Перманганатометрия

Перманганатометрией называется метод объемного анализа, в котором в качестве рабочего раствора применяют перманганат калия КМnО₄. Перманганат калия является сильным окислителем, особенно в кислой среде. В зависимости от степени кислотности среды при восстановлении КМnО₄ получаются различные конечные продукты. В кислой среде ионы MnО₄^- восстанавливаются до бесцветных ионов Мn²+:

МnO₄^- + 5е + 8Н + →Мn²⁺ + 4Н₂О

Ионы MnО₄^- придают раствору КМnO₄ красно-фиолетовую окраску. Как было сказано выше, в процессе титрования раствор обесцвечивается. В момент, когда в растворе не остается восстановителя, от прибавления одной капли КМnО₄ титруемая смесь приобретает розовую окраску. Таким образом, точка эквивалентности фиксируется при помощи самого же рабочего раствора и индикатор в этом методе не применяется.

В некоторых случаях реакция окисления с помощью перманганата калия проходит с небольшой скоростью. Поэтому титрование проводят в нагретом почти до кипения растворе. Реакция ускоряется и за счет действия катализатора, роль которого выполняют ионы Мn²⁺. Ионы Мn²⁺ образуются в процессе титрования, поэтому нет необходимости специально добавлять катализатор. Однако в самом начале титрования катализатор отсутствует, поэтому первые порции раствора КМnO₄ реагируют медленно и начинать титрование нужно с прибавления очень небольших порций КМnO₄.

Лабораторная работа № 6

титриметрическое определение окисляемости

природных и сточных вод

Цель работы: определить окисляемость природных и сточных вод. Освоить технику выполнения основных операций в титриметрическом методе анализа (перманганатометрический метод).

Посуда	Реактивы	Приборы
- бюретки на 25 мл; - пипетки на 10 мл; - конические колбы на 250 мл; - стеклянный шарик	-25%-й раствор серной кислоты, H2SO4(1:3); - перманганат калия, 0,01 н. раствор; - щавелевая кислота, 0,01 н, раствор; -натрия гидроксид, 25%-й раствор.	- аналитические весы

Краткие теоретические сведения

Величина окисляемости воды характеризует содержание в ней органических и неорганических веществ выраженное в миллиграммах активного кислорода на кубический дециметр воды. При применении этого метода в реакцию окисления с перманганатом калия вступает большинство органических веществ биологического происхождения (аминокислоты, органические кислоты и основания и др.) и некоторые неорганические восстановители (нитриты, сероводород и др.). В настоящее время величина окисляемости используется как вспомогательная величина при расчетах степени разбавления воды при определении, например, БПК и как индикатор эффективности очистки сточных вод. Для арбитражного определения суммы органических веществ применяют метод бихроматного сжигания (химическое потребление кислорода, ХПК). К недостаткам бихроматного сжигания можно отнести то, что этот метод достаточно сложен в аппаратурном оформлении и мало пригоден для работ в полевых условиях и для получения экспресс-оценок. Для определения суммарного содержания органических веществ в морских и распресненных водах методом перманганатометрии окисление проводят в слабощелочной среде т.к. в кислой среде выделяется свободный хлор.

Для снижения величины окисляемости вод и ХПК применяют различные методы: очистка на биофильтрах, аэрирование, осаждения и соосаждения. Для выбора конкретного метода руководствуются, в первую очередь, физико-химическими свойствами очищаемых вод и степенью биологической опасности органических веществ. Например, при сбросе легкоокисляемых органических веществ в природный водный объект, в районе оголовка выпуска возможно развитие гипоксии, заморов и т.д. В этом случае сбрасываемая вода должна быть предварительно разбавлена или очищена. При сбросе устойчивой органики необходимо руководствоваться степенью ее токсичности.

Метод перманганатометрического определения окисляемости основан на обработке воды перманганатом калия в кислой среде (метод Кубеля):

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = > K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O + 5O

или в щелочной среде (метод Шульца):

2KMnO₄ + Н₂O = > 2МnO₂ + 2KOH + 3O

Выделяющийся кислород окисляет органические и неорганические вещества. Количество кислорода, израсходованное на окисление, определяют, восстанавливая избыток перманганата калия щавелевой кислотой:

2КМnO₄ + 5H₂C₂O₄ = > 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O + 10CO₂

Избыток щавелевой кислоты оттитровывается перманганатом калия. При окислении в щелочной среде, проба после окисления перманганатом подкисляется серной кислотой, после чего добавляется титрованный избыток щавелевой кислоты, который оттитровывается перманганатом. Щавелевая кислота в кислой среде реагирует также и с диоксидом марганца:

MnO₂ + H₂C₂O₄ + H₂SO₄ = > MnSO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

Избыток щавелевой кислоты оттитровывается перманганатом калия. Независимо от выбранного метода, в перманганатометрии определение титра рабочего раствора перманганата калия производят не перед титрованием, как в большинстве титриметрических определений, а сразу после титрования. Это делается для того, чтобы наиболее полно учесть все мешающие факторы, влияющие на величину титра раствора сильного окислителя (наличие загрязнений в рабочей бюретке, изменение температуры, освещенности и др.).