Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Перманганатометрия. Характеристика метода




 

Метод перманганатометрии основан на реакциях окис­ления различных веществ перманганатом калия. Окисле­ние проводят в сильнокислой среде, в которой перманганат-ион проявляет наиболее сильные окислительные свойства. Стандартный окислительный потенциал пары МnО-4 /Мn2+ составляет 1,51В, поэтому перманганат калия способен реагировать с большинством восстановите­лей. Продуктом восстановления КМnО4 в кислой среде яв­ляется почти бесцветный ион Мn2+:

 

МnО-4 + 8Н+ +5ē → Мn2+ + 4Н2О,

 

что очень удобно для фиксирования точки эквивалентнос­ти. При титровании розовая окраска иона МnО-4 становит­ся заметной от одной избыточной капли рабочего раствора КМnО4, поэтому никакого специального индикатора не требуется.

Для создания сильнокислой среды пользуются раство­рами H2SO4. Применение соляной и азотной кислот недо­пустимо, поскольку соляная кислота, помимо кислотных свойств, проявляет и хорошо выраженные восстанови­тельные свойства и сама способна реагировать с КМnО4 с выделением хлора. Азотная кислота, помимо кислотных свойств, проявляет окислительные свойства и может вза­имодействовать с определяемыми восстановителями.

Метод перманганатометрии широко применяют на практике для определения восстановителей и окислите­лей, а также веществ, не проявляющих окислительных или восстановительных свойств (например, для определе­ния ионов Са2+ в крови). Метод также используется для контроля качества питьевой воды и определения пероксида водорода в фармацевтическом анализе.

Для определения восстановителей, как правило, ис­пользуют методы прямого титрования, для определения oокислителей — методы обратного титрования, а для опре­деления индифферентных веществ — методы как обратно­го, так и косвенного (заместительного) титрования.

Например, для определения пероксида водорода, ионов железа (II) и других восстановителей проводят прямое титро­вание их растворов стандартизированным раствором КМnО4.

Для определения окислителей, таких, как К2Сr2O7 и другие, используют метод обратного титрования, суть ко­торого заключается в том, что к раствору окислителя до­бавляют заведомо избыточный и точно измеренный объем рабочего раствора восстановителя, например FeSO4. Затем остаток FeSO4, не прореагировавший с определяемым окислителем, оттитровывают рабочим раствором КМnО4. В других случаях для определения окислителей используется рабочий раствор восстановителя щавелевой кислоты Н2С2О4, которая окисляется до СО2. Таким образом, при перманганатометрическом определении окислителей не­обходимы два рабочих раствора.

При определении индифферентных веществ, например ионов Са2+, можно пользоваться только одним рабочим раствором КМnО4 (заместительное титрование) или двумя титрантами (КМnО4, Н2С2О4) - при обратном титровании.

При использовании заместительного титрования анали­зируемый раствор, содержащий ионы Са2+, обрабатывают каким-либо растворимым оксалатом, например Na2C2O4, так, чтобы все ионы Са2+ осадились в виде труднораство­римого СаС2О4. Выпавший осадок отфильтровывают, про­мывают и растворяют в серной кислоте:

 

СаС2О4 + H2SO4 = Н2С2О4 + CaSO4.

 

Щавелевую кислоту в полученном растворе титруют рабочим раствором КМnО4. Очевидно, что:

 

ν(l/5 KMnO4) = ν (l/2H2C2O4) = ν (l/2Ca2+).

 

На основании этого рассчитывают массу ионов Са2+ в анализируемом образце.

При использовании метода обратного титрования к анализируемому раствору, содержащему ионы Са2+, при­бавляют заведомо избыточный и точно измеренный объем стандартного раствора Н2С2О4. Выпавший осадок СаС2О4 отделяют и отбрасывают, а остаток добавленной Н2С2О4 оттитровывают рабочим раствором КМnО4. В этом случае

 

ν (l/2Ca2+)= ν (l/2H2C2O4) - ν (l/5 KMnO4).

 

На основании записанного равенства рассчитывают ко­личество или массу ионов Са2+ в анализируемой пробе.

 

21.3. Приготовление рабочего раствора КМnО4 и его стандартизация

 

Перманганат калия КМnО4 содержит примеси. Среди них имеется и соединение оксид марганца (IV) МnО2. Это соединение катализирует реакцию окисления воды перманганатом:

 

4 МnО-4 + 2Н2О = 4МnО2 + 3О2 + 4ОН-.

 

Кроме этого, при растворении в воде перманганат ка­лия окисляет органические вещества, которые содержат­ся в дистиллированной воде. На устойчивость раствора КМnО4 влияет даже свет. Все эти факторы изменяют кон­центрацию раствора КМnО4 и вследствие этого нельзя при­готовить его первичный стандартный раствор. В этом случае сначала готовят раствор КМnО4 с концентрацией, прибли­зительно равной требуемой (обычно 0,02 или 0,05 моль/л). Раствор оставляют на несколько дней до полного осаждения МnО2. После этого раствор КМnО4 берут для работы с по­мощью сифона так, чтобы осадок МnО2 остался на дне бутылки. В качестве исходных веществ для установки точной концентрации рабочего раствора КМnО4 обычно применя­ют оксалат аммония (NH4)2C2O4 • Н2О, оксалат натрия Na2C2O4 и щавелевую кислоту Н2С2О • 2Н2О. Наиболее удобным из этих веществ является оксалат натрия, так как он кристаллизуется без воды и не гигроскопичен. Раз­ность окислительно-восстановительных потенциалов пар МnО-4 /Мn2+ 0 = 1,51В) и 2СО22О42- (Е0 = -0,49В) со­ставляет 2,01В. Большая разность потенциалов показыва­ет, что реакция протекает практически необратимо.

Для приготовления 0,1000 н. раствора щавелевой кисло­ты взвешивают 1,5758 г ее кристаллогидрата Н2С2О4 • 2Н2О на аналитических весах в бюксе или на часовом стекле. Предварительно кристаллогидрат щавелевой кислоты дол­жен быть очищен путем его перекристаллизации из воды и высушен над безводным хлоридом кальция в эксикаторе. Навеску аккуратно переносят через воронку в мерную колбу вместимостью 250 мл, после чего бюкс или часовое стекло 2-3 раза обмывают водой. Промывные воды переносят через воронку в эту же мерную колбу. Когда навеска полностью растворится, доливают раствор водой до метки, закрывают пробкой и тщательно перемешивают. Таким же образом готовится 0,1000 н. раствор оксалата натрия.

В сильнокислой среде КМnО4 количественно восста­навливается щавелевой кислотой:

 

2КМnО4 + 5Н2С2О4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 10СО2 + 8Н2О.

 

Полуреакции:

 

2С2О4 как слабый электролит при диссоциации по вто­рой ступени в сильнокислой среде существует в виде моле­кул). Хотя восстановительные свойства оксалат-ионов до­вольно хорошо выражены (E0(2СО2/ С2О42-) = -0,49 В), ре­акция между ними и МnО4 -ионами в начальный момент (первые капли КМnО4) протекает очень медленно, а по­следующие капли раствора КМnО4 обесцвечиваются очень быстро. Это связано с тем, что рассматриваемая реакция является автокаталитической и катализируется од­ним из продуктов реакции, а именно ионами Мn2+. Чтобы ускорить обесцвечивание первых порций КМnО4, реакци­онную смесь в колбе для титрования нагревают до 80—90 °С (кипятить нельзя во избежание разложения Н2С2О4!). После появления в реакционной смеси катализатора - ио­на Мn2+ - реакция становится автокаталитической и про­текает с большой скоростью, так что последующие порции раствора КМnО4 в ходе титрования обесцвечиваются сра­зу же.

Раствор КМnО4 с установленной концентрацией, в свою очередь, может служить вторичным стандартным раство­ром для стандартизации раствора восстановителя FeSO4. Это титрование выполняется на холоде, так как нагрева­ние раствора ускоряет обычную реакцию окисления ионов Fe2+ кислородом воздуха.

 

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.В какой среде применяется титрование раствором КМnО4 и почему?

2. Как фиксируется конечная точка титрования перманганатометрии ?

3. Какие методы титрования используются для определе­ния: а) восстановителей; б) окислителей: в) индиффе­рентных веществ?

4. Объясните, как готовится рабочий раствор КМnО4.

5.Перечислите факторы, за счет которых изменяется кон­центрация рабочего раствора КМnО4.

6. Какие исходные вещества применяются для установки точной концентрации рабочего раствора КМnО4?

7. Пользуясь электронно-ионным методом (методом полуреакций), составьте уравнения ОВ-реакций:

а) Н2С2О4 + KMnO4 + H2SO4 → СO2 + ... ;

б) Н2О2 + KMnO4 + H2SO4 → О2 + ... ;

в) КМnО4 + Н2О2

г) MnSO4 + KMnO4 + Н2О → МnО2 + ... .

ЗАДАЧИ

 

1. Вычислите молярные массы эквивалентов: a) Fe2+; б) Na2C2O4; в) KI в реакциях с КМnО4 в кислой среде.

Ответ, а) 55,85 г/моль; б) 67,00 г/моль; в) 166,01 г/моль.

2. Сколько граммов КМnО4 надо взять для приготовления 2 л раствора с титром 0,003510 г/мл?

Ответ. 7,02 г.

3. На титрование 0,0244 г Н2С2О4 • 2Н2О израсходовано 19,5 мл раствора КМnО4. Вычислите нормальность и титр раствора КМnО4.

Ответ. 0,01986 моль/л; 0,0006276 г/мл.

4. На титрование 25,0 мл 0,0500 н. раствора КМnО4 в кислой среде пошло 10,2 мл раствора нитрита натрия. Сколько граммов

NaNO2 содержится в 100 мл его раствора?

Ответ. 0,4228 г.

5. Сколько граммов FeSO4 • 7H2O было взято для приготовления 50 мл раствора, если на титрование 25,0 мл его в кислой среде по­ло 20,0 мл раствора КМnО4, титр которого равен 0,000632 г/мл?

Ответ. 1,112 г.

6. К 10,0 мл анализируемого раствора К2Сr2О7 , подкисленного cсерной кислотой, добавили 20,0 мл 0,1000 н. раствора FeSO4. На итрование избытка FeSO4 пошло 28,0 мл 0,05000 н. раствора; KМnО4. Вычислите, сколько граммов К2Сr2O7 содержится в 200 мл нализируемого раствора.

Ответ. 0,5884 г.

 







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 4886. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.006 сек.) русская версия | украинская версия