氧化还原平衡与氧化还原滴定法教学案例

第8章 氧化还原平衡与氧化还原滴定法—教学案例

案例8.1：人们看到专业的侍酒师倒葡萄酒时会先将葡萄酒倒进一个容器内进行醒酒。红葡萄酒在晶莹剔透的醒酒器中颜色会显得更加艳丽，给人以视觉享受。

问题：为什么要对葡萄酒进行醒酒呢？

案例8.1分析：醒酒是指通过加速葡萄酒氧化的过程让葡萄酒释放其原有的芳香，同时柔化葡萄酒中的单宁，改善其口感。许多葡萄酒中含有SO2，它有杀菌、澄清、抗氧化、增酸、溶解等作用，在保护酒液的天然水果特性的同时防止酒液老化。葡萄酒在酵母发酵过程中也会产生一定量的SO2。醒酒就是让酒中的SO2迅速扩散，葡萄酒与空气接触产生氧化作用，其目的就是让葡萄酒变得更柔和，当酒斟入酒杯后，可使气味逐渐地散溢于整个酒杯，让品饮人轻松地闻到酒液所释出的气息。

案例8.2：铁船在大海中航行时，铁易被腐蚀，常将船底下焊接些锌块，可减缓船体腐蚀。

问题：锌和铁都是金属，为什么在新装铁船的船底焊接锌块可以防止铁船的船底生锈？

案例8.2分析：铁船底部焊接锌块，锌块会先和海水产生化学反应，从而起到保护铁的作用，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法，又称为牺牲阳极保护法，是一种防止金属腐蚀的方法之一。将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属作为原电池的负极(腐蚀电池的阳极)发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为原电池的正极(腐蚀电池的阴极)就可以避免腐蚀。

案例8.3：临床上常用KMnO4作为消毒、防腐剂。例如，0.02%～0.05%的KMnO4溶液常用于冲洗黏膜、腔道和伤口，0.1%的KMnO4溶液可用于有机磷中毒时洗胃等。在日常生活中，一定浓度的KMnO4溶液可用于饮食用具、器皿、蔬菜、水果等消毒；在医药化工中，可用于生产维生素C、糊精等；在轻化工业中用作纤维、油脂的漂白和脱色，具有广泛的用途。

问题：①临床上使用KMnO4作消毒、防腐剂，是利用它的什么性质？②应如何保存KMnO4溶液？③在滴定分析中，如何配制和标定高锰酸钾溶液？

案例8.4：检查司机酒后驾车有很多种方法，比较普及的是：交警在检查司机有没有酒后驾驶时，会拿着一个仪器，让司机往里呼气，交警把仪器振荡一下后就知道了。

问题：交警所用仪器检测方法的原理是什么？

案例8.4分析：K 2Cr 2O 7是一种橙红色具有强氧化性的化合物，当它被还原成Cr 3+时颜色变为绿色。若司机酒后驾车，交警让司机对填充了吸附硅胶颗粒的装置吹气，被检验的气体成分是C 2H 5OH 。若发现硅胶变色达到一定程度，可证明司机是酒后驾车。酒精测定仪中加入硫酸的目的：一是以下反应要在酸性溶液中进行，二是防止Cr 2O 72−转化为黄色的CrO 42−，反应化学方程式为

2Cr 2O 72−＋3CH 3CH 2OH ＋16H + ⇌ 4Cr 3+＋3CH 3COOH ＋11H 2O

案例8.5：过氧化氢俗称双氧水，分医用、军用和工业用三种。日常消毒的是医用双氧水，医用双氧水可杀灭肠道致病菌、化脓性球菌，一般用于体表面消毒。医疗上常用3%的双氧水进行伤口或中耳炎消毒。双氧水具有氧化作用，擦拭到创伤面，会有灼烧感、表面被氧化成白色，过3～5min 就恢复原来的肤色。当它与皮肤、口腔和黏膜的伤口、脓液或污物相遇时，立即分解生成氧。这种尚未结合成氧分子的氧原子，具有很强的氧化能力，与细菌接触时，能破坏细菌菌体，杀死细菌。杀灭细菌后剩余的物质是无任何毒害、无任何刺激作用的水，不会形成二次污染。因此，双氧水是伤口消毒理想的消毒剂。但不能用浓度大的双氧水进行伤口消毒，以防灼伤皮肤及患处。

问题：如何用高锰酸钾法测定双氧水的含量？

案例8.5分析：高锰酸钾在酸性溶液中能定量地氧化过氧化氢，其反应式为

2MnO 4−＋5H 2O 2＋6H + = 2Mn 2+ + 5O 2↑＋8H 2O

滴定开始时反应比较慢，待有少量Mn 2+生成后，因Mn 2+的催化作用，故反应速度加快。根据等物质的量规则有422(1/5MnO )(1/2H O )n n -

=，H 2O 2的含量可按下式计算：

442222(1/5KMnO )(KMnO )(1/2H O )(H O )g L c V M ρV ⋅⋅=

样（）

案例8.6：化学耗氧量COD （chemical oxygen demand ）是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，它是环境监测分析的主要项目之一。水样在一定条件下，以氧化1 L 水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量为指标，折算成每升水样全部被氧化

后，需要的氧的毫克数，以mgꞏL−1表示。COD反映了水中受还原性物质污染的程度。还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐和硫化物等，但多数水体主要受有机物污染，因此COD也可作为水体受有机物污染程度的一项重要指标。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数。

问题：有哪些滴定分析方法可以测定COD？其原理是什么？

案例8.6分析：COD常用氧化还原滴定法测定。一般测量化学耗氧量所用的氧化剂为高锰酸钾或重铬酸钾，使用不同的氧化剂得出的数值也不同，因此需要注明检测方法。KMnO4法是测定较清洁水体COD最常用的方法，其测定值一般用COD Mn表示。基本操作步骤：准确量取一定量待测水样，在酸性(H2SO4)条件下准确加入过量的KMnO4标准溶液，加热将水样中的还原性物质充分氧化后，再准确加入过量的Na2C2O4标准溶液，最后用KMnO4标准溶液滴定过量部分的Na2C2O4，从而计算出COD Mn。若水体中Cl−含量较高，则采用碱性KMnO4法测定。若测定污染严重的生活污水和工业废水的COD，则用K2Cr2O7法，结果用COD Cr表示。

案例8.7：碘伏在医疗上用作杀菌消毒剂，烧伤、冻伤、刀伤、擦伤、挫伤等一般外伤，用碘伏消毒效果很好。

问题：碘伏为什么可以用于医疗消毒？

案例8.7分析：碘伏是单质碘与聚乙烯吡咯烷酮的不定型结合物，医用碘伏通常浓度较低（1%或以下），呈现浅棕色。利用碘的氧化性使蛋白质变性，细菌的外壳通常是一层蛋白质，蛋白质变性后将导致细菌的死亡，因此单质碘可以杀菌，抑制细菌代谢和生长或损害细胞膜的结构，改变其渗透性，破坏其生理功能等，从而起到消毒灭菌作用。与碘酒、酒精相比，碘伏引起的刺激疼痛较轻微，易于被病人接受，且用途广泛、效果确切，基本上替代了酒精、红汞、碘酒、紫药水等皮肤黏膜消毒剂。此外，低浓度碘伏不易污染衣物。

案例8.8：在我们的生活中，手机、电磁波、电脑屏幕的辐射、紫外线、空气污染、油炸食物及精神压力等均能产生活性氧中间体和自由基，从而加速肌肤细胞的氧化；体力活动尤其是急性大强度运动时，体内自由基产生也会增加，使活性氧和自由基的形成和消除之间出现平衡丧失，体内过量的自由基会引起脂质过氧化，损伤生物膜，影响细