Стандартизация рабочего раствора

ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ KMnO₄

Перманганат калия обычно содержит ряд примесей, поэтому нельзя считать, что раствор, приготовленный из навески, имеет точную концентрацию, т.е. является стандартным. Кроме того, концентрация перманганата в растворе понижается из-за его взаимодействия с органическими веществами и другими восстановителями, присутствующими в воде.

Раствор перманганата калия должен храниться в склянке из темного стекла, так как под действием света происходит разложение его по реакции:

4 KMnO₄ +2 H₂O à 4 MnO₂ ¯ + 4 KOH + 3O₂

Через 5-7 дней после приготовления раствор перманганата калия отфильтровывают через стеклянный фильтр и проводят его стандартизацию.

Молярную концентрацию эквивалента раствора перманганата калия обычно устанавливают по стандартному раствору перекристаллизованного кристаллогидрата щавелевой кислоты Н₂С₂О₄^. 2Н₂О.

 

Стандартизация раствора перманганата калия по щавелевой кислоте

Реакция между перманганатом калия и щавелевой кислотой в сернокислой среде протекает по следующему уравнению:

2KMnO₄ + 5H₂C₂O₄ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 10CO₂ + K₂SO₄ + 8H₂O

2 êMnO₄^- + 8 H⁺ + 5 e ® Mn²⁺ + 4 H₂O

5 êH₂C₂O₄ - 2 e à 2 CO₂ + 2 H⁺

Порядок выполнения работы

1. Промойте и наполните бюретку раствором перманганата калия. Установите уровень жидкости на нулевом делении по верхнему краю мениска (для окрашенных жидкостей). Не забудьте заполнить кончик бюретки.

2. В колбу для титрования цилиндром налейте 15 мл 1 М раствора серной кислоты H₂SO₄ и 25 мл дистиллированной воды. Колбу поставьте на асбестовую сетку над газовой горелкой и нагрейте раствор до 70-80^оС. Чистую пипетку ополосните раствором щавелевой кислоты. Отмерьте пипеткой точный объем раствора щавелевой кислоты H₂C₂O₄ и перенесите его в колбу для титрования c нагретым раствором серной кислоты.

3. Оттитруйте горячий раствор щавелевой кислоты перманганатом калия. Катализатором реакции служат ионы Mn²⁺, которые являются одним из продуктов реакции. В начале титрования реакция идет медленно, первые капли перманганата обесцвечиваются с трудом. Поэтому прибавление первого миллилитра перманганата нужно проводить очень медленно. После того как образовались ионы Mn²⁺, скорость реакции увеличивается, и титрование можно вести быстрее, прибавляя перманганат калия маленькими порциями и сильно перемешивая раствор в колбе. Новая порция прибавляется только после обесцвечивания предыдущей. Конец титрования определяется по появлению неисчезающей в течение 1-2 минут бледно-розовой окраски от одной лишней капли перманганата калия. Взятый объем щавелевой кислоты и объем перманганата калия, пошедший на титрование, запишите в таблицу.

4. Титрование повторите до получения двух-трех сходящихся результатов. Вычислите среднее значение объема перманганата калия.

5. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр раствора перманганата калия. Полученные результаты будут использованы Вами в следующей работе.

 

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА В РАСТВОРЕ

СОЛИ МОРА, FeSO₄^.(NH₄)₂SO₄·^.6H₂O

 

Сульфат железа (II), входящий в состав соли Мора, вступает в реакцию с перманганатом калия в сернокислой среде по уравнению:

2 KMnO₄ + 10 FeSO₄ + 8 H₂SO₄ = 2 MnSO₄ + 5 Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8 H₂O

1 êMnO₄^- + 8 H⁺ + 5 e ® Mn²⁺ + 4 H₂O

5 ê Fe²⁺ - e à Fe³⁺

 

Порядок выполнения работы

1. Получите у лаборанта мерную колбу с контрольным раствором соли Мора. Номер колбы и ее объем запишите в тетрадь. Доведите объем раствора дистиллированной водой до метки, закройте колбу пробкой и хорошо перемешайте.

2. Заполните бюретку раствором перманганата калия, молярная концентрация эквивалента которого была установлена Вами в предыдущей работе.

3. В колбу для титрования возьмите пипеткой пробу раствора соли Мора (объем пипетки запишите в таблицу), добавьте цилиндром 15 мл 1 М раствора серной кислоты и 25 мл дистиллированной воды.

4. Оттитруйте раствор соли Мора перманганатом калия до появления бледно-розовой окраски. Титрование проводится при комнатной температуре. Объем перманганата калия, пошедший на титрование, запишите в таблицу.

5. Титрование повторите несколько раз до получения сходящихся результатов. Вычислите средний объем перманганата калия.

6. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента, титр раствора соли Мора по железу и содержание железа в контрольном растворе (объеме колбы).

7. Вычислите относительную ошибку анализа, узнав у преподавателя истинное содержание железа в контрольном растворе.

ИОДОМЕТРИЯ

 

Иодометрия - метод объемного анализа, основанный на окислительно-восстановительных реакциях, которые связаны с восстановлением I₂ до иодид-ионов I^- или окислением иодид-ионов I^- до свободного I₂:

I₂ + 2 e ® 2 I^- -иод расходуется

2 I^- - 2 e ® I₂ -иод образуется

Свободный иод является относительно слабым окислителем. Его стандартный потенциал (Е^о (I₂/2I^-) = + 0,54 В) находится приблизительно в середине полной таблицы окислительно-восстановительных потенциалов.

Восстановители, имеющие стандартный электродный потенциал меньше, чем 0,54 В (например, Na₂S₂O₃, и др.) могут быть окислены иодом;

Окислители, стандартный электродный потенциал которых больше, чем +0,54 В (например, KMnO₄, K₂Cr₂O₇, Cu²⁺ и др.) будут окислять иодид-ионы.

Таким образом, метод иодометрии может применяться для определения как окислителей, так и восстановителей. При проведении титрования необходимо учитывать, что I₂ проявляет окислительные свойства только в средах, близких к нейтральной. В кислых растворах иодид-ионы легко окисляются до свободного иода даже кислородом воздуха (особенно под воздействием света), а в щелочной среде иод диспропорционирует с образованием I^- и IO^- - ионов.

Рабочими растворами в методе иодометрии являются не только раствор иода (окислитель), но и раствор тиосульфата натрия (восстановитель). Обычно используют 0,1 или 0,05 моль/л рабочий раствор I₂. Однако, иод малорастворим в воде (насыщенный раствор содержит ~ 0,03% по массе иода), поэтому для приготовления рабочего раствора иода пользуются его хорошей растворимостью в концентрированных растворах KI (не ниже 10% по массе), сопровождающейся образованием комплексного соединения K[I₃]:

I₂ + KI ® K[I₃]

Комплексный ион [I₃]^-, имея малую константу устойчивости, легко диссоциирует на I^- -ион и I₂ и в растворах ведет себя так же, как и I₂.

Рабочий раствор иода в лабораториях часто готовят из фиксаналов (фиксанал - стандартный раствор высокой концентрации в запаянных ампулах заводского изготовления) путем разбавления содержимого ампулы в мерных колбах соответствующего объема (объем и число молей эквивалентов вещества в данном объеме указываются на ампуле).

В связи с тем, что реакции с участием свободного иода идут медленно, для определения сильных окислителей обычно не используют метод прямого титрования. Для количественного определения сильных окислителей методом иодометрии проводят титрование заместителя. В этом случае к раствору окислителя (определяемого вещества) добавляют избыток раствора иодида калия KI. Окислитель вытесняет из него эквивалентное количество свободного иода I₂. Выделившийся иод оттитровывают восстановителем - стандартным раствором тиосульфата натрия, и определяют содержание окислителя в анализируемом растворе.

Индикатором в иодометрии служит свежеприготовленный 1 %-ный раствор крахмала. При взаимодействии его с иодом протекают два процесса: адсорбция иода на поверхности молекул крахмала и образование комплексного соединения синего цвета - иодкрахмала. Для уменьшения адсорбции при титровании окислителя крахмал добавляют в титруемый раствор в конце титрования, когда основное количество иода уже прореагировало.

 

Лабораторная работа № 8

СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАСТВОРА ТИОСУЛЬФАТА НАТРИЯ, Na₂S₂O₃

 

Кристаллическому тиосульфату натрия соответствует формула Na₂S₂O₃^.5H₂O. Однако состав даже чистого препарата тиосульфата натрия этой формуле практически не соответствует, поэтому сначала готовят приблизительно 0,1 моль/л раствор, а затем проводят его стандартизацию по рабочему раствору иода или дихромата калия K₂Cr₂O₇.

 

Вариант 1. Стандартизация по иоду I₂

Реакция между тиосульфатом натрия и иодом протекает в нейтральной среде по следующему уравнению:

2 Na₂S₂O₃ + I₂ ® Na₂S₄O₆ + 2 NaI

ê2 S₂O₃^2- - 2 e à S₄O₆^2-

êI₂ + 2 e ® 2 I^-

Порядок выполнения работы

1. Промойте и заполните бюретку раствором тиосульфата натрия.

2. Ополосните пипетку стандартным раствором иода. Отмерьте пипеткой раствор иода и перенесите его в колбу для титрования. Или поместите раствор иода в колбу для титрования из общей бюретки.

3. Добавьте в колбу для титрования цилиндром 20-30 мл дистиллированной воды.

4. Оттитруйте раствор иода тиосульфатом натрия до светло-желтой окраски раствора в колбе.

5. Добавьте в колбу 2-3 мл крахмала с помощью цилиндра. Раствор окрасится в синий цвет. Продолжите титрование медленно по каплям, до резкого исчезновения цвета раствора.

6. Запишите в таблицу объем тиосульфата натрия, который пошел на титрование. Проведите несколько определений до получения сходящихся результатов.

7. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр раствора тиосульфата натрия.

 

Вариант 2. Стандартизация по дихромату калия K₂Cr₂O₇

Стандартизация раствора тиосульфата натрия по раствору дихромата калия основана на восстановлении дихромат-иона избытком иодида калия в сернокислой среде по реакции:

K₂Cr₂O₇ + 6 KI + 7 H₂SO₄ à Cr₂(SO₄)₃ + 3 I₂ + 4 K₂SO₄ + 7 H₂O

ê Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e à 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

3 ê2 I^- - 2 e ® I₂

Выделившийся свободный иод в количестве, эквивалентном количеству дихромата калия, титруют тиосульфатом натрия:

2 Na₂S₂O₃ + I₂ ® Na₂S₄O₆ + 2 NaI

ê2 S₂O₃^2- - 2 e à S₄O₆^2-

êI₂ + 2 e ® 2 I^-

Порядок выполнения работы

1. В коническую колбу для титрования налейте цилиндром 15 мл 20 % раствора KI и 20 мл 1 М раствора серной кислоты.

2. Промойте пипетку раствором дихромата калия. Отмерьте пипеткой точный объем раствора дихромата, перенесите его в колбу для титрования и перемешайте растворы. Или поместите раствор дихромата калия в колбу для титрования из общей бюретки.

3. Закройте колбу пробкой или фильтровальной бумагой и поставьте на 5 минут в темное место для завершения реакции.

4. Ополосните и заполните бюретку раствором тиосульфата натрия.

5. Добавьте в колбу для титрования цилиндром 20-30 мл дистиллированной воды.

6. Оттитруйте выделившийся иод тиосульфатом натрия до светло-желтой окраски раствора в колбе.

7. Добавьте в колбу цилиндром 2-3 мл крахмала. Раствор окрасится в темно-синий цвет. Продолжите титрование медленно, по каплям, до исчезновения синего цвета раствора (не доливайте растовор в бюретку!).

8. Запишите в таблицу объем тиосульфата натрия, который пошел на титрование. Сделайте несколько определений до получения сходящихся результатов.

9. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр раствора тиосульфата натрия.

Лабораторная работа № 9