제15 장 산화환원적정 -...

16
제 15 장 산화환원 적정

Upload: others

Post on 04-Feb-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

제 15 장산화환원 적정

Page 2: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

2

산화환원 적정은 적정액과 분석물질의 산화환원 반응에 기초한다.

산화환원 적정 종말점 ; 산화환원 지시약 or 전위차법으로 검출

- 유용한 지시약 ; 전이범위를 가져야 한다

- [= E0 (지시약) ± 0.05916/n V ]

- 분석물과 적정액의 환원전위차가 클수록 종말점이 더욱 예민하다.

당량점 전후 : 분석물질과 적정액 근처의 전위 E0 를 갖는다.

- 당량점 이전 : 분석물질의 산화형과 환원형 농도를 이용하는 반쪽반응을 이용하여

전위값을 구한다.

- 당량점 이후 : 적정물질의 반쪽반응을 이용하여 전위값을 구한다.

- 당량점 : 두 개의 반쪽반응을 동시에 이용

산화환원제를 이용한 적정 실례를 이해한다.

제 15 장 산화환원 적정

Page 3: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

15. 산화환원 적정법

산화환원 적정(redox titration or oxidation reduction titration)

: 산화환원 반응을 이용하여 분석성분을 정량하는 방법

적정방법

산화적정

환원적정

산화제

높은 전극전위

, , , , ,

,

환원제

낮은 전극전위

, , , ,

3

Page 4: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

산화환원 적정은 분석대상물질과 적정표준물질사이의 산화환원반응에 기초

적정표준물질의 일부만이 일차표준물질

대부분의 환원제들은 산소와 반응하므로 적정표준액은 공기로부터 보호해야 함.

4

산화환원 적정

표 15-1

출처1

Page 5: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

산화환원적정

5

출처1

그림 15-1

Page 6: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

Fe2+를 Ce4+표준액으로 적정하면서 전위차측정을 실시

Ce4+(ceric) + Fe2+(ferrous)→ Ce3+(cerous) + Fe3+(ferric)

- 전극 두개를 반응혼합물에 삽입

- Calomel 기준전극 : ⇌

- Pt 지시전극; 두 반응의 평형

⇌ Eo = 0.767V

1M HClO4 에서의 규정전위

⇌ Eo = 1.70V

참고

6

산화환원 적정곡선의 모양

전지반응 ⇌ ⇌

출처1

그림 15-1

Page 7: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

당량점 이전

- Ce4+의 농도는 알 수 없으므로 농도를 아는 Fe3+와 Fe2+를 이용하여 계산

- 적정표준액의 부피가 당량의 1/2일 때° .

당량점

]Fe[

]Fe[log05916.0526.0

241.0]Fe[

]Fe[log05916.0767.0

3

2

카로멜 포화전위 전극의

에서의HClO 1M

규정전위 의Fe

3

2

43

E

EEEE

]Ce[

]Ce[log05916.0

]Fe[

]Fe[log05916.070.1767.02

]Ce[

]Ce[log05916.070.1

]Fe[

]Fe[log05916.0767.0

4

3

3

2

4

3

3

2

E

EE

7

산화환원 적정곡선의 모양

Page 8: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

당량점 (계속)

- 당량점에서 [Ce3+] = [Fe3+], [Ce4+] = [Fe2+]이므로 log부분은 1이 되어,

당량점 이후

- 이제 대부분의 철 원자는 Fe3+의 형태이고 Ce3+의 몰수는 Fe3+의 몰수와 같고

반응하지 않은 Ce4+의 몰수를 알고 있으므로 백금전극에서의 반응은 Ce3+와 Ce4+로 표시

- 일 때, 이고,

- 당량점 이전에는 0.767-0.241= 0.53V, 당량점 이후에는 1.70-0.241 =1.46V, 당량점에

서는 0.99V 로 당량점 전후에서 전압의 급격한 변화

VEEEVEVE

E

99.0241.023.1)calomel(23.146.22

]Ce][Fe[]Ce][Fe[log05916.046.22

7

43

32

7

VEEVV

EEE

e 70.1)Ce|Ce( ]Ce[]Ce[ 2

241.0]Ce[]Ce[log05916.070.1)calomel(

34043

4

3

8

산화환원 적정곡선의 모양

Page 9: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

9

산화환원 적정곡선의 모양

⇌ ⇌

출처1

그림 15-2 그림 15-3

Page 10: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

Region 2: At the Equivalence Point

- Don’t Know the Concentration of either Fe2+ or Ce4+

- Can’t solve either equation independently to determine E+

- Instead Add both equations together

][][

3

20591607670

FeFelog..E

][][

4

3059160701

CeCelog..E

][][

][][

4

3

3

205916005916070176702

CeCelog.

FeFelog...E

Rearrange

][][

][][

4

3

3

20591604722

CeCe

FeFelog..E

Add

10

Redox Tiltration

Shape of a Redox Titration Curve

Page 11: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

][][

][][

4

3

3

20591604722

CeCe

FeFelog..E

][][

][][

24

33

FeCe

FeCeLog term is zero

V.EV.E 2314722

Cell voltage

V...)calomel(EEE 9902410231

Equivalence-point voltage is independent of the concentrations and volumes of the reactants 11

Redox Tiltration

Region 2: At the Equivalence Point

- Instead Add both equations together

출처1

Shape of a Redox Titration Curve

그림 15-2

Page 12: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

][][

3

20591607670

FeFelog..E

][][

4

3059160701

CeCelog..E

12

Redox Tiltration

Region 2: At the Equivalence Point

- Enough Ce4+ has been added to react with all Fe2+

Primarily only Ce3+ and Fe3+ present

Tiny amounts of Ce4+ and Fe2+ from equilibrium

- From Reaction:

[Ce3+] = [Fe3+]

[Ce4+] = [Fe2+]

- Both Reactions are in Equilibrium at the Pt electrode

Shape of a Redox Titration Curve

출처1

그림 15-2

Page 13: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

13

Redox Tiltration

Region 3: After the Equivalence Point

- Opposite Situation Compared to Before the Equivalence

Point

- Equal number of moles of Ce3+ and Fe3+

- Excess unreacted Ce4+ remains in solution

- Amounts of Ce3+ and Ce4+ are known, use to determine

cell voltage.

- Residual amount of Fe2+ is unknown

Shape of a Redox Titration Curve

출처1

그림 15-2

Page 14: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

Eo = 1.70 V

Use iron half-reaction relative to calomel reference electrode:

)electrodereference(E)electrodeindicator(EE

][][

4

3059160461

CeCelog..E

Potential of calomel electrode

Simplify

241.0][][log05916.070.1 4

3

CeCeE

14

Region 3: After the Equivalence Point

Redox Tiltration

Shape of a Redox Titration Curve

출처1

그림 15-2

Page 15: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

15

산화환원 적정곡선의 모양

⇌ ⇌

출처1

그림 15-2 그림 15-3

Page 16: 제15 장 산화환원적정 - contents.kocw.netcontents.kocw.net/KOCW/document/2015/duksung/yoonhyeran1/...- Excess unreacted Ce4+ remains in solution - Amounts of Ce3+ and Ce4+ are

출처

1) 출처1 - Quantitative Chemical Analysis , Daniel C. Harris, 2012 8th Ed

16