Практическое применение окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции являются самыми распространенными и играют важную роль в природе и технике. Дыхание и обмен веществ живых организмов, коррозия металлов, горение топлива — это примеры окислительно-восстановительных реакций. С помощью ОВР получают металлы, щелочи, кислоты и многие другие ценные продукты. ОВР используют для очистки веществ, природных и сточных вод, газовых выбросов предприятий. Окислители и восстановители, образующие окрашенные растворы, широко применяют для анализа различных веществ методом титрования. С упрощенным вариантом метода анализа вы познакомитесь в данной работе.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Влияние рН среды на характер протекания окислительно-восстановительной реакции

Известны соединения марганца, содержащие этот элемент в различных степенях окисления: ,,,. Эти вещества проявляют различные окислительно-восстановительные свойства и окрашивают растворы в разные цвета: в темно-малиновый,— в зеленый,образует бесцветный раствор,выпадает в виде бурого осадка. В химических реакциях восстанавливается до одного из указанных веществ в зависимости от кислотности среды.

Для оценки влияния рН среды на окислительные свойства перманганата калия в три пробирки налейте по 2-3 мл раствора сульфита натрия . В одну пробирку добавьте 1 мл раствора , во второй пробирке оставьте раствор соли нейтральным, в третью пробирку добавьте 1 мл раствора . В каждую пробирку внесите одинаковое количество (2-3 мл) раствора перманганата калия .

Отметьте изменение окраски растворов и напишите схемы реакций, протекающих в разных средах. Определите степень окисления Mn в его соединениях, расставьте коэффициенты в уравнениях. Сделайте вывод о влиянии рН среды на окислительные свойства .

Опыт 2. Определение содержания железа(II) в его соли методом перманганатометрии

Метод перманганатометрии применяется для количественного определения веществ, способных окисляться, и основан на изменении окраски соединений Mn при изменении его степени окисления. При титровании подкисленного раствора определяемого вещества раствором восстанавливается до, что сопровождается обесцвечиванием раствора соли марганца. Когда исследуемое вещество прореагирует полностью, от одной капли прилитого растворапоявляется слабое розовое окрашивание. Появление окраски свидетельствует об окончании реакции и наличии незначительного избытка реактива.

Определив экспериментально количество израсходованного , можно по закону эквивалентов рассчитать количество исследуемого вещества.

Количественное определение двухвалентного железа основано на том, что в кислой среде ион легко окисляется перманганатом до иона. Реакция, протекающая в процессе титрования раствора соли двухвалентного железа, выражается следующей схемой:

Для выполнения работы взвесьте на аналитических весах с точностью до 0,0002 г (на часовом стекле) несколько кристаллов сульфата железа , известного под названием железный купорос. Запишите массу соли в тетрадь. Пересыпьте соль в коническую колбу, налейте в нее 50 мл раствора серной кислоты, и, осторожно перемешивая, дождитесь растворения соли.

В бюретку с помощью воронки налейте раствор известной концентрации; под бюретку подставьте стакан. Подняв кончик бюретки выше уровня зажима, вытесните воздух и заполните его раствором. Установите уровень раствора в бюретке на нулевой отметке (для темных жидкостей это делается по верхнему краю мениска).

Держа колбу с раствором в руке, при постоянном перемешивании добавляйте небольшими порциями раствор до появления слабо розового окрашивания. По окончании титрования запишите в тетрадь объем израсходованного раствора перманганата калия.

Напишите уравнение реакции, определите число электронов, отдаваемых ионом железа, и рассчитайте молярную массу его эквивалента по формуле (1):

(1)

Массу окисленного железа рассчитайте, используя закон эквивалентов: число эквивалентов равно числу эквивалентов, поэтому в данном случае выполняется равенство:

, (2)

где - масса окисленного железа, г;

–молярная масса эквивалента , г/моль;

()–молярная концентрация эквивалента, моль/л;

()–объем раствора, л, определенный экспериментально.

Из выражения 2 найдите массу окисленного железа:

(3)

Процентное содержание железа в соли рассчитайте по формуле:

(4),

где – масса анализируемой соли, г.

Экспериментально полученное значение массовой доли железа в его соли сравните с расчетным значением.