zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Hóa phân tích: Chương 4 - Trần Thị Thúy

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Báo xấu

32
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Hóa phân tích: Chương 4 - Phản ứng oxy hóa khử và chuẩn độ oxy hóa khử" được biên soạn với các nội dung chính sau: Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng; Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử; Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử; Chất chỉ thị oxy hóa khử; Chuẩn độ oxy hóa khử; Một số phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử. Mời các bạn cũng tham khảo bài giảng tại đây!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa phân tích: Chương 4 - Trần Thị Thúy

Chương 4. Phản ứng oxy hóa khử và chuẩn độ oxy hóa khử Trần Thị Thúy Department of Analytical Chemistry School of Chemical Engineering – Hanoi University of Science and Technology (HUST)
Outline 4.1 Khái niệm 4.2 Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng 4.3 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử 4.4 Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử 4.5 Chất chỉ thị oxy hóa khử 4.6 Chuẩn độ oxy hóa khử 4.7 Một số phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử 4.8 Bài tập 2 HUST SCE 8/21/2020
4.1 Khái niệm Phản ứng oxy hóa khử là sự chuyển dịch các electron từ một phần tử này (phân tử, ion, nguyên tử) sang phần tử khác. Một phần tử được cho là bị oxy hóa khi nó bị mất electron, bị khử khi nó nhận electron. Một tác nhân oxy hóa, nhận e– từ các chất khác và thành chất khử. Một chất khử nhường e– cho các chất khác và bị oxy hóa trong quá trình này. Trong phản ứng: Fe3+ + V2+ → Fe2+ + V3+ Fe3+ là chất oxy hóa vì nó nhận electron từ V2+ V2+ là chất khử vì nó nhường electron cho Fe3+ 3 HUST SCE
4.1 Khái niệm Cặp oxy hóa khử liên hợp được viết dưới dạng oxh/khử. Ví dụ như Fe3+/Fe2+, V3+/V2+, Ce4+/Ce3+, Cu2+/Cu 4 HUST SCE
4.2 Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng Qui ước: đo thế oxy hóa khử bằng cách so với thế oxy hóa khử được lấy làm tiêu chuẩn 2H+/H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn) Pt(rắn) ‫׀‬H2 (khí, P = 1 at)‫׀‬H+ (dung dịch, 𝑎𝐻 + =1)‫׀׀‬Zn2+ dung dịch, 𝑎𝑍𝑛2+ =1)‫׀‬Zn E = E+ – E- = –0,762V Hình 4.1. Pin gavanic 5 HUST SCE
4.2 Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng Phương trình Nernst aA+ ne– ⇋ bB E° 𝑎 𝑅𝑇 𝑎𝐴 E = E° + ln 𝑏 (4-1) 𝑛𝐹 𝑎𝐵 E°: thế khử tiêu chuẩn (aA = aB = 1), V R: hằng số khí R= 8,314J/K.mol = 8,314V.C/K.mol T: nhiệt độ, K n: số e- trong nửa phản ứng F: số Faraday, F = 96500 C/mol ai: hoạt độ cấu tử i 6 HUST SCE
4.2 Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng Biến đổi logarit tự nhiên ở dạng (4-1) thành dạng logarit cơ bản (cơ số 10) và T = 298K, nhận được phương trình Nernst ở dạng quen thuộc: 𝑎 0,05916 𝑎𝐴 E = E° + log 𝑏 (4-2) 𝑛 𝑎𝐵 Với giả thiết là dung dịch loãng hệ số hoạt độ các dạng gần bằng 1 và hoạt độ các dạng là gần bằng nồng độ, ta có thể viết phương trình Nernst ở dạng nồng độ: 0,05916 [𝑜𝑥ℎ]𝑎 E = E° + log (4-3) 𝑛 [𝑘ℎ]𝑏 7 HUST SCE
4.2 Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng Ví dụ, viết phương trình Nernst cho quá trình khử photpho trắng (rắn) thành khí photphin: ¼ P4(rắn, trắng) + 3H+ + 3 e– ⇋ PH3(k) E° = –0,046V 0,05916 [𝐻 + ]3 E = –0,046 + log 3 𝑃𝑃𝐻3 Chú ý, khi nhân các hệ số của phản ứng E° không thay đổi. 8 HUST SCE
4.2 Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng Dựa vào thế oxy hóa khử tiêu chuẩn người ta có thể dự đoán chiều của phản ứng: Ví dụ: 𝑜 𝑜 𝐸2𝐻 + /𝐻 = 0,000V > 𝐸𝑍𝑛2+ /𝑍𝑛 = –0,762V nghĩa là 2 Zn – 2e– ⇋ Zn2+ 2H+ + 2e– ⇋ H2 𝑜 Giá trị 𝐸𝑜𝑥ℎ/𝑘ℎ càng dương, khả năng nhận e– của chất oxy 𝑜 hóa càng mạnh, 𝐸𝑜𝑥ℎ/𝑘ℎ càng âm khả năng nhường e– của chất khử càng mạnh. 9 HUST SCE
4.2 Thế oxy hóa khử và chiều phản ứng 𝑜 Fe3+ + e– ⇋ Fe2+ 𝐸𝐹𝑒 3+ /𝐹𝑒 2+ = 0,771V 𝑜 2H+ + e– ⇋ H2 𝐸2𝐻 + /𝐻 = 0,000V 2 𝑜 Zn + 2 e ⇋ Zn 𝐸𝑍𝑛2+ /𝑍𝑛 = –0,762V 2+ – Như vậy các phản ứng có thể xảy ra là: Zn + 2H+ = H2 + Zn2+ 2Fe3+ + Zn = Zn2+ + 2Fe3+ Nếu có 2 cặp oxi hóa khử, dạng oxi hóa của cặp có 𝑬𝒐𝒐𝒙𝒉/𝒌𝒉 lớn hơn sẽ tác dụng với dạng khử của cặp có 𝑬𝒐𝒐𝒙𝒉/𝒌𝒉 nhỏ hơn. Chúng ta có thể giải thích được điều này thông qua tính hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử (mục 4.3). 10 HUST SCE
4.3 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử Phương trình (4-4) đúng ở bất kỳ thời điểm nào. Khi pin ở trạng thái cân bằng E = 0 và Q = K (hằng số cân bằng). 0,05916 Khi đó: ΔE° = 𝑛 logQ 𝒏∆𝑬𝒐 K = 𝟏𝟎 𝟎,𝟎𝟓𝟗𝟏𝟔 (4-5) K phụ thuộc vào ΔE° (ΔE° càng lớn thì phản ứng càng hoàn toàn). 11 HUST SCE
4.3 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử Ví dụ 1: ΔE° = 𝐸+𝑜 − 𝐸−𝑜 = 0,771 – 0,339 = 0,432V 2.0,432 K = 10 0,05916 = 4.1014 Như vậy, nếu biết 𝐸+𝑜 , 𝐸−𝑜 tìm được ΔE° và tính được K hoặc nếu biết K có thể tính ΔE° và có thể tìm được 𝐸+𝑜 ℎ𝑎𝑦 𝐸−𝑜 nếu không biết một trong chúng. 12 HUST SCE
4.3 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử Ví dụ 2: ΔE° = 𝐸+𝑜 − 𝐸−𝑜 = 1,51 – 0,77 = 0,74V 5×0,74 K = 10 0,05916 = 3,485.1062 13 HUST SCE
4.3 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử Ví dụ 3: ΔE° = 𝐸+𝑜 − 𝐸−𝑜 = 1,36 – 0,77 = 0,59V 2×0,59 K = 10 0,05916 = 8,83.1019 14 HUST SCE
4.4. Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử phụ thuộc: + Bản chất của chất tác dụng + Nồng độ của chất phản ứng + Xúc tác + Nhiệt độ (vận tốc có thể tăng 2-3 lần khi tăng 10°C) 15 HUST SCE
4.4. Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử phụ thuộc: + Bản chất của chất tác dụng + Nồng độ của chất phản ứng + Xúc tác + Nhiệt độ (vận tốc có thể tăng 2-3 lần khi tăng 10°C) 16 HUST SCE
4.4. Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử Ví dụ 1: KMnO4 + H2C2O4 ở nhiệt độ thường diễn ra rất chậm, ở nhiệt độ cao 70-80°C diễn ra nhanh. o Ví dụ 2: ECr 2− 3+ = 1,36V; EIo2 /2I− = 0,54V 2 O7 /Cr ΔE° lớn, theo (4-5) hằng số cân bằng của phản ứng lớn nhưng nồng độ nhỏ hơn 0,05M phản ứng rất chậm o o Ví dụ 3: EMnO − /Mn2+ = 1,54V; ECl /2Cl− = 1,36V 2 4 Nếu cho KMnO4 tác dụng với HCl loãng, phản ứng rất chậm 17 HUST SCE
4.4. Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử Ví dụ 4: Phản ứng giữa KMnO4 và H2C2O4 diễn ra vẫn chậm kể cả khi được đun nóng, nhưng khi phản ứng bắt đầu xảy ra, tạo ra Mn2+ thì phản ứng lại diễn ra nhanh. Điều này được giải thích là Mn2+ được sinh ra đóng vai trò là xúc tác. Các phản ứng liên hợp: Trong một số điều kiện nào đó phản ứng có thể coi như không xảy ra nhưng bên cạnh phản ứng đang xét có một phản ứng xảy ra thì ngay lập tức phản ứng đang xét xảy ra. Ví dụ: 2𝑀𝑛𝑂4− + 10 Cl– + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2+ 8H2O (a) 𝑀𝑛𝑂4− + 5 Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5 Fe3+ + 4H2O (b) Phản ứng (b) xảy ra kích thích phản ứng (a). (a), (b) gọi là các phản ứng liên hợp, (b) đã cảm ứng phản ứng (a). Đối với phản ứng liên hợp khi xác định các kim loại ví dụ như Fe2+ trong phản ứng trên phải loại trừ được Cl– (gây phản ứng phụ) gây sai số cho phép xác định. 18 HUST SCE
4.5. Chất chỉ thị oxy hóa khử Định nghĩa: Chất chỉ thị oxy hóa khử là những hợp chất hữu cơ có khả năng oxy hóa khử. Màu của chất chỉ thị ở dạng oxy hóa khác màu của chất chỉ thị ở dạng khử (hình 4-2). Chất chỉ thị oxy hóa khử dùng để xác định điểm cuối của quá trình chuẩn độ. Hình 4.2. Chất chỉ thị oxy hóa khử feroin 19 HUST SCE
4.5. Chất chỉ thị oxy hóa khử Ind (dạng oxy hóa) + ne– ⇋ Ind (dạng khử) 0,05916 [𝐼𝑛𝑑(𝑜𝑥ℎ)] E = E° + log 𝑛 [𝐼𝑛𝑑(𝑘ℎử)] Thường chúng ta thấy màu của dạng khử khi [Ind(khử)] ≥ 10 [Ind(oxh)] và thấy màu của dạng oxy hóa khi [Ind(oxh)] ≥ 10 [Ind(khử)]. Chúng ta có thể thấy khoảng thế đổi màu trên hình minh họa dưới đây: 0,05916 Trong thực tế giá trị (V) khá nhỏ so nên khoảng 𝑛 0,05916 (E° ± ) hẹp, ta có thể coi chất chỉ thị đổi màu qua E°. 𝑛 20 HUST SCE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.