лаб. работа 3 перм. титр

Метод окислительно-восстановительного титрования

Методы окислительно-восстановительного титрования основаны на окислительно-восстановительных реакциях между анализируемым веществом и титровальным раствором.

Используют их для количественного определениях в растворах различных восстановителей (Fe²⁺, C₂O₄^2-, NO^2- и др.) или окислителей (Cr₂O₇^2-, MnO₄^-, ClO₃^-, Fe³⁺ и др.). Название отдельных окислительно-восстановительных методов происходит наименований титрованных растворов. Наиболее распространены из них следующее:

Перманганатометрическое титрование. Титром в этом методе является перманганат калия, играющий в реакциях роль окислителя.

Йодометрическое титрование. Метод основан на том, что свободный J₂ ведет себя в реакциях как окислитель, а ион J^- -как восстановитель. Индикатором служит раствор крахмала.

Дихроматометрическое титрование. В основе его лежат процессы окисления веществ титрованным раствором дихромата калия K₂Cr₂O₇.

Существуют и другие окислительно-восстановительные методы. Так, бромометрия использует в качестве окислителя свободный бром Br₂. Броматометрия- бромат калия KBrO₃, ванадатометрия- ванадат аммония NH₄VO₃, цериметрия- соединения церия (ІV), титанометрия- соли титана(III).

Вычисление молярных масс эквивалентов окислителей восстановителей имеет свои особенности. В кислотно-основной реакции эквивалентом называют количество вещества, отвечающее одному иону водорода, то в окислительно-восстановительной- одному электрону. Известно, что при окислительно-восстановительных реакциях электроны переходят от одних атомов (или ионов) к другим. Именно перераспределением электронов определяются массовые соотношения реагирующих веществ и коэффициенты в уравнениях этих реакций. Поэтому вычисляя молярные массы эквивалентов окислителей и восстановителей, исходя из числа электронов, приобретаемых или теряемых в реакции одной молекулой вещества. При этом учитывают, что атом водорода может отдавать, а ион Н⁺- приобретать только один электрон.

Чтобы определить молярную массу эквивалента (Э) какого-нибудь вещества, необходимо его молярную массу (М) разделить на число электронов (n), с которым связанно участие одной молекулы вещества в данной реакции:

Э= М ÷ n

Цель работы: приготовление, стандартизация раствора перманганата калия и определение железа (II) в растворе соли Мора.

Перманганатометрическое титрование- метод анализа, в котором титром служит раствор перманганата калия. В процессе титрования анализируемого раствора малиново-фиолетовая окраска перманганата обесцвечивается. Однако после достижения точки эквивалентности первая же избыточная капля раствора перманганата окрашивает титруемую жидкость в розовый цвет. Индикатором в данном

случае является перманганат калия. Поэтому обычно при перманганатометрических определениях посторонние индикаторы не добавляют.

Перманганат калия проявляет окислительные свойства в кислой и щелочной (или нейтральной) среде. При титровании кислых растворов Mn(VII), входящий в состав KMnO₄,востонавливается до бесцветных катионов Mn²⁺

10FeSO₄+2 KMnO₄+8H₂SO₄=5Fe₂(SO₄)₃+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O

2|1| MnO₄+8H⁺+5e →Mn²⁺+4H₂O

10|5| Fe²⁺- e → Fe³⁺

При титровании щелочных или нейтральных растворах Мn(VII) входящий в состав KMnO₄ востанавливаются только до марганца(IV) MnO₂

2MnO₄ + Cr(SO₄)₃ +8KOH =2MnO₂↓ +K₂CrO₄+3K₂SO₄+4H₂O

Mn⁷⁺ + 5e^- → Mn²⁺ | 1 | 2

Fe²⁺ - e^- → Fe³⁺ | 5 | 10

Следовательно, окислительная активность перманганата калия в кислой среде гораздо выше, чем в щелочной. Титрование перманганатом калия чаще выполняют в кислых растворах.

Перманганатометрическое титрование применяют для определения не только восстановителей, но и окислителей. Восстановители определяют прямым титрованием растворов перманганатом. Окислители определяют методом обратного титрования: к анализируемому раствору окислителя приливают избыток вспомогательного раствора-восстановителя с известным титром, затем остаток восстановителя оттитровывают раствором перманганата калия и делают расчет.

Установка титра рабочего раствора перманганата калия

Титровальный раствор перманганата калия нельзя приготовить растворением точной навески: продаваемый перманганат калия содержит ряд примесей. Кроме того, концентрация перманганата калия, переведённого в раствор, заметно понижается, т.к. он расходуется на взаимодействие с веществами, присутствующими в воде(аммиаком, органическими веществами и другими восстановителями). Поэтому нормальную концентрацию раствора перманганата калия устанавливают, титр станет постоянным, обычно лишь через 5-7 дней после его приготовления.

В процессе хранения раствора перманганат калия частично разлагается:

4KMnO₄ + 6 H₂O = 4H₂MnO₃↓ + 4KOH + 3O₂↑

Приготовление раствора перманганата калия. Нормальную концентрацию раствора перманганата устанавливают по реакции, протекающей в кислой среде. Эквивалентная масса перманганата калия равна 1/5 молярной массы, т.е. 158,03:5=31,61 г. Чтобы приготовить 500мл. 0,05н. раствора, нужно взять навеску

31,61х0,05х0,5=0,7903 г. Отвесьте на технических весах 0,8-г KMnO₄ (т.к. КМnO₄ не совсем чист и часть его расходуется на окисление присутствующих в воде восстановителей). навеску растворите в 500мл воды следующим образом. Приливайте

стакан с навеской небольшие порции горячей воды, сливают раствор с кристаллов в специально приготовленную мерную колбу. Растворение ускоряйте путём непрерывного помешивания. Когда вся навеска перейдёт в раствор, тщательно обмойте стакан, перелейте воду в мерную колбу и охладите её, после этого доведите объём до метки. Тщательно перемешайте и оставьте стоять на 5-7 дней в тёмном месте. Исходными веществами для стандартизации (установки титра) его служат свежеперекристаллизованная щавелевая кислота H₂C₂O₄∙2H₂O или её соли Na₂C₂O₄ (оксалат натрия) и ( NH₄)₂ C₂O₄∙2H₂O (оксалат аммония).

Приготовление стандартного раствора щавелевой кислоты. Перманганат калия взаимодействует с щавелевой кислотой в сернокислой среде по уравнению:

2KMnO₄+5Н₂C₂O₄+Н₂SO₄=2MnSO₄+10CO₂+K₂SO₄+8H₂O

Аналогично взаимодействует он с оксалатами:

2KMnO₄+5Na₂C₂O₄+8Н₂SO₄=2MnSO₄+10CO₂+K₂SO₄+5Na₂SO₄+8H₂O

В обеих реакциях оксалат-анион С₂О₄^2- окисляется и теряя 2 электрона, превращается в две молекулы оксида углерода(IV).

Зато перманганат-ион, наоборот приобретает 5 электронов, восстанавливается до катиона марганца (II). Поэтому эквивалентая масса щевелевой кислоты Н₂С₂О₄х2Н₂О,как стандартного вещества, равна ½ молярной масс,т.е. 126,07:2=63,04 г/моль и для приготовления 100мл,0,05н.раствора нужно 63,04х0,05х0,1=0,3152 г. щавелевой кислоты.

Возьмите навеску щавелевой кислоты (или оксалата) на аналитических весах, растворите её в мерной колбе вместимостью 100мл. доведите объём раствора до метки и тщательно перемешайте. Вычислите титр и нормальную концентрацию исходного раствора щавелевой кислоты по формуле:

Аналогично готовят растворы оксалата натрия или оксалата аммония.

Стандартизация раствора перманганата калия по щавелевой кислоте. Хорошо вымытую бюретку промойте раствором перманганата калия и подготовьте к титрованию.

Ополосните пипетку раствором щавелевой кислоты и перенесите 10мл его в колбу для титрования. Прибавьте 8-10мл 2н. серной кислоты, нагрейте до 70-

80°С (не допуская кипения, при котором щавелевая кислота разлагается) и горячий раствор титруйте перманганатом калия. Раствор перманганата приливайте медленно, по каплям, при непрерывном взбалтывании жидкости. Каждую следующую каплю добавляйте лишь после того, как обесцветится предыдущая. Первоначально

обесцвечивание перманганата будет происходить медленно, но затем по мере образования сульфата марганца, играющего роль катализатора, оно ускорится. Титрование прекратите, когда избыточная капля перманганата сообщит раствору бледно

розовую окраску, не исчезающую в течение 1-2мин. Объём раствора перманганата калия отчитывайте по верхнему краю мениска, т.к. нижний край плохо виден. Повторите титрование 2-3 раза, из сходящихся отчетов возьмите среднее и вычислите нормальную концентрацию раствора перманганата калия.

N _KMnO4 =

Стандартизированный раствор перманганата калия используйте для определения железа (II).

Определения железа (II) в растворе соли Мора. Определение содержания Fe²⁺ в растворах считают одним из важнейших применений перманганатометрического титрования. При титровании перманганатом соли Мора в кислой среде происходит реакция:

KMnO₄+10(NH₄)₂Fe(SO₄)₂+8H₂SO₄=2MnSO₄+5Fe₂(SO₄)₃+K₂SO₄ +10(NH₄)₂SO₄+8H₂O

Эквивалентная масса соли Мора равна здесь ее молярной массе, а эквивалентая масса железа (II)-55,5 г/моль.

Ход определения. В мерную колбу вместимостью 100 мл возьмите (у преподавателя) немного раствора соли Мора, доведите объём его водой до метки и перемешайте.

Ополосните полученным раствором пипетку, перенесите 10 мл его в коническую колбу, подкислите 8-10 мл 2н. H₂SO₄ и на холоду (при нагревании Fe²⁺ окисляется кислородом воздуха до Fe³⁺) титруйте раствором перманганата калия до появления бледно- розовой окраски, не исчезающей при встряхивании в течение 1-2 минут. Повторите титрование три раза, возьмите среднее из отсчетов и вычислите массу железа в анализируемом растворе.

N _KMnO4= N _Н2С2О4 х 10 / V _KMnO4

N _{соли Мора =} N _KMnO4х V _{соли Мора} /10

Следовательно, масса железа (II), будет равна m=55,85х 0.1хN _{соли Мора}