Лабораторна робота №3. Визначення вмісту манган діоксиду в технічному піролюзиті

Обладнання та реактиви: аналітичні терези, конічна колба об’ємом 250 мл, піпетка об’ємом 50 мл, бюретка, годинникове скло, електроплитка, промивалка з дистильованою водою, розчин сульфатної кислоти, робочий розчин перманганату калію, вихідний розчин оксалатної кислоти, аналітичний порошок піролюзиту.

Приготування розчинів

Для проведення даної роботи можна використати розчин калій перманганату (0,05 н.), який використовувався у лабораторній роботі №2.

Стандартний розчин оксалатної кислоти (С (1/2, H₂С₂О₄) = 0,1 моль/дм³). Стандартний розчин готується з фіксаналу, або шляхом розчинення точної наважки кристалогідрату оксалатної кислоти ( ).

Приготування даного розчину ведеться також аналогічно до приготування 0,05 н. розчину оксалатної кислоти з попередньої роботи, але для приготування 1 дм³ 0,1 н розчину оксалатної кислоти на аналітичних терезах у годинниковому склі зважують близько 6,3 г і розчиняють їх у мірній колбі на 1000см³. Точну концентрацію розчину обчислюють за формулою:

Для одержання 1дм³ 0,1 н розчину натрій оксалату необхідно зважити близько 6,75 г кристалічного натрій оксалату і розчинити їх у мірній колбі на 1000см³. Точну концентрацію розчину обчислюють за формулою:

Приготування суміші «штучний піролюзит». Якщо немає зразку природного піролюзиту, то можна приготувати суміш, що його заміняє. Для цього зважують певну масу висушеного в сушильній шафі препарату манган діоксиду. Наважку манган діоксиду змішують з чистим сухим піском у співвідношенні 1:1,5 – 1:2 і розтирають у порцеляновій ступці до стану однорідного дрібного порошку. Суміш зберігають у щільно закупореній склянці.

Теоретичні відомості

Піролюзитом називають мінерал, який має в своєму складі манган диоксид МnO₂. Формула піролюзиту – MnO₂, що відповідає вмісту Мангану 63,2%. Він є одним з найважливіших рудоутворюючих мінералів Мангану. Природний піролюзит рідко відповідає своїй формулі, оскільки містить кристалізаційну воду, домішки інших оксидів Мангану, силікатні та карбонатні включення тощо. Тому природний піролюзит завжди містить тільки якусь певну кількість основного компоненту – манган діоксиду.

Манган діоксид, маючи в своєму складі атом Мангану у ступені окиснення +4, сам проявляє окисні властивості і тому безпосередньо з калій перманганатом не реагує. Тобто прямим титруванням визначити вміст МnO₂ не можна. У такому випадку застосовують метод зворотного титрування, або метод залишків.

Його сутність полягає у тому, що до певної маси піролюзиту додають певну кількість розчину оксалатної кислоти відомої концентрації, взяту з таким розрахунком, щоб оксалатна кислота була в надлишку у порівнянні з її кількістю, необхідною на взаємодію з МnO₂. Манган діоксид є окисником, а оксалатна кислота – відновником. Реакція між ними протікає за рівнянням:

1 – окисник

1 – відновник

Після того, як весь МnO₂ прореагує, в розчині іще залишиться певна кількість (надлишок) оксалатної кислоти, який можна буде відтитрувати розчином калій перманганату:

Знаючи загальну кількість оксалатної кислоти, що була використана для проведення обох реакцій, і обчисливши ту її кількість, яка залишилась в розчині після реакції з МnO₂, за різницею можна обчислити кількість оксалатної кислоти витраченої на реакцію безпосередньо з МnO₂, а значить і вміст останнього у піролюзиті.

Якщо роботу ведуть з природним піролюзитом, то необхідно подрібнити пробу мінералу і відібрати згідно правил відбору проб середню пробу, склад якої відображав би склад усієї маси мінералу. Також при роботі з природним мінералом іноді краще застосовувати замість 2н розчину сульфатної кислоти, вдвічі менший за об’ємом 60%-й розчин хлорної кислоти. Це дозволить уникнути утворення нерозчинних сульфатів барію, плюмбуму та деяких інших елементів, що можуть бути присутніми в якості домішок в складі піролюзиту, які заважатимуть подальшому розчиненню наважки.