Лабораторная работа № 3 Редокс титрование. Перманганатометрия

Цель изучения данной темы:

Научится стандартизовать раствор перманганата калия. Освоить определение содержания веществ перманганатометрическим методом.

Метод титриметрического анализа, в котором в качестве раствора титранта применяется раствор перманганата калия, называется перманганатометрией.

Перманганат калия обладает высоким окислительным потенциалом и является одним из наиболее распространенных окислителей. Благодаря этому его применяют для определения ряда химических соединений и лекарственных препаратов, обладающих восстановительными свойствами, например, перекись водорода, диоксид марганца, нитрит натрия, восстановленное железо, легкоокисляющиеся карбоновые кислоты (щавелевая, винная, лимонная, яблочная), соединения с гидразогруппами и т.д.

Перманганатометрию применяют и для определения окислителей (например, дихромат-ионов). В этом случае используют обратное титрование.

В зависимости от кислотности среды при восстановлении перманганата получаются различные конечные продукты.

В сильнокислой среде перманганат-ион приобретает пять электронов и превращается в катион марганца(II). В этом случае процесс восстановления перманганата может быть выражен уравнением:

MnO₄^ + 8H⁺ + 5ē  Mn²⁺ + 4H₂O. (1)

В слабокислом, нейтральном и щелочном растворах перманганат-ион вос­станавливается до оксида марганца(IV):

MnO₄^ + 4H⁺ + 3ē  MnO₂ + 2H₂O (2)

или:

MnO₄^ + 2H₂O + 3ē  MnO₂ + 4OH^. (2')

В сильнощелочной среде протекает реакция:

MnO₄^ + ē  MnO₄^2. (3)

В перманганатометрии в большинстве случаев используют реакцию (1), так как образование темно-бурого осадка оксида марганца(IV) и темно-зеленого раствора манганат-ионов затрудняет определение конечной точки титрования.

Приготовить стандартный раствор перманганата калия, взвесив точную навеску, нельзя, так как этот реактив не отвечает требованиям, предъявляемым к первичным стандартам. Он обычно содержит около 1% примесей (хлориды, сульфаты, нитраты, оксиды марганца и свинца, органические примеси). Поэтому готовится раствор перманганата калия с молярной концентрацией эквивалента, как правило, приблизительно 0,02 моль/л. Для этого на технических весах взвешивают необходимую навеску перманганата калия, растворяют в соответствующем объеме воды, хорошо перемешивают и дают 10-15 дней постоять в сосуде из темного стекла плотно закрытом стеклянной пробкой. Затем раствор перманганата отделяют от выпавшего осадка с помощью фильтрования. Приготовленный таким образом раствор практически не изменяет своего титра в течение длительного времени. Концентрацию полученного раствора устанавливают по первичному стандартному раствору (по стандартному раствору оксалата натрия или щавелевой кислоты).

1. Приготовление стандартного раствора щавелевой кислоты (или оксалата натрия)

Материальное обеспечение:

1. Аналитические демпферные весы с разновесами.

2. Мерные колбы, V_ном. = 200 или 250 мл.

3. Бюксы для взвешивания.

4. Промывалки с дистиллированной водой.

5. Химические воронки  40-50 мм.

6. Стаканчики под слив.

7. Фильтровальная бумага.

8. H₂C₂O₄2H₂O или Na₂C₂O₄, кристалл.

Первичным стандартом в перманганатометрии является оксалат натрия или щавелевая кислота.

Взаимодействие перманганата со щавелевой кислотой в кислой среде выражается уравнением:

5  
2  

^{_________________________________________________________}

Рассчитаем, какую навеску щавелевой кислоты надо взять, чтобы приготовить 250 мл раствора с C (1/2 H₂C₂O₄2H₂O) = 0,0200 моль/л.

Из уравнения реакции следует, что при окислении пернанганатом один ион оксалата отдает два электрона, следовательно, молярная масса эквивалента щавелевой кислоты рассчитывается следующим образом:

Для приготовления 250 мл раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,0200 моль/л, надо взять навеску щавелевой кислоты массой: m (H₂C₂O₄2H₂O) = 0,0200  0,250  63,04 = 0,3150 г.

Практически поступают следующим образом: на аналитических весах в бюксе взвешивают навеску близкую к 0,3150 г. С помощью воронки ее количественно переносят в мерную колбу емкостью 250 мл, растворяют в небольшом объеме дистиллированной воды и доводят объем раствора в колбе до метки дистиллированной водой. Полученный раствор перемешивают в течение 2-3 минут. Из соотношения взятой и теоретической навесок рассчитывают молярную концентрацию эквивалента приготовленного раствора щавелевой кислоты.

Например, взяли навеску щавелевой кислоты не точно теоретическую, а несколько меньшую, допустим 0,3102 г. Следовательно, молярная концентрация эквивалента раствора щавелевой кислоты не будет равна 0,0200 моль/л. Вычисляют молярную концентрацию эквивалента этого раствора: C(1/2 H₂C₂O₄2H₂O) = 0,3102 / (63,04  0,25) = 0,0197 моль/л.