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氧化还原滴定终点的确定可以用电势测量法,但实际工作中还是经常使用指示剂来确定滴定终点。氧化还原滴定常用的指示剂主要有以下三种。
5.3.2.1自身指示剂
在氧化还原滴定中,有的标准溶液或样品溶液本身有颜色,而滴定产物无色或颜色很浅,滴定时不需要另加指示剂。自身颜色变化起着指示剂的作用,这类指示剂称为自身指示剂。例如,KMnO4标准溶液呈紫红色,在酸性条件下被还原为近乎无色的Mn2+。因此,用KMnO4在酸性溶液中滴定无色或浅色的样品溶液,当滴定达到化学计量点时,微过量的MnO4-可使溶液呈粉红色以指示滴定终点。实验表明,KMnO4的浓度约为2×10-5 mol/L时就可以看到溶液呈粉红色,所以在高锰酸钾滴定法中不需外加指示剂,KMnO4为自身指示剂。
5.3.2.2特殊指示剂
特殊指示剂(specific indicator)本身并不具有氧化还原性,但能与滴定剂或被测定物质发生显色反应,而且显色反应是可逆的,因而可以指示滴定终点。这类指示剂最常用的是淀粉,如可溶性淀粉与碘溶液反应生成深蓝色的化合物,当I2被还原为I-时,蓝色就突然褪去。因此,在碘量法中,多用淀粉溶液作指示液。用淀粉指示液可以检出约1.0×10-5 mol/L的碘溶液,但淀粉指示液与I2的显色灵敏度与淀粉的性质和加入时间、温度及反应介质等条件有关。
5.3.2.3外指示剂
有的物质本身具有氧化还原性,能与标准溶液或被测溶液发生氧化还原反应,故不能将其加到被测溶液中,只能在化学计量点附近,用玻璃棒蘸取被滴定的溶液在外面与其作用,根据颜色变化来判定滴定终点.这类物质称为外指示剂(out indicator)。例如,重氮化滴定法就可以用碘化钾-淀粉糊这种外指示剂来滴定终点。
5.3.2.4氧化还原指示剂
氧化还原指示剂一类本身具有氧化还原性质的有机试剂。其氧化态和还原态具有不同的颜色。在滴定过程中,因指示剂被氧化或还原而发生颜色变化,从而指示滴定终点。
以In(Ox)和In(Red)分别表示氧化还原指示剂的氧化态和还原态,则其电对的电极反应和25℃时相应的NFernst方程为:
在滴定体系中加入一定量的氧化还原指示剂,在滴定过程中,随着滴定的进行,溶液电势发生变化,指示剂的氧化还原态的浓度之比也随之变化。当溶液电势大于指示剂的条件电极电势,即Φ>ΦΘ'In,指示剂被氧化,指示剂的氧化态浓度增加;反之,指示剂的还原态浓度增加。根据人类眼睛辨别颜色的灵敏度,一般来说:
当≥10时,溶液电势
即
溶液呈氧化态In(Ox)的颜色。
当时,溶液电势
即
溶液呈还原态In(Red)的颜色。
当时,
指示剂由还原态颜色转变为氧化态颜色,溶液呈现指示剂氧化态和还原态的混合色。
当=1时,溶液电势等于指示剂的条件电极电势,即Φ=ΦΘ'In,溶液呈现指示剂氧化态与还原态的中间色,因此氧化还原指示剂的理论变色点就是其条件电极电势势ΦΘ'In。
这类指示剂的选择原则:应使指示剂变色点(即条件电极电势)处于滴定体系的突跃范围内,并尽可能与化学计量点Φsp接近。常用的氧化还原指示剂,如表5-5所示。
表5-5 常用的氧化还原指示剂
(1)二苯胺磺酸钠
二苯胺磺酸钠是二苯胺的衍生物,易溶于水及酸性介质,在酸性溶液中遇强氧化剂时,首先被氧化为无色的二苯联苯胺磺酸,然后进一步氧化为二苯联苯胺磺酸紫的紫色化合物,其反应过程如下:
二苯联苯胺磺酸紫不稳定,在含有氧化剂的溶液中,会缓慢地被氧化而分解为其他物质。因此,滴定到终点后,溶液的紫红色会逐渐消失。
在[H-]=1mol/L时,二苯胺磺酸钠的条件电极电势是0.85V。在H3PO4存在下,可以指示Ce4+、CrO72-、VO3-等标准溶液滴定Fe2+,或Fe2+溶液滴定某些氧化剂物质时的滴定终点。
(2)邻二氮菲亚铁
邻二氮菲也叫邻菲罗啉,分子式为C12H8N2,其结构简式为:
在邻二氮菲的1,10为上的氮原子具有孤对电子,可与Fe2+配位形成深红色的Fe(C12H8N2)32+配离子,而与Fe3+形成浅蓝色的Fe(C12H8N2)33+配离子。氧化还原滴定中,如果以氧化剂为滴定剂,随着溶液电势升高,Fe(C12H8N2)32+可被氧化为Fe(C12H8N3)33+,溶液颜色由深红色变为浅蓝色,其氧化还原半反应为:
在[H+]=1 mol/L时,条件电极电势为1.06 V。由于邻二氮菲亚铁的条件电极电势较高,因此适合于强氧化剂作滴定剂的滴定反应,如铈量法测定Fe2+等。
相关链接:氧化还原滴定曲线
文章来源:《分析化学分析方法的原理及应用研究》
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