Phương Pháp Oxy Hóa – Khử

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

436
lượt xem 53
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong hóa học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu ôxy hóa học (COD - viết tắt từ tiếng Anh: chemical oxygen demand) được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước. Phần lớn các ứng dụng của COD xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu cơ tìm thấy trong nước bề mặt (ví dụ trong các con sông hay hồ), làm cho COD là một phép đo hữu ích về chất lượng nước. Nó được biểu diễn theo đơn vị đo là miligam trên...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phương Pháp Oxy Hóa – Khử

Phương Pháp Oxy Hóa – Khử Redox Titrations, Titrations Based on Redox Reactions PGS.TS. Nguyễn Đức Tuấn Bộ môn Hóa Phân Tích – Kiểm Nghiệm Khoa Dược – Đại học Y Dược TPHCM Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Ứng Dụng Phép Đo Oxy Hóa – Khử Trong Ngành Dược  Phép đo permanagant  Phép đo iod  Phép đo nitrit  Phép đo crom  Phép đo ceri  Phép đo periodid Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Phép Đo Permanganat  Nguyên tắc  Dựa vào tính oxy hóa của MnO4- trong môi trường acid  Muối duy nhất được sử dụng là muối kali  Chất oxy hóa mạnh (E0(MnO4-/Mn2+) = 1,51 V ở pH = 0)  tính chọn lọc thấp, định lượng chất khử  Vai trò của pH  Acid: Mn7+ + 5e  Mn2+  Trung tính: Mn7+ + 3e  Mn4+ (tủa MnO2)  Kiềm mạnh: Mn7+ + 1e  Mn6+ 0,001 M 0,1M  Trong môi trường trung tính và kiềm, phản ứng kém lặp lại hơn trong môi trường acid, oxy hóa gián đoạn, sản phẩm có màu hoặc tủa  sử dụng kỹ thuật chuẩn độ thừa trừ Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Acid Được Sử Dụng Trong Phép Đo Permanganat  vì MnO4 có thể oxy hoá Cl để giải phóng Cl2 2KMnO4 + 16Cl + 16H+  2K+ + Mn2+ + 6Cl + 8H2O + 5Cl2 HCl không  Oxy hoá Cl- xảy ra khi [muối] cao và to,mt  t0,labo thể dùng  Không định lượng FeCl2 vì Fe2+ xúc tác phản ứng phóng thích Cl2 này  Sử dụng HCl khi oxy hóa trực tiếp anhydrid arsenơ (pp Bright) HNO3  HNO3 thương mại luôn chứa NO2- và ion này khử MnO4- không dùng  HNO3 có tính oxy hóa 2KMnO4 + 3H2SO4  K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2O + 5/2O2 H2SO4 và H3PO4 dùng hay MnO4 + 8H+ + 5e  Mn2+ + 4H2O được E (MnO4-) = M/5 = 31,60 Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dung Dịch Chuẩn Sử Dụng Trong Phép Đo Permanganat Dung dịch chuẩn độ kali permanganat 0,1N  Tự khử dễ dàng khi có mặt tạp hữu cơ Tính chất  Cân trực tiếp hòa tan  [chuẩn] thực tế < [chuẩn] mong muốn  Hòa tan 3,25 g KMnO4 / 1 lít nước đun sôi để nguội  Lọ sạch và để vài ngày rồi chuẩn độ lại để  Những chất hữu cơ bị oxy hóa và độ chuẩn giảm nhẹ Điều chế  [chuẩn] của dung dịch hầu như bền vững sau khi oxy hóa Bảo quản  Lọc qua bông thủy tinh hay phễu xốp  Dịch lọc chứa trong chai thủy tinh màu vì ánh sáng xúc tác sự phân hủy MnO4 Chuẩn độ  Sử dụng chất gốc acid oxalic H2C2O4 KMnO4 5H2C2O4 + 2KMnO4 +3H2SO4  2MnSO4+ 10CO2+ K2SO4 + 8H2O Chỉ thị  Tự chỉ thị vì KMnO4 có màu tím và Mn2+ không màu Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dung Dịch Chuẩn Sử Dụng Trong Phép Đo Permanganat Chuẩn độ kali permanganat bằng acid oxalic  Natri oxalat hay được sử dụng để chuẩn độ KMnO4 và Ce (IV)  Trong môi trường H+: 2KMnO4- + 5H2C2O4 + 6H+  2Mn2+ + 10CO2 (khí) + 8H2O  Phản ứng giữa permanganat và acid oxalic phức tạp. Tốc độ hầu như chậm ngay cả ở nhiệt độ cao, trừ khi có mặt Mn2+ là chất xúc tác  Thêm vài ml permanganat đầu tiên vào dung dịch acid oxalic nóng thì màu của permanganat tồn tại nhiều giây rồi mới mất đi  Nồng độ Mn2+ tăng lên, phản ứng ngày càng nhanh do hiệu ứng tự xúc tác Diễn biến phản ứng của permanganat và oxalat Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dung Dịch Chuẩn Sử Dụng Trong Phép Đo Permanganat Chuẩn độ kali permanganat bằng acid oxalic Thêm KMnO4 Thêm MnSO4 MnSO4 xúc tác Cuối cùng, tốc độ vào 2 cốc vào dung dịch sự khử MnO4- phản ứng của bên phải thành ion Mn2+ dung dịch bên trái không màu tăng lên do tạo thành ion Mn2+ rồi sau đó tự xúc tác để tạo thành chính nó Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Ứng Dụng Định Lượng Bằng Phép Đo Permanganat Định Lượng các hợp chất vô cơ Muối Fe Fe2+ + MnO4- + 8H+ + 4e  Fe3+ + Mn2+ + 4H2O (II)  Dung dịch chứa Cl-  không sử dụng phép đo KMnO4 vì Cl- bị oxy hóa bởi KMnO4 tạo Cl2 (sử dụng phép đo Crom hay Ceri) Muối Fe  Khử Fe3+  Fe2+ bằng Sn2+, amalgam Zn, SO2, H2SO4 (III) Fe2+ được tạo nên sẽ được chuẩn độ bằng KMnO4 hay I2 Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Ứng Dụng Định Lượng Bằng Phép Đo Permanganat Định Lượng hydroperoxyd (nước oxy già, H2O2)  H2O2 vừa có tính oxy hóa, vừa có tính khử  Tính oxy hóa: (O2)2- + 2e + 4H+  2H2O  Tính khử: (O2)2- - 2e  O2 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4  K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O H2O2  2e- + 2H+ + O2  Đương lượng gam: EH2O2 = MH2O2/n = 34/2 = 17 g  Đương lượng thể tích của H2O2: số lít oxy giải phóng do 1 đương lượng gam H2O2 bị phân hủy hoàn toàn H2O2  ½ O2 + H2O Hydroperoxyd 34 g H2O2  ½ x 22,4 lít O2 đang phóng 17 g H2O2  5,6 lít O2 thích oxy  Số lít O2 do 1 lít dung dịch H2O2 có nồng độ N bị phân hủy hoàn toàn: VO2 = 5,6 x N  Định lượng cho kết quả chính xác khi [H2O2] 1 thể tích  Chất bảo quản (acid benzoic, ….) trong H2O2 có thể dẫn đến những sai số thừa do bị oxy hóa bởi permanganat Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Ứng Dụng Định Lượng Bằng Phép Đo Permanganat Nitrit  Thực hiện ở 40oC  Nitrit dễ bị phân hủy nên cho vào buret  Định lượng đến khi dung dịch mất màu tím 2MnO4- + 5NO2- + 6H+  2Mn2+ + 5NO3- + 3H2O Hợp chất hữu cơ  Ít được ứng dụng Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Phép Đo Iod  Nguyên tắc  Dựa vào tính oxy hóa – khử của iod/iodid (E0(I2/2I-) = 0,535 V, pH = 9)  Tính oxy hóa: I2 + 2e  2I-  Tính khử: 2I- - 2e  I2  Tính oxy hóa – khử của hệ iod/iodid thay đổi theo bản chất của cặp oxy hóa – khử hiện diện và pH môi trường phản ứng  Điều kiện tiến hành  Vai trò của pH  Nhiệt độ  Thời gian phản ứng  Chỉ thị  Sai số “oxy” Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Điều Kiện Tiến Hành – Vai trò của pH  Acid: I2 oxy hóa SnCl2, H2S, Na2S2O3  Acid mạnh: I- khử HNO2, AsO43-  Trung tính: I2 oxy hóa AsO33-  Kiềm (pH  9) : I2 + 2OH-  IO- + I- + H2O iod hypoiodid IO-  IO3- (iodat) IO- có tính oxy hóa mạnh hơn I2  Môi trường acid yếu hoặc trung tính hoặc kiềm nhẹ (pH = 5 – 8) thường được sử dụng để chuẩn độ trực tiếp trong phép đo iod  Vài trường hợp chuẩn độ trực tiếp iod, pH cần phải bảo đảm thật đúng  Thí dụ: Chuẩn độ As (III) thành As (V) bằng iod  Trung tính: H2AsO3- + I2 + H2O  HAsO42- + 3H+ + 2I-  Acid mạnh: H3AsO4 + 2I- + 2H+  H3AsO3 + I2 + H2O Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Điều Kiện Tiến Hành – Nhiệt độ, thời gian, chỉ thị  Nhiệt độ cao: iod thăng hoa, độ nhạy chỉ thị giảm  Thời gian phản ứng: chuẩn độ thế I- và chất oxy hóa  Tiến hành 10’ – 15’ để phản ứng xảy ra hoàn toàn  Tránh ánh sáng D-glucose Amylose as 4I- + O2 + 4H+  I2 + 2H2O  Chỉ thị: thường sử dụng hồ tinh bột  Tính khử yếu, tác dụng với chất oxy hóa mạnh  I2 + hồ tinh bột  phức xanh dương (hấp phụ và giải phóng Iod chậm)  Đun nóng mất xanh, để nguội màu xanh tái hiện  Không cho màu với iodid  ĐTĐ: lượng thừa iod  dd màu vàng  không cần chỉ thị. Tuy vậy, khi [I2] thấp thì nên thêm hồ tinh bột hay thioden.  Dung môi hữu cơ không có oxy (CHCl3, CCl4) có màu hồng khi thừa 1 giọt iod Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Chỉ Thị Hồ Tinh Bột Amylopectin http://www.elmhurst.edu/~chm/vche mbook/548starchiodine.html a) Dung dịch iod a b c d b) Dung dịch iod gần đến ĐTĐ (sau khi cho natri thiosulfat) c) Dung dịch b sau khi thêm vài giọt hồ tinh bột d) Ngay điểm tương đương Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Iod Trong Dung Môi Hữu Cơ Không Có Oxy http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/f/f5/Halogene.jpg Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Điều Kiện Tiến Hành – Sai số “oxy”  Trong dung dịch acid, oxy không khí 4I- + O2 + 4H+  I2 + 2H2O  Gây sai số thừa khi chuẩn độ gián tiếp bằng iod  Sai số gia tăng theo tính acid  Khắc phục  Thực hiện trong khí trơ  Thêm CO2 rắn hay NaHCO3 vào dung dịch acid Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dung Dịch Chuẩn Độ Trong Phép Đo Iod – Dung dịch oxy hóa Dung dịch iod  Chất rắn, tan trong dung môi hữu cơ, ít tan trong nước, dễ bay hơi Tính chất  Khi có mặt I- (KI, NaI): I- + I2  I3- (triiodid)  Triiodid: chất oxy hóa, nâu đỏ đậm, tan được trong nước  Ứng dụng để pha dung dịch chuẩn độ iod Pha chế,  Dung dịch chuẩn độ iod 0,1N: 12,7 g I2/lít nước đã thêm  25 g KI Chuẩn độ  Chuẩn độ lại bằng natri thiosulfat lại  Có thể sử dụng ống iod chuẩn  Tránh ánh sáng Bảo quản  Trong những lọ màu, có nút kín (tránh O2 trong không khí oxy hoá I-, tránh mất Iod do bay hơi)  Tránh vệt Cu (xúc tác sự oxy hoá các I- do O2 không khí) Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dung Dịch Chuẩn Độ Trong Phép Đo Iod – Dung dịch oxy hóa Dung dịch kali iodat (KIO3, M = 214,02)  Môi trường acid, thừa iodid Tính chất IO3- + 5I- + 6H+  3I2 + 3H2O EIO3- = M/6 = 214,02/6 = 35,67 Pha chế,  Pha dung dịch chuẩn độ kali iodat 0,1N (DĐVN III, trang PL-28) Chuẩn độ  Thêm KI thừa (15 g/lít) vào dung dịch lúc điều chế hay lại  Cho I- vào mẫu thí nghiệm của dung dịch lúc sử dụng  Hổn hợp được acid hóa bằng HCl hay H2SO4 loãng  Iod phóng thích sẽ được chuẩn độ bằng natri thiosulfat Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dung Dịch Chuẩn Độ Trong Phép Đo Iod – Dung dịch oxy hóa Dung dịch  Sấy khô kali bromat trước từ 120oC – 150oC kali bromat  Pha dung dịch chuẩn độ kali bromat 0,1N (DĐVN III, trang PL-27) (KCrO3, M =  Khi pha, thêm dung dịch I- vào lúc định lượng để phóng thích iod 167,01) BrO3- + 6I- + 6H+  3I2 + Br- + 3H2O Dung dịch  Môi trường acid, thừa KI kali dicromat Cr2O72- + 14H+ + 6I-  3I2 + 2Cr3+ + 7H2O (K2Cr2O7, M =  Dung dịch chuẩn độ kali dicromat 0,1N (DĐVN III) 294,21)  Chuẩn độ bằng natri thiosulfat  Chỉ thị: hồ tinh bột (thêm vào gần ĐTĐ) Xanh dương (I2 + tinh bột )  xanh lá (Cr3+ ) Cr6+ Cr3+ Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM
Dung Dịch Chuẩn Độ Trong Phép Đo Iod – Dung dịch khử Dung dịch natri thiosulfat (Na2S2O3, M = 248,2) Pha chế  Natri thiosulfat (Na2S2O3.5H2O): dễ hút nước Bảo quản  Thường pha dung dịch Na2S2O3 0,1N Chuẩn độ lại  Nước dùng để pha phải đuổi CO2 vì acid đi vào dung dịch sẽ làm đục từ từ thiosulfat do tạo tủa lưu huỳnh S2O32- + 2H+  SO2  + S  + H2O  Tránh ánh sáng, thêm natri borat (3%), cồn amylic (0,8%) để tránh nhiễm vi sinh vật  Mỗi lần định lượng phải chuẩn độ lại bằng dung dịch iod, permanganat (chuẩn độ thừa trừ), kali iodat Cơ chế 2S2O32- + I2  2S4O62- + 2I- ENa2S2O3 = M = 248,2 Nguyễn Đức Tuấn Đại học Y Dược TPHCM