用重铬酸钾电位滴定硫酸亚铁铵溶液.doc

用重铬酸钾电位滴定硫酸亚铁铵溶液
实验目的：
学习氧化还原滴定法的原理与实验方法,各种滴定终点确定方法(V～E曲线法,二次微商法)。
实验原理：
用K2Cr2O7滴定Fe2+,其反应式如下： K2Cr2O7 +6Fe2+ +14H+→2Cr3+ +6Fe3+ + H2O
利用铂电极作指示电极,饱和甘汞电极作参比电极,与被测溶液组成工作电池。在
滴定过程中,随着滴定剂的加入,铂电极的电极电位发生变化。在化学计量点附近铂电极的电极电位产生突跃,从而确定滴定终点。
仪器和试剂:
仪器：饱和甘汞电极 铂电极 pH—mv计 滴定管（酸式） 搅拌磁
试剂：K2Cr2O7溶液（0.01mol/L）硫酸亚铁铵溶液 二苯胺磺酸钠（指示剂）
实验步骤：
1．准备好铂电极和饱和甘汞电极；在滴定管中加入重铬酸钾标准滴定溶液。
2．试样的配制：在50mL烧杯中，将10mL Fe2+和8mL 3mol的H2SO4相混合；再加入几滴二苯胺磺酸钠作指示剂。
3．用酸式滴定管装入0.01mol/L：K2Cr2O7溶液，排气泡，调零后置于铁架台上
4．试液中Fe2+含量的测定：开动搅拌磁子，待电位值稳定后读数。向烧杯中滴加K2Cr2O7 溶液，记录滴定剂为1 mL，2 mL，3 mL，4 mL，4.4 mL,4.5 mL,4.6 mL,4.7 mL,4.8 mL,4.9 mL,5.0 mL,5.1 mL,5.2 mL,6.0 mL,7.0 mL,8.0 mL,9.0 mL处的电动势值。
5．关闭仪器和搅拌电源开关。清洗滴定管,电极,烧杯并放回原处。
6．根据数据，给出E-V曲线，确定滴定终点；用二次微商法确定终点，比较两种结果。
实验现象：
溶液因加入了指示剂，随着K2Cr2O7溶液的加入，溶液由无色变成浅绿色最后变成紫色，可帮助指示滴定终点。当K2Cr2O7溶液加入的体积达到4.8mL时，电位发生突跃。
实验结果：
1．实验数据记录如下：
V（K2Cr2O7）（mL）
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
4.4
4.6
电位数（V）
-388
-432
-456
-476
-504
-524
-542

4.7
4.8
4.9
5.0
5.1
5.2
6.0
7.0
9.0
-559
-649
-719
-745
-762
-772
-789
-801
-813

2．E-V曲线：曲线上拐点对应的体积即为滴定终点时所耗标准滴定溶液的体积。
根据此曲线，当体积为4.8mL时，发生突跃。此时电动势数值为-649V。根据体积可计算出Fe2+ 的含量为0.0288 mol/L.
3.二阶微商法(计算法)
滴定体积 V1 Vep V2
△2E/△V2
作E-V曲线所用数据
作ΔE/ΔV -V曲线所用数据
作Δ2E/ΔV 2-V曲线所用数据

加K2Cr2O7溶液体积V/mL
E-mV
ΔE/mV
ΔV/mL
ΔE/ΔV
加K2Cr2O7溶液体积V/mL
Δ2E/ΔV 2
加K2Cr2O7溶液体积V/mL

0.0
-388
-44
1.0
-44
0.5
20

1.0

1.0
-432

-24
1.0
-24
1.5

2.0
-456

-20
1.0
-20
2.5
4
2.0

3.0
-476

-28
1.0
-28
3.5
-8
3.0

4.0
-504

-20
0.4
-50
4.2
-31.4
3.85

4.4
-524

-18
0.2
-90
4.5
-133.3
4.35

4.6
-542

-17
0.1
-170
4.65
-533.3
4.575

4.7
-559

-90
0.1
-900
4.75
-7300
4.7

4.8
-649

-70
0.1
-700
4.85
2000
4.8

4.9
-719

-26
0.1
-260
4.95
4400
4.9

5.0
-745

-17
0.1
-170
5.05
900
5.00

5.1
-762

-10
0.1
-100
5.15
700
5.375

5.2
-772

-17
0.8
-21.3
5.6
174.89
5.375

6.0
-789

-12
1.0
-12
6.5
10.33
6.05

7.0
-801

-12
2.0
-6
8.0
4
7.25

9.0
-813

计算如下：
加入4.7mL时，Δ2E/ΔV 2=-7300; 加入4.8 mL时，Δ2E/ΔV 2=2000
滴定剂体积/mL 4.7 x 4.8
Δ2E/ΔV 2 -7300 0 2000
4.8-4.7
=
x-4.7
2000+7300
0+7300
x=4.78mL
4.Δ2E/ΔV 2 - V曲线: 此曲线最高点与最低点连线与横坐标的交点即为滴定终点体积
实验讨论：
1.电位滴定: 每滴加一次滴定剂，平衡后测量电动势。
关键: 确定滴定反应的化学计量点时,所消耗的滴定剂的体积;快速滴定寻找化学计量点所在的大致范围;突跃范围内每次滴加体积控制在0.1mL;记录每次滴定时的滴定剂用量（V）和相应的电动势数值（E），作图得到滴定曲线。
2.电位滴定终点确定方法
(1)E-V曲线法：图（a） 简单，准确性稍差。

(2)ΔE/ΔV - V曲线法：图（b） 一阶微商由电位改变量与滴定剂体积增量之比计算之。曲线上存在着极值点，该点对应着E-V 曲线中的拐点。
3)Δ2E/ΔV 2 - V曲线法：图（c）。灵敏准确且不受试液底色的影响。
Δ2E/ΔV 2二阶微商计算：

3．在计量点时，二苯胺磺酸钠颜色如何变化
二苯胺磺酸钠的氧化态为紫色，还原态为无色，变色的条件电极电位为0.85V。变色范围为0.85±0.059/2V，用K2Cr2O7滴定Fe2+的突跃范围的电位正好将指示剂的变色范围包含在内，故计量点时，指示剂由无色而氧化为紫色。
4．在本实验中为何要加H2SO4及H3PO4？
K2Cr2O7在酸性溶液中显示很强的氧化能力，因此要加1 mol/L H2SO4，此时Cr2O72-／Cr3＋的条件电极电位为1.08，能使Fe2+氧化为Fe3+。
在1 mol/L H2SO4中E’Fe3+／Fe2+＝＋0.68V，加入1：3（V／V）的H3PO4后由于PO43-与Fe3+形成稳定的无色络离子[Fe(PO4)2]3-，而使Fe3+／Fe2+电对的条件电极电位降低，所以在有H3PO4存在的H2SO4介质中滴定Fe2+时，起始条件电极电位最低，滴定突跃最长。
5. 从E－V曲线上确定的计量点位置，是否位于突跃的中点？为什么？
从E－V曲线上确定的计量点位置，并不位于突跃的中点，因为在该氧化还原反应中所涉及的二个半反应为：
Fe2+ — e → Fe3+ n1＝1
Cr2O72- ＋14H＋ ＋6e → 2Cr3＋＋7H2O n2＝6
n1≠n2，所以等当点并不在滴定突跃的中点，而是偏向电子转移数较多的Cr2O72-一方。在这里是用K2Cr2O7滴定Fe2+，因此等当点偏向于滴定突跃的末端。
6．为什么氧化还原滴定可以用铂电极作为指示电极
铂是一种性质稳定的惰性金属，当铂电极插入可溶性氧化态或还原态物质的滴定溶液中，电极本身并不参加反应，而是作为一个导体，在这里仅起传导电子的作用,没有离子穿越相界面.。为物质的氧化态(Fe3+)和还原态(Fe2＋)转移电子提供了场所，它能显示溶液中对应的氧化态和还原态离子浓度间的关系，因而可在氧化还原滴定中用作指示电极。