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