj =-- 33 34 /AsO AsOqj +[][][]-+- 3 3 2 3 4 . lg 2 059 . 0 AsO H AsO 当[H + ]=1mol/L，[ AsO4 3－ ]=[ AsO3 3－ ]=1mol/L时，电对的电极电位-- 33 34 /AsO AsOqj = +0.56V。由于+0.56V＞+0.54V，所以上述反应向右①进行。当[H + ]=10 －4mol/L，[ AsO4 3－ ]=[ AsO3 3－ ]=1mol/L时，若不考虑酸度对 AsO4 3－、 AsO3 3－存在形式的影响，则电对的电位为：-- 33 34 / AsO AsOj =-- 33 34 /AsO AsOqj +[] 2 lg 2 059 . 0+ H 即-- 33 34 / AsO AsOj=（0.56＋0.059lg10 －8 ）V=+0.088V 由于+0.54V＞+0.088V，所以该反应向左进行。6、只有在反应完成99.9%以上，才满足定量分析的要求，如何计算1mol/LHCl介质中，Fe3+与Sn2+反应的平衡常数，并判断反应能否定量进行？Fe3+与Sn2+的反应式为2Fe3++Sn2+=Sn4++2Fe2+查表可知，1mol/LHCl介质中，两电对的电极电位值分别为：Fe3++e­=Fe2+qj¢++ 2 3 /Fe Fe =0.68V；Sn4++2e­=Sn2+qj¢++ 2 4 /Sn Sn =0.14V；氧化还原反应式的平衡常数为：n2Ox1+n1Red2=n2Red1+n1Ox2两电对的半反应的电极电位分别为：当反应达到平衡时，两电对的电位相等,即常州工程职业技术学院ChangzhouInstituteofEngineeringTechnology无机化工产品品质检验教案InorganicChemicalProductQualityInspection5/14 1 1 Re 1 1 lg 059 . 0 d ox c c n+¢qj= 2 2 Re 2 2 lg 059 . 0 d ox c c n+¢qj整理后得() 059 0 lg 2 1 2 1×-=¢¢¢qqjj n n K 若设n1∙n2= n，n为最小公倍数。则 059 . 0 ) ( lg 2 1qqjj¢¢-=¢ n K 只有在反应完成 99.9%以上，才满足定量分析的要求。因此在化学计量点时，要求：反应产物的浓度≥99.9%，即[] 2 Ox ≥99.9%；[] 1 Red ≥99.9%；而剩余反应物的量 ≤0.1%，即[] 1 Ox ≤0.1%；[] 2 Red ≤0.1%；对n1≠n2对称电对的氧化还原反应，n2OX1 + n1Red2 = n2Red1 + n1OX2[][][][] 1 2 1 1 2 2 2 1 Re Re lg lg n n X n X n d O O d K=≥lg ) 10 10 ( 2 1 3 3 n n´则 lgK≥3（n1+n2）得 lgK＇≥9() 059 0 lg 2 1×-=¢¢¢qqjj n K =() 31 . 18 059 . 0 14 . 0 68 . 0 2=-≥9所以此反应能定量进行。7、请结合本项目思考影响氧化还原反应速率的因素有哪些？常州工程职业技术学院ChangzhouInstituteofEngineeringTechnology无机化工产品品质检验教案InorganicChemicalProductQualityInspection6/14（1）氧化剂与还原剂的性质不同性质的氧化剂和还原剂，其反应速度相差极大（2）反应物浓度增加反应物浓度可加快反应速度，如:K2Cr2O7+KI，KI需加入量为理论量的5倍（3）催化反应（catalyzedreaction）对反应速度的影响催化剂的使用是提高反应速度的有效方法。（4）温度对反应速度的影响对大多数反应来说，升高溶液的温度可以加快反应速度，通常溶液温度每增高10℃，反应速度可增大2—3倍。（5）诱导反应（Inducedreaction）对反应速度的影响因某一氧化还原反应的发生而促进另一种氧化还原反应进行的现象，称为诱导作用，反应称为诱导反应。KMnO4氧化Cl­反应速度很慢，但当溶液中存在Fe2+时，KMnO4与Fe2+的反应加快了KMnO4与Cl­的反应。这种由于一个反应的发生，促进另一反应进行的现象称为诱导作用。KMnO4与Fe2+的反应称为诱导反应；KMnO4与Cl­的反应称为受诱反应。而MnO4­称为作用体；Fe2+称为诱导体；Cl­称为受诱体。诱导反应与催化反应不同，催化反应中催化剂在反应后又变回原来的组成；而诱导反应中，诱导体在反应后，变为其他物质。诱导反应在滴定分析中往往有害。8、氧化还原滴定反应的滴定突跃范围如何计算？（例：用0.1000mol/LCe(SO4)2溶液，在0.5mol/LH2SO4溶液中滴定20.00mL0.1000mol/LfeSO4溶液）其滴定反应为：Ce4＋+Fe2+=Ce3++Fe3+滴定过程中溶液的组成发生如下变化:常州工程职业技术学院ChangzhouInstituteofEngineeringTechnology无机化工产品品质检验教案InorganicChemicalProductQualityInspection7/14滴定过程溶液组成滴定前Fe2+化学计量点Fe2+、Fe3+、Ce3+（反应完全，[Ce4+]很小）化学计量点后Fe3+、Ce3+、Ce4+（[Fe2+]很小）①化学计量点前因为加入的Ce4+几乎全部被Fe2+还原为Ce3+，到达平衡时c(Ce4+)很小，电位值不易直接求得。但如果知道了滴定的百分数，就可求得c(Fe3+)/c(Fe2+)，进而计算出电位值。假设Fe2+被滴定了 % a ， a a Fe Fe Fe Fe-+=¢++++ 100 lg 0059 2 3 2 3 / /qjj②化学计量点后Fe2+几乎全部被Ce4+氧化为Fe3+，c(Fe2+)很小不易直接求得，但只要知道加入过量的Ce4+的百分数，就可以用c(Ce4+)/c(Ce3+)计算电位值。设加入了 % b Ce4+，则过量的Ce4+为 )% 100 (- b ，得 100 100 lg 0059 3 4 3 4 / /-+=¢++++ b Ce Ce Ce Ceqjj③化学计量