氧化還原反應(yīng)在分析化驗(yàn)工作中用的也很多。常用的氧化劑有:重鉻酸鉀、高錳酸鉀、鐵氰化鉀、碘、碘酸鉀、溴酸鉀、硫酸鈰等;常用的還原劑有:硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、亞砷酸鈉、草酸、硫酸亞鐵銨、氯化亞錫等。
上述氧化劑與還原劑兩兩相搭配如下:
重鉻酸鉀與亞鐵鹽;高錳酸鉀與亞鐵鹽;或高錳酸鈉與草酸鈉;碘與硫代硫酸鈉;硫酸鈰與硫酸亞鐵;次氯酸鈉與亞砷酸鈉。
氧化和還原是事物矛盾的兩個方面,它們既是對立的又是統(tǒng)一的,彼此都不能脫離對方而孤立存在。就是說,一種物質(zhì)的氧化,必定同時伴隨著另一種物質(zhì)的還原。因?yàn)樵谘趸€原反應(yīng)中,所謂氧化是指原子或離子丟失電子(原子價增高)的化學(xué)過程。例如:
2Br--2e ?Br2
而還原則是指原子成離子獲得電子(原子價降低)的化學(xué)過程。例如:
Cl2+2e ?2Cl-
但是,在氧化還原反應(yīng)中,電子不會平空而來,也不會運(yùn)停在游離狀態(tài),只能從某些原子成離子轉(zhuǎn)到另一些離子或原子。所以,上述兩個過程應(yīng)統(tǒng)一為:
在氧化還原過程中、能使其它物質(zhì)氧化而本身被還原的物質(zhì)則做氧化劑.如上例中的氯分子;而能使其它物質(zhì)還原本身被氧化的物質(zhì)叫做還原劑,如上例中的溴離子。
氧化劑和還原劑當(dāng)量的確定,需看其在化學(xué)反應(yīng)過程中的電子得失數(shù)。
現(xiàn)將比較常用的還原劑硫代硫酸鈉的標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備和標(biāo)定方法作一討論,借以熟悉這一類標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備和標(biāo)定方法。這一標(biāo)定方法實(shí)際也屬于碘量法的分析工作中的一例。硫代硫酸鈉的是還原劑在化學(xué)反應(yīng)過程中被氧化劑碘氧化了,也可以說氧化劑碘被硫代硫酸鈉還原了。
氧化劑碘,往柱不是用純碘加到硫代硫酸鈉溶液中去,而是從碘化物中用氧化劑把碘化物中的碘氧化出來,再與硫代硫酸鈉作用、這是由于純碘在空氣中容易揮發(fā)(升華),其量不好控制。這個反應(yīng)過程是這樣的:
在上述反應(yīng)過程中,K2Cr2O7中的鉻(Cr6+)為正6價,變?yōu)镃r2(SO4)3時,成為三價的鉻離子,即每個Cr6+獲得3個電子,共有兩個鉻(Cr6+)在其中參加反應(yīng),所以K2Cr2O7的氧化當(dāng)量為其分子量的1/6。故重鉻酸鉀的當(dāng)量應(yīng)為:
K2Cr2O7/6=294.19/6=49.03
Na2S2O3在反應(yīng)前S為正2價,反應(yīng)后為Na2S4O6中的S是2 1/2價,對一個Na2S2O3分子來說,其中有兩個S,所以Na2S2O3的還原當(dāng)量為2×1/2=1。硫代硫酸鈉是帶有5個結(jié)晶水(Na2S2O3·5H2O)的固體,一般都含有少量的雜質(zhì)(如硫、亞硫酸鈉、硫酸鈉、氯化鈉等),而且易風(fēng)化失水,稱量不易達(dá)誰確要求。所以只能配成近似濃度,再用重鉻酸鉀作基準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定,終點(diǎn)以淀粉溶液作指示劑。
例如,要配制0.2000N近似濃度的Na2S2O3溶液1000毫升(Na2S2O3·5H2O=248.18)。
應(yīng)稱取 Na2S2O3·5H2O的重量:
W=248.18×0.2×1=49.64克
在托盤天平上稱取49~50克Na2S2O3·5H2O加水溶解并沖至1000毫升,待靜置1周后標(biāo)定(如果需現(xiàn)標(biāo)定,可用煮沸驅(qū)除水中溶解的CO2)。
配制基準(zhǔn)物質(zhì)K2Cr2O7的標(biāo)準(zhǔn)溶液:經(jīng)105℃烘干的K2Cr2O7稱取量為:
W=294.19/6×0.2×100/1000=9.8克
在托盤天平上稱取K2Cr2O7 9~10克,又在分析天平上精確稱重,假設(shè)為9.8505克,溶解后沖至100毫升,其精確濃度為:
9.8505/(49.03×0.1)=0.2010N
標(biāo)定與計算:
取0.2010N K2Cr2O7溶液20亳升于三角瓶中,加10%KI10毫升,4N H2SO4溶液5毫升,搖動均勻,靜3分鐘,用近似0.2000N待標(biāo)定的硫代硫酸鈉溶液滴定到淡黃色時,加新配1%淀粉指示劑3毫升,再繼續(xù)滴定到藍(lán)色消失。假設(shè)用Na2S2O3溶液為20.25,則根據(jù)NV=N'V'公式計算出硫代硫酸鈉溶液的精確濃度應(yīng)為:
0.2010×20/20.25=0.1990N
注:① 配制Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液需用無CO2的蒸餾水,即將蒸餾水加熱煮沸30分鐘以上,冷卻后使用。如有CO2存在時,Na2S2O3易被分解,Na2S2O3+H2CO3→NaHCO3+NaHSO3+S↓。
② 淀粉指示劑需用新配制的。配法:1克淀粉用少量水調(diào)和均勻,將100毫升蒸餾水煮沸后,邊加淀粉糊邊攪拌,再沸即可。應(yīng)澄清透明。
③ Na2S2O3易被空氣氧化:2Na2S2O3+O2→2Na2SO4+2S↓;也易被微生物分解;日光能也能促進(jìn)Na2S2O3分解。所以Na2S2O3溶液應(yīng)盡量避免和空氣接觸,并貯存在有色瓶中。在新配制的Na2S2O3溶液中,可加入數(shù)滴氯仿或少量碘化汞(10毫克/升)防止微生物的分解。
④ 配成的Na2S2O3溶液,其濃度隨時間稍有改變,在最初10天內(nèi),常常有些增加;此后濃度就慢慢減小。所以新配制好后,須靜置1周穩(wěn)定后再標(biāo)定。如長期保存需要每隔半~1月重新標(biāo)定一次。如時間太久,或保存不當(dāng),溶液中析出大量的硫,溶液呈現(xiàn)渾濁,即需重新配制。