Определение содержания Fe (II) в анализируемом растворе методом прямого окислительно-восстановительного титрования

Метод перманганатометрии основан на реакциях окисления восстановителей перманганат-ионом. Окисление может проводиться в кислой, щелочной и нейтральной среде.

Кислая среда:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^-® Mn²⁺+ 4H₂O

Щелочная среда:

MnO₄^- + e^-® MnO₄^2-

Слабощелочная или нейтральная среда:

MnO₄^- + 2H₂O + 3e^-® MnO₂↓ + 4ОН^-

В то время как при титровании в кислой среде образуются почти бесцветные ионы Mn²⁺, в слабощелочной или нейтральной среде выпадает темно-бурый осадок MnO₂, что сильно затрудняет фиксирование точки эквивалентности.

Кроме того, окислительная способность перманганата калия в кислой среде гораздо выше, чем в щелочной. Поэтому в перманганатометрии используют чаще всего реакции окисления перманганатом в кислой среде. Титрование перманганатом проводят без индикатора. Приготовить титрованный раствор перманганата по точной навеске нельзя, так как твердый KMnO₄ всегда в какой-то степени загрязнен диоксидом марганца MnO₂. Кроме того, он легко разлагается под влиянием восстановителей – аммиака, органических веществ, попадающих в воду. Вследствие этого концентрация раствора KMnO₄ в первое время после приготовления несколько уменьшается. Перманганат окисляет саму воду:

4MnO₄^- + 2H₂O® 4MnO₂↓ + 3O₂ + 4 OH^-

Процесс окисления воды медленный, но ускоряется при нагревании, освещении, под действием кислот, оснований, ионов Mn⁺² и MnO₂ (автокатализ). Необходимо свести влияние всех этих факторов к минимуму. Для этого нужно соблюдать следующие правила работы с раствором перманганата калия:

1) титр раствора перманганата калия устанавливают не ранее, чем через 7-10 дней после его приготовления;

2) периодически удаляют осадок MnO₂, содержащийся в растворе перманганата, т.к. он каталитически ускоряет разложение KMnO₄ (удаляют фильтрованием через стеклянный фильтр;

3) не допускают соприкосновения раствора перманганата калия с резиной, бумагой, т.к. KMnO₄ окисляет эти вещества;

4) хранят раствор перманганата в темноте или в склянке из темного стекла;

5) стандартизируют раствор через каждые 1-2 недели.

В качестве первичного стандарта при стандартизации раствора перманганата калия используют раствор оксалата натрия (Na₂C₂O₄) или щавелевой кислоты (Н₂С₂О₄). В кислом растворе перманганат окисляет щавелевую кислоту до углекислого газа и воды. При этом суммарная реакция выражается уравнением:

2КMnO₄ + 5H₂C₂O₄ + 3H₂SO₄® 2MnSO₄ + 10CO₂↑ + 8H₂O + K₂SO₄

Окисление оксалат–ионов происходит по схеме:

С₂О₄^2-- 2е^-® 2СО₂

Используя перманганатометрию, можно определять содержание в растворе различных восстановителей, например, ионов Fe²⁺, Sn²⁺. Данное определение основано на реакции:

MnO₄^- + 5Fe²⁺ + 8H⁺®Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O

Титрование ведут в кислой среде (для этого раствор подкисляют серной кислотой).

Оборудование и реактивы

Бюретка вместимостью 25,00 см³, конические колбы для титрования вместимостью 250 см³, пипетка Мора вместимостью 10,00 см³, мерный цилиндр вместимостью 25 или 50 см³, стакан вместимостью 100-150 см³, воронка, капельница, промывалка, анализируемый раствор Fe (II), раствор перманганата калия с точно известной концентрацией, раствор серной кислоты (С=2 н.).

Ход работы

В мерную колбу вместимостью 100,0 cм³ вносят определенное количество раствора соли Мора (сульфат железа (II)), доводят объем колбы до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Отмеряют пипеткой 10,00 cм³этого раствора, переносят в коническую колбу для титрования, добавляют 10-15 cм³ 2 н. раствора серной кислоты и титруют рабочим раствором перманганата калия. Титрование проводят на холоде, т.к. при нагревании ион Fe²⁺ окисляется кислородом воздуха до иона Fe³⁺. Добавление перманганата прекращают после того, как раствор примет бледно-розовую окраску, не исчезающую в течение 30 секунд. Титрование проводят не менее 3-х раз, до сходящихся результатов. Результаты титрования заносят в таблицу:

Титрант – раствор перманганата калия (указывают точную молярную концентрацию эквивалента), определяемое вещество – Fe (II).

По результатам титрования рассчитывают массу железа (II) (г) в полученной для анализа пробе по формуле:

,

гдеm(Fe) – масса Fe, г;С(1/5KMnO₄) – молярная концентрация эквивалента раствора перманганата калия, моль/дм³ эквивалента;  – средний объем раствора перманганата калия, см³;М(Fe) – молярная масса эквивалента железа, г/моль эквивалента; – объем мерной колбы, см³; – объем аликвоты, см³; 10^-3 – коэффициент пересчета.

Контрольные вопросы

1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными реакциями? Какое уравнение используют для расчета потенциала окислительно-восстановительной системы?

2. Вид кривых титрования в методе редоксиметриии. Рабочие растворы, определяемые вещества и установочные вещества в редоксиметрии. Выбор индикаторов.

3. Что представляют собой окислительно-восстановительные индикаторы? Какой химический процесс является причиной изменения их окраски?

4. Что такое автокатализ? Приведите примеры автокаталитических реакций.

Лабораторная работа № 4