基本的氧化還原滴定法

化學原理啟迪64

1.     在應用滴定法的時候，氧化還原反應也是一種常用的容積分析步驟。

2.     舉例來說，用強氧化劑來滴定還原物，或者相反，用強還原劑來滴定氧化物。

3.     三種最常用的氧化劑是「KMnO過錳酸鉀溶液」、「K2Cr2O7重鉻酸鉀溶液」、「Ce(HSO4)4硫酸鈰溶液」。

4.     強氧化劑，「過錳酸根離子MnO4^－」，可進行許多種反應。其中在酸性溶液裡的反應是最常使用的：

MnO4^－(aq) + 8H⁺(aq)+5e^－→Mn²⁺(aq)+ 4H2O(l)

5.     「過錳酸根離子」很適合當指示劑，因為「過錳酸根離子MnO4^－」是深紫色，而「錳離子Mn²⁺」幾乎是無色的。

6.     假如被「過錳酸根離子」滴定的溶液裡，其他的化合物都是無色的，那麼，只要被滴定的溶液裡面還有一點點還原劑（Mn²⁺），這個溶液就會保持無色，因為紫色的「過錳酸根MnO4^－」加進酸性溶液以後，就轉變為無色的「Mn²⁺離子」。

7.     然而，當溶液裡所有的還原劑都被消耗掉，再滴一滴「過錳酸根MnO4^－」，就讓被滴定的溶液，整個變成亮紫色（粉紅色）。

8.     所以，滴定終點（當顏色改變就代表必須停止滴過錳酸根溶液）大約就是計量點（當量點）之後的那一滴。計量點stoichiometric point，就是還原劑消耗掉的位置。

9.     【範例】鐵礦通常是混合的氧化物，含有「Fe²⁺」、「Fe³⁺」二種鐵離子。要分析這鐵礦的鐵含量，可以把它溶解在酸性溶液裡，把所有的鐵還原成「Fe²⁺離子」，然後用「過錳酸鉀KMnO4標準溶液來滴定；結果，「MnO4^－」被還原成「Mn²⁺」，「Fe²⁺」被氧化成「Fe³⁺」。

10.  有一個鐵礦樣品重0.3500g，我們把它溶解於酸性溶液裡，使得所有的鐵都還原成「Fe²⁺」。然後，這個溶液用 1.621×10^－2M 的「過錳酸鉀KMnO4」溶液滴定。滴定發現需要41.56ml的「過錳酸根」溶液，才能使被滴定的溶液達到亮紫色的滴定終點。判斷這個鐵礦中所含的鐵，重量百分比是多少？

11.  【解決】首先，我們寫下這個反應尚未平衡的方程式

H⁺(aq) + MnO4^－(aq) + Fe²⁺(aq)→Fe³⁺(aq) +Mn²⁺(aq) +H2O(l)

12.  用半反應的方法，平衡這個方程式：

8H⁺(aq) + MnO4^－(aq) +5Fe²⁺(aq)→5Fe³⁺(aq) + Mn²⁺(aq) + 4H2O(l)

13.  讓被滴定的鐵離子溶液達到平衡，需要幾莫耳的MnO4^－離子？可從消耗掉多少體積與濃度的MnO4^－離子溶液求出：

41.56ml×(1L/1000ml)×(1.621×10^－2mol MnO4^－/L)

=6.737×10^－4 mol MnO4^－

14.  平衡的方程式顯示，Fe²⁺的莫耳數是MnO4^－莫耳數的5倍：

(6.737×10^－4mol MnO4^－)×(5mol Fe²⁺/1mol MnO4^－)

=3.368×10^－3 mol Fe²⁺

15.  所以，0.3500g的鐵礦樣本，含有3.368×10^－3mol的鐵，鐵的重量是：

3.368×10 ^－3mol Fe × (55.85gFe/1 mol Fe)= 0.1881g Fe

16.  在這個鐵礦中，鐵的重量百分比是：

(0.1881g/0.3500g) × 100% = 53.74%

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》

徐弘毅：

1.     用酸性溶液，把鐵礦中的「鐵」全部溶解出來，然後，用「過錳酸根離子」去滴定溶解「鐵離子」的酸性溶液，加以中和。

2.     透過中和需要消耗掉多少「過錳酸根離子」，推測出溶液中的「鐵離子」有多少，然後再推測「鐵」占「鐵礦」的「重量百分比」有多少。

3.     能夠這樣推理的原因是因為，我們深信自然界存在質能守恆定律的真理，「原子」不會在反應過程無故消失或出現，同樣地，「氧還反應」中轉移的「電子」，也不會無故消失或出現。

4.     如果沒有真理與事實為依據，一切的想法僅僅是幻想，根據幻想所發表的言論，稱為「謊言」。

5.     歌德：歷史學家的義務是，區別真實與虛偽，確實與不確實，曖昧與否認。

6.     大多數的青年，已經完全適應時代的潮流而無法自拔了。於是，我不斷地想促使別人注意的動作，就是給予他們每人一個槳，並不是為了讓他們順從海浪的反覆無常，而是為了讓他們依自己的見識及意志與海浪搏鬥。

7.     我同情法國革命，我不贊成專制政治，我確信任何的革命過程中，國民是無辜的，政府才是有罪的。政府如果能做到經常性地公正，經常性地覺悟，順應國民的意願，適時地改善，國民必然不會強行抵抗，更不會發起全民革命。

8.     我非常喜歡期待未來的所有改善。但是，一切的暴力事件、出乎意料的事件，卻完全違反本性，因為那是不自然的。三月種了玫瑰，要等到六月玫瑰花才能帶著濃郁的香味怒放，那是無比的幸福，但是，如果無法耐心等待最後一刻的人，最好還是去溫室看看現成的玫瑰花就好了。

9.     氣宇恢宏的天才，一直想超越他自己的世紀。

10.  人類如果不知道要不斷地求知、求進步，那我們全部都會因過去而生，因過去而毀滅。

11.  真理，違反我們的生物本性。真理，要求我們應該認識限制我們自己的東西；而錯誤，則諂媚我們，並告訴我們不會受任何限制。

12.  即使人們想試著反抗自然，但終究還是遵循自然的法則。即使人們想試著與自然對抗，但終究仍還是和自然相互配合地工作。