Вирішення задач по аналітичній хімії (стр. 14 из 15)

MnO₄‾ + 8H⁺ + 5e‾ → Mn²⁺ + 4H₂O.

У слабокислих або лужних розчинах перманганат відновлюється до Mn⁴⁺, який випадає у вигляді нерозчинного осаду двоокису марганцю:

MnO₄‾ + 4H⁺ + 3e‾ → MnO₂↓ + 2H₂O

Метод застосовують для визначення багатьох відновників, серед них

Fe²⁺, Sn²⁺, Mn²⁺, V⁴⁺, U⁴⁺.

При титруванні розчином перманганату калію звичайно не застосовують ніяких спеціальних індикаторів. Точку еквівалентності встановлюють за рожевим забарвленням, яке виникає від невеликого надлишку добавленого розчину перманганату. Отже, індикатором є самробочий розчин.

Оскільки препарат KMnO₄не має властивостей вихідної речовини через значну кількість домішок двоокису марганцю, нормальність розчину перманганату калію встановлюють за щавлевою кислотою.

№ 132

Титровані розчини методу перманганатометрії. У чому полягає різниця приготування робочого титрованого розчину КMnO₄ та стандартного розчину щавлевої кислоти?

Робочим розчином методу перманганатометрії є розчин перманганату калію. Після встановлення нормальності цього розчину за щавлевою кислотою він має назву титрований робочий розчин. Різниця приготування титрованого робочого розчину КMnO₄ та стандартного розчину щавлевої кислоти полягає в тому, що, по-перше, препарат перманганату калію, на відміну від препарату щавлевої кислоти, не містить кристалізаційної води (яку останній з часом втрачає), отже його не треба перекристалізовувати перед розчиненням; по-друге, приготувавши стандартний розчин щавлевої кислоти, ми будемо знати його нормальність з достатньою точністю, тоді як нормальність приготовленого робочого розчину КMnO₄ відома лише приблизно і встановити її буде необхідно за тим же розчином щавлевої кислоти.

№ 133

Дати мотивовану відповідь, чи можна приготувати титрований розчин KMnO₄, виходячи з точної наважки, без встановлення його концентрації за вихідною речовиною

НЕ МОЖНА. Тому, що KMnO₄не має властивостей вихідної речовини. Препарат завжди має більшу або меншу кількість домішок двоокису марганцю, позбутися яких важко. Крім того, концентрація розчину KMnO₄ з часом змінюється внаслідок відновлення під впливом світла, невеликих кількостей органічних речовин, які потрапляють у розчин з пилом, тощо.

Точну концентрацію розчину KMnO₄ можна встановити за щавелевою кислотою.

№ 134

Розрахувати наважку КMnO₄, необхідну для приготування 1,0 л 0,05 н розчину. Зазначити основні етапи приготування розчину КMnO₄

Зрівняння реакції

MnO₄‾ + 8Н⁺ + 5е^– → Mn²⁺ + 4H₂O

бачимо, що еквівалент КMnO₄ рівний

його молярної маси. Отже, для того, щоб приготувати 1 л 0,05 н розчину, треба відважити на технічних терезах

препарату КMnO₄.

Наважку переносять у вимірювальну колбу і заливають приблизно на ½ дистильованою водою, старанно перемішують до повного розчинення кристалів. Слідкують, щоб кристали КMnO₄ розчинились повністю, оскільки процес дуже повільний. Потім доводять об’єм розчину до 1 л. Не раніше, як через 10–12 діб нормальність отриманого розчину встановлюють за щавлевою кислотою.

№ 135

Скласти рівняння реакції, яка відбувається при встановленні нормальності робочого розчину КMnO₄ за вихідною речовиною. Зазначити хід та умови цього визначення

Рівняння реакції:

2КMnO₄ + 5H₂С₂O₄ + 3H₂SO₄ → К₂SO₄ + 2MnSO₄ + 10CO₂↑ + 8H₂O

2 MnO₄‾ + 8H⁺ + 5е^– → Mn²⁺ + 4H₂O

5

C₂O₄^2– → 2е^– + 2CO₂↑

2MnO₄‾ + 5C₂O₄^2– + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO₂↑ + 8H₂O

Хід визначення: піпеткою відбирають 20 або 25 мл 0,1 н розчину щавлевої кислоти і переносять у конічну колбу ємністю 200 мл. Добавляють 15–20 мл розчину сірчаної кислоти (1:4) і нагрівають до температури 80–90°С. При цьому стежать, щоб стінки колби вище рівня рідини не перегрівались, оскільки це може призвести до термічного розкладу щавлевої кислоти:

t°

H₂С₂O₄ → CO₂↑ + CO↑ + H₂O

До гарячого розчину щавлевої кислоти з бюретки добавляють кілька крапель розчину перманганату калію і чекають, доки зникне рожеве забарвлення. Потім додають наступні порції розчину перманганату, щоразу чекаючи зникнення рожевого забарвлення. Після додавання 2–3 мл розчину перманганату титрування йде швидше і робочий розчин можна добавляти більшими порціями. Ознакою кінця титрування є забарвлення розчину в рожевий колір, який не зникає тривалий час. Визначення треба повторити з новими порціями розчину щавлевої кислоти ще 2–3 рази, при цьому розходження в об’ємах між окремими паралельними пробами не має перевищувати 0,02–0,03 мл. Відлічувати об’єм розчину перманганату, витраченого на титрування, зручно за верхнім меніском на бюретці. Нормальність розчину перманганату обчислюють за формулою:

№ 136

Як прискорити реакцію, що є основою визначення концентрації розчину KMnO₄? Що є каталізатором?

Реакція між KMnO₄ і щавлевою кислотою безпосередньо не йде або йде дуже повільно. Навпаки, швидкість реакції між KMnO₄ і іонами марганцю(ІІ), в результаті якої утворюється двоокис марганцю, досить велика. Найшвидше взаємодіють MnO₂ та H₂C₂O₄.

Досліди показують, що каталізатором в даній реакції є іони марганцю(ІІ). Збільшення їх концентрації значно прискорює реакцію.

№ 137

Чому не потрібен індикатор при перманганатометричних визначеннях? Як встановлюють точку еквівалентності при титруванні розчином перманганату калію?

Тому що в даному випадку індикатором є сам робочийрозчин KMnO₄. Точку еквівалентності встановлюють за рожевим забарвленням, яке виникає від невеликого надлишку добавленого розчину KMnO₄. Помилку титрування при такому способі визначення точки еквівалентності легко встановити за допомогою сліпої проби.

№ 138

Чому титрування перманганатом калію проводять у кислому середовищі? Чи можна використати нейтральне чи лужне середовище? Відповідь обґрунтуйте рівняннями реакцій.

У кислому середовищі реакція йде за рівнянням:

MnO₄‾ + 8Н⁺ + 5е^– → Mn²⁺ + 4H₂O

При меншій концентрації водневих іонів у слабокислих, нейтральних і слабколужних розчинах перманганат відновлюється до Mn⁴⁺, який виділяється у вигляді нерозчинного осаду двоокису марганцю:

MnO₄‾ + 4Н⁺ + 3е^– → MnO₂↓ + 2H₂O

Осад двоокису марганцю утруднює спостереження точки еквівалентності, роблячи визначення не досить точним.

В лужному середовищі перманганат калію відновлюється до манганату К₂MnO₄, який в розчині самовільно розпадається на перманганат калію і той же нерозчинний осад двоокису марганцю. Титрування в слабокислих, нейтральних та лужних середовищах проводять лише з метою визначення марганцю (ІІ) та в деяких інших випадках.

№ 139

Розрахувати нормальність, молярність, титр розчину KMnO₄, якщо на титрування 20 мл 0,0497 н розчину H₂C₂O₄ витрачено 18,6 мл розчину KMnO₄

З закону еквівалентів знайдемо:

Дана реакція йде за рівнянням: MnO₄‾ + 8H⁺ + 5e‾ = Mn²⁺ + 4H₂O

Очевидно, що моль-еквівалент KMnO₄ в даному випадку рівний

його молярної маси. Отже, шукана молярність буде

Титр обчислимо із співвідношення:

№ 140

Розрахувати нормальність, молярність, титр розчину щавлевої кислоти, одержаної розчиненням 1,7334 г кислоти в мірній колбі ємністю 250 мл. Скільки мл цього розчину піде на титрування 25,00 мл 0,0912 н розчину КMnO₄?

Молекулярна формула кристалогідрату щавлевої кислоти H₂С₂O₄∙2H₂O. Молярна маса її становить

МH₂C₂O₄∙2H₂O = 2+12∙2+16∙4+2(2+16) = 126 г/моль.

Щавлева кислота є двоосновною, тому моль-еквівалент її рівний ½ моль, а еквівалентна маса становить

г/моль-екв.

Кількість моль-еквівалентів щавлевої кислоти, що містяться в 1000 мл розчину:

моль-екв.

Отже, нормальність отриманого розчину NH₂C₂O₄∙2H₂O = 0,11н.

Кількість молей щавелевої кислоти, що містяться в 1000 мл розчину:

Тому, молярність розчину С_М = 0,055 М.

Титр розчину щавлевої кислоти знайдемо із співвідношення:

Об’єм розчину щавлевої кислоти, що піде на титрування 25,00 мл 0,0912 н розчину КMnO₄ буде

№ 141-142

За допомогою якого методу кількісного аналізу можна визначити вміст у складі зразка мінерального добрива, рослини, води, грунтів або інших об’єктів:заліза (ІІ)