4.2.2.1. Перманганатометрия . Определение железа (II)

Метод перманганатометрии основан на применении в качестве рабочего раствора перманганата калия. Ионы MnO₄^ являются сильными окислителями, они восстанавливаются в зависимости от рН среды: до Mn²⁺ в сильнокислой среде, до MnO(OH)₂ в слабокислой, нейтральной или слабощелочной среде и, наконец, до MnO₄^2 в сильнощелочной среде.

При титровании в кислых растворах протекает реакция:

MnO₄^ + 8 H⁺ + 5 ē Mn²⁺ + 4 H₂O.

Окислительно-восстановительный потенциал данной системы существенно зависит от концентрации ионов водорода в растворе:

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы MnO₄^/Mn²⁺ при рН 0 равен 1,51 В, а f_экв.(KMnO₄) = 1/5.

Титр раствора KMnO₄ устанавливают по щавелевой кислоте H₂C₂O₄ ^. 2H₂O, оксалату натрия Na₂C₂O₄, мышьяковистому ангидриду As₂O₃, гексацианоферрату (II) калия K₄[Fe(CN)₆] ^. 3H₂O и некоторым другим веществам.

Наиболее часто в качестве установочных веществ используют щавелевую кислоту и её соли, так как они легко могут быть очищены от примесей перекристаллизацией из воды.

Реакция KMnO₄ с H₂C₂O₄ протекает согласно следующему суммарному уравнению:

5 C₂O₄^2 + 2 MnO₄^ + 16 H⁺  10 CO₂ + 2 Mn²⁺ + 8 H₂O

(C₂O₄^2  2 ē  2 CO₂, f_экв.(H₂C₂O₄) = ½).

При использовании раствора перманганата калия в качестве титранта можно определять ионы железа, пероксид водорода, оксалаты и др. Конечную точку титрования определяют без индикатора по появлению собственной фиолетовой окраски перманганата.

Определение содержания железа в какой-либо соли железа, например, в железном купоросе FeSO₄ ^. 7H₂O или соли Мора (NH₄)₂SO₄ ^. FeSO₄ ^. 6H₂O, обычно проводят прямым титрованием раствором перманганата калия в кислой среде:

5 Fe²⁺ + MnO₄^ + 8 H⁺  5 Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4 H₂O.

4.2.2.1. Перманганатометрия . Определение железа (II)

Цель работы: 1. Установить концентрацию раствора KMnO₄ по стандартному

раствору щавелевой кислоты.

2. Определить содержание железа (II) в контрольном растворе.

Выполнение работы

Реактивы. Раствор перманганата калия, с(1/5 KMnO₄) = 0,025 М.

Серная кислота, H₂SO₄, 2 M раствор.

Щавелевая кислота, стандартный раствор, с(1/2 H₂C₂O₄) = 0,025 М.

Фосфорная кислота, Н₃РО₄, 2 М раствор.

1. Стандартизация раствора KMnO₄.

В колбу для титрования помещают 10 мл 2 М H₂SO₄ и нагревают ее до 8085 С. В горячий раствор пипеткой вносят 10,00 мл раствора щавелевой кислоты. Нагревать и кипятить кислые растворы щавелевой кислоты не рекомендуется, так как она разлагается. Раствор KMnO₄ помещают в бюретку, устанавливают уровень жидкости на нуле по верхнему мениску и проводят титрование. Каждую каплю добавляют после того, как исчезнет окраска от предыдущей капли. Вначале перманганат калия очень медленно реагирует со щавелевой кислотой, вследствие чего раствор долго остаётся окрашенным в малиново-красный цвет от нескольких капель титранта, прибавленного к H₂C₂O₄. Когда же концентрация Mn²⁺, являющегося катализатором для данной реакции, достигает определённой величины, дальнейшее обесцвечивание происходит практически мгновенно. Титруют до появления бледно-розовой окраски, устойчивой в течение 30 с. Титрование повторяют несколько раз до получения сходящихся результатов (не менее 3-х), которые обрабатывают методом математической статистики. Вычислив перманганата калия, израсходованного на титрование 10,00 мл щавелевой кислоты, находят концентрацию KMnO₄ по уравнению:

2. Определение содержания Fe(II) в контрольном растворе.

В мерную колбу с контрольным раствором, содержащим ионы Fe(II), вносят 20 мл серной кислоты, доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают. 10,00 мл этого раствора помещают в колбу для титрования, добавляют 510 мл раствора H₂SO₄, 2 3 мл Н₃РО₄ и титруют раствором KMnO₄.

Реакция окисления Fe(II) идет быстро, поэтому титрование ведут на холоду, так как при нагревании соли закиси железа окисляются кислородом воздуха. Конец реакции определяют по появлению розового окрашивания, вызываемого одной избыточной каплей раствора KMnO₄. Окраска должна быть устойчива в течение минуты. Фиксирование точки эквивалентности облегчается при введении в раствор фосфорной кислоты, которая связывает окрашенные в желтоватый цвет ионы Fe³⁺ в бесцветный комплекс [Fe(PO₄)₂]^3.. Благодаря этому более отчетливо наблюдается переход окраски от бесцветной к розовой.

Титрование проводят до получения сходящихся результатов, находят среднее значение объёма KMnO₄, затраченного на титрование раствора, концентрацию раствора Fe(II), содержание его в контрольном растворе по формуле: проводят статистическую обработку данных и представляют результат: