15.03.2012 г.

Ковалюк Т.В., 25Б111(2) группа

Лабораторная работа № 2

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

Цель работы: определить содержание Fe (II) в анализируемом растворе методом прямого ОВР-титрования.

Оборудование и реактивы:

1. Бюретка вместимостью 25,00 см³

2. Конические колбы для титрования вместимостью 250 см³

3. Пипетка Мора вместимостью 10,00 см³

4. Мерный цилиндр вместимостью 25 или 50 см³

5. Стакан вместимостью 100-150 см³

6. Воронка

7. Капельница

8. промывалка

9. Анализируемый раствор Fe (II)

10. Раствор перманганата калия с точно известной концентрацией

11. Раствор серной кислоты (C=2 н.)

Титрант: раствор перманганата калия (C=0,05048 н.)

Определяемое вещество: Fe (II)

Индикатор: безиндикаторный метод

Уравнение реакции титрования:

- окислитель, восстановление

- восстановитель, окисление

f_экв.( КMnO₄)= ; M(1/5КMnO₄)= 31,61 г/моль;

f_экв.(Fe)=1; M(Fe)=55,85 г/моль.

1. Теоретическая часть

Методы окислительно-восстановительного титрования, или редоксиметрии, основаны на количественном окислении или восстановлении определяемых веществ. Эти методы нашли широкое применение в анализе. В них используются реакции, при которых происходит перенос одного или нескольких электронов от одного иона (атома, молекулы) к другому иону (атому, молекуле). При этом число электронов, отданных одной частицей, должно быть эквивалентно количеству электронов, принятых другой. В результате такого перераспределения электронов происходит изменение степени окисления частиц, участвующих в химической реакции. Степень окисления восстанавливающихся частиц понижается (данные частицы являются окислителями), а степень окисления окисляющихся частиц (восстановителей) повышается.

Любую окислительно-восстановительную реакцию можно представить в виде двух отдельных полуреакций. Полуреакция – это уравнение переноса электронов между двумя различными степенями окисления одного и того же элемента.

Электроны могут передаваться не только от одной частицы к другой, но также и путем присоединения или отщепления электроноакцепторной частицы (атом кислорода, молекула хлора и т.п.) или электронодонорной частицы (молекула водорода, атом металла и т.д.).

Так как свободные электроны не могут накапливаться в реакционной системе, то окислительный процесс всегда сопровождается одновременно другим процессом - восстановительным.

Методы редоксиметрии:

а) в зависимости от используемых титрантов, подразделяются на:

1. Перманганатометрию. Титрант – раствор перманганата калия КMnO₄. Индикатор – избыточная капля титранта.

2. Иодометрию. Титрант – раствор свободного иода I₂ или тиосульфата натрия Na₂S₂O₃. Индикатор – крахмал.

3. Дихроматометрию, которая основана на использовании в качестве рабочего раствора дихромата калия (K₂Cr₂O₇). Метод может применяться как для прямых, так и косвенных определений восстановителей.

4. Броматометрию, которая основана на использовании в качестве титранта бромата калия (KBrO₃) при определении восстановителей.

5. Ванадатометрия дает возможность использовать окислительную способность ванадата аммония (NH₄VO₃). Кроме перечисленных методов в лабораторной практике используются и такие методы как цериметрия (Ce⁴⁺), титанометрия и другие.

6. Иодатометрия применяет в качестве рабочего раствора раствор иодата калия (KIO₃) при определении восстановителей.

б) по способу титрования различают:

1. Прямое титрование. При прямом титровании титрант непосредственно добавляют к титруемому веществу.

2. Обратное титрование. При обратном титровании к определяемому веществу добавляется заведомый избыток титранта.

3. Заместительное титрование. При заместительном титровании к раствору определяемого вещества добавляют сначала заведомый избыток специального реагента и затем титруют один из продуктов реакции между анализируемым веществом и добавленным реагентом.

Окислительно-восстановительный индикатор, как и в методе нейтрализации, выбирают на основании кривой титрования. Для титрования следует брать такой индикатор, изменение окраски которого будет включать в себя значение потенциала в точке эквивалентности. При титровании необходимо учитывать, что процесс перехода электронов между окисленной и восстановленной формами происходит довольно медленно, поэтому скорость титрования, особенно вблизи точки эквивалентности, должна быть невысокой.

Точка эквивалентности окислительно-восстановительного титрования фиксируется как с помощью индикаторов, так и безиндикаторным способом. Безиндикаторный способ применяется в тех случаях, когда окисленная и восстановленная формы титранта отличаются. В точке эквивалентности, при введении 1 капли избытка раствора титранта изменит окраску раствора.

Безындикаторным способом можно проводить определения перманганатометрическим методом, т.к. в точке эквивалентности от одной капли раствора перманганата калия титруемый раствор окрашивается в бледно-розовый цвет. При индикаторном способе фиксирования точки эквивалентности применяют специфические и редокс-индикаторы. К специфическим индикаторам относится крахмал в иодометрии, который в присутствии свободного иода окрашивается в интенсивно-синий цвет вследствие образования адсорбционного соединения синего цвета.

Редокс-индикаторы – это вещества, у которых окраска меняется при достижении определенного значения окислительно-восстановительного (редокспотенциала). К редокс-индикаторам относится, например, дифениламин NH(C₆H₅)₂. При действии на бесцветные растворы его окислителями он окрашивается в сине-фиолетовый цвет.

Редокс-индикаторам предъявляют следующие требования:

1. окраска окисленной и восстановленной формы должна быть различна;

2. изменение цвета должно быть заметно при небольшом количестве индикатора;

3. индикатор должен реагировать в точке эквивалентности с весьма небольшим избытком восстановителя или окислителя;

4. интервал действия его должен быть как можно меньше;

5. индикатор должен быть устойчив к воздействию компонентов окружающей среды (О₂, воздуха, СО₂, света и т.п.).

В основе перманганатометрии лежит реакция окисления различных восстановителей рабочим раствором перманганата калия, т.е. ионом MnO₄^-. Окисление может проводиться в кислой, щелочной и нейтральной среде.

Кислая среда:

Щелочная среда:

Слабощелочная или нейтральная среда:

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. При титровании перманганатом не применяют индикаторы, так как реагент сам окрашен и является чувствительным индикатором.

Для определения концентрации титранта используют растворы с точно известным содержанием (стандартные растворы): Na₂C₂O₄, As₂O₃ (в присутствии KIO₃ в качестве катализатора), FeSО₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O и K₄[Fe(CN)₆]·3H₂O.

Перманганатометрию применяют для определения: Fe (II), Sb (III), Mn (II), V (IV), W (V), U (IV), Tl (I), Cr (III), H₂O₂, H₂C₂O₄ и ее солей, арсенитов, гидразина и ряда орг. веществ (например, хлоруксусной и пропионовой кислот в щелочной среде); обратным перманганатометрическим титрованием определяют восстановители, медленно реагирующие с KMnO4, – иодиды, цианиды, фосфиты.

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:

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).

При титровании раствора железа раствором перманганата калия в точке эквивалентности количество вещества эквивалента железа равно количеству вещества эквивалента перманганата калия:

Количества вещества эквивалента определяемого вещества (Fe) и титранта (KMnO₄) можно выразить следующим образом:

и =

Тогда в точке эквивалентности:

Поскольку для титрования была взята только часть анализируемого раствора, нужно учесть коэффициент разбавления пробы (V₀/V_x), тогда:

Следовательно, масса железа (г) в анализируемом растворе рассчитывается по формуле: