лаб.раб.1 Перманганатометрия

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ
МЕТОДОМ ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИИ
Теоретическая часть
В основе оксидиметрии лежат окислительно-восстановительные реакции.
Оксидиметрия
подразделяется
на
ряд
методов:
иодометрия,
хроматография, броматометрия и др.
Реакции
окислительно-восстановительные
протекают
сложнее,
чем
ионообменные реакции. Основные особенности Red-Ox реакций:
1) во многих реакциях взаимодействуют не только окислители и
восстановители, но и другие вещества (например, кислоты и щелочи);
2) реакции часто протекают в несколько стадий, причем каждая
из них протекает с различной скоростью;
3) скорость Red-Ox реакций < скорости ионообменных реакций;
они не идут мгновенно, требуют t и особых условий, обеспечивающих
быстрое доведение процесса до конца;
4) возможно разное направление реакций при одних и тех же
исходных веществах. Кроме того в процессе реакции нередко
образуются вещества, изменяющие ход самой реакции.
Скорость,
реакции
часто
повышают
искусственно:
увеличением
температуры, концентрации реагирующих веществ, изменением рН раствора и
применением катализатора.
Индикаторы в оксидиметрии часто сами являются окислителями или
восстановителями: переходя из окисленной формы в восстановленную, они
изменяют цвет (Red-Ox индикаторы).
1
В некоторых случаях возможно титрование без индикатора, если окраска
рабочего раствора достаточно яркая и резко изменяется в результате реакции.
Метод перманганатометрии применяется для определения окисляемости
воды, то есть для окисления органическиж веществ и восстановителей,
присутствующих в сточных водах.
Перманганат калия является сильным окислителем, особенно в кислой
среде. В зависимости от среды KMnO4 восстанавливается до различных
конечных продуктов.
В кислой среде ионы
MnO4–→ Mn2б/цв:
MnO4– + 5ē + 8Н+→ Mn2+ + 4Н2О
В слабокислой и нейтральной среде
MnO4–→ MnО2:
MnO4– + 2Н2О +3е + MnО2↓ + 4ОН–
темно-коричневый
Образование темного осадка затрудняет определение конца реакции,
поэтому титрование проводят в кислой среде, прибавляя изб. кислоты.
Для подкисления прибавляют только серную кислоту (НСl вступает с
KMnO4 в окислительно-восстановительную реакцию).
Ионы MnO4– придают раствору малиновую окраску. В процессе титрования
раствор
обесцвечивается.
В
момент,
когда
в
растворе
не
остается
восстановителя, от прибавления одной капли KMnO4 титруемая смесь
приобретает розовую окраску. Таким образом, конец реакции фиксируется с
помощью рабочего раствора и индикатор в этом случае не используется.
В некоторых случаях реакция окисления KMnO4 идет с небольшой
скоростью. Поэтому титрование проводят в нагретом почти до кипения
раствора. Реакция ускоряется и за счет действия катализатора Mn2+,
образующегося в процессе реакции (автокатализ). Однако в начале титрования
2
катализатор отсутствует, поэтому первые порции раствора KMnO4 реагируют
медленно, и начать титровать нужно с прибавления небольших порций KMnO4.
Титрованный раствор KMnO4 по точной навеске приготовить нельзя, так
как KMnO4 всегда содержит примеси, например MnO2. Кроме того, он легко
восстанавливается, реагирую с примесями в воздухе. Поэтому раствор KMnO4.
Готовят приблизительно нужной концентрации, а точный титр рассчитывают.
Исходным веществом для установки титра KMnO4
служит щавелевая
кислота Н2С2О4 ∙ 2Н2О. При титровании протекает следующая реакция:
2KMnO4. + 3Н2SO4 + 5Н2С2О4 = 2MnO4. + 10 CO2↑+ 8Н2О
С2О42–2e → 2СО2
│5
MnO4– + 8Н+ + 5е→Mn2+ + 4Н2О
│2
В этом случае
Э KMnO4 
M
5
Перманганатометрию чаще всего применяют для анализа восстановителей.
Однако метод можно применять и для определения окислителей. В этом случае
используют обратное титрование, прибавляя к определенному веществу
заведомо избыточное точно отмеренное количество раствора восстановителя.
Затем избыток восстановителя титруют раствором KMnO4.
3
Экспериментальная часть
1.Определение нормальной концентрации и титра раствора KMnO4
Цель работы:
Ознакомится с одним из методов оксидиметрии – перманганатометрии.
Определить нормальность и титр раствора KMnO4. По установленной
концентрации KMnO4 определить концентрацию Fe2+ в выданном растворе.
Ход работы:
1 – мл точно 0,1н раствора щавельной кислоты пипеткой переносят в колбу
объемом 250мл, добавляют 50мл воды (мерным цилиндром) и 15мл
разбавленной H2SO4, полученный раствор нагревают (кипятить нельзя, т.к.
щавельная кислота разлагается). В бюретку помещают раствор и устанавливают
мениск на нуле. Если нижний край мениска плохо виден, все отчеты делают по
верхнему краю мениска.
Горячий раствор титруют раствором KMnO4 до появления первого
неисчезающего бледно-розового окрашивания. Во время титрования раствор
надо непрерывно перемешивать. Добавлять новую порцию KMnO4 следует
только после полного исчезновения окраски от предыдущей порции. Получают
2-3 сходящихся результата и вычисляют нормальную концентрацию KMnO4 и
титр раствора KMnO4.
VH2C2O4  N H2C2O4  VKMnO4  N KMnO4
T
N KMnO4  Э KMnO4
1000
[г / мл]
2.Определение концентрации Fe2+ в исследуемом образце воды
4
Ход работы:
У преподавателя получить задачу (колбу с раствором Fe2+ определенной
концентрации);
Добавить 5мл раствора H2SO4. Титровать (без нагрева, т.к. при нагревании
Fe2+ окисляется кислородом воздуха).
В конце титрования раствор KMnO4 приливают по капле до появления от
последней капли устойчивой бледно-розовой окраски. Желтая окраска Fe3+
затрудняет определение конца титрования. Для увеличения резкости изменения
окраски в раствор перед титрованием вносят 5мл фосфорной кислоты,
образующие бесцветные комплексные анионы с катионом Fe3+.
Расчеты ведут по формулам:
N KMnO4  VKMnO4  N c  Vc
Реакция между KMnO4 и солями железа (II) протекают по уравнению:
Fe2+-2e→Fe3+
10
MnO4¯+8H++5e→Mn2++4H2O
2
Рассчитать массовую долю FeSO4 в растворе.
5
Ионы MnO4¯придают раствору малиновую окраску. В процессе титрования
раствор
обесцвечивается.
В
момент,
когда
в
растворе
не
остается
восстановителя, от прибавления одной капли раствора KMnO4 титруемая смесь
приобретает розовую окраску. Таким образом, конец реакции фиксируется с
помощью рабочего раствора и индикатор в этом методе не используется.
В некоторых случаях реакция окисления KMnO4 идет с небольшой
скоростью. Поэтому титрование проводится в нагретом почти до кипения
растворе. Реакция ускаряется и за счет действия катализатора Mn2+,
образующегося в процессе реакции (автокатализ). Однако в начале титрования
катализатор отсутствует, поэтому первые порции раствора KMnO4 реагируют
медленно, и начинать титровать нужно с прибавления небольших порций
раствора KMnO4.
Титрованный раствор KMnO4 по точной навеске приготовить нельзя, т.к.
KMnO4 всегда содержит примеси, например MnO2. Кроме того, он легко
восстанавливается, реагируя с примесями в воздухе. Поэтому раствор KMnO4
приблизительно нужной концентрации, а точный титр рассчитывают.
Исходным веществом для установки титра KMnO4 служит щавельная
кислота Н2С2O4·H2O. При титровании протекает следующая реакция:
2KMnO4+3H2SO4+5H2C2O4=2MnSO4+10CO2↑+8H2O
C2O42- - 2e→2CO2
5
MnO4- + 8H++5e→Mn2++4H2O
2
Перманганатометрию чаще всего применяют для анализа восстановителей.
Однако метод можно применять и для определения окислителей. В этом случае
применяют обратное титрование, прибавляя к определяемому веществу
заведомо избыточное точно отмеренное количество раствора восстановителя.
Затем избыток восстановителя титруют раствором KMnO4.
6