Встановлення нормальності перманганату калію за вихідними речовинами

 

Перманганат-іон у сильнокислих розчинах окиснює багато речовин, відновлюючись при цьому до марганця (ІІ):

 

У зв’язку з дуже високим редоокс-потенціалом цього переходу, перманганат можно застосовувати для титрування майже усіх речовин, здатних окиснюватись.

З рівняння

 

видно, що окиснювальний потенціал сильно залежить від рН розчину. Тому кількість кислоти при титруванні береться значно більшою, ніж це потрібно за стехіометричним рівняння (розчин повинен бути приблизно 1н за кислотою). В іншому випадку можливий перебіг побічних процесів, наприклад:

 

Для підкислення розчину застосовуеться звичайно сірчана кмслота, оскільки HCl відновлюється перманганатом, а азотна кислота сама здатна виступати як окисник, що, зрозуміло, у кількісному аналізі неприпустимо.

При титруванні перманганатом індикатор звичайно не застосовують, оскільки його власне забарвлення досить інтенсивне. Воно з’вляється в точці еквівалентності, точніше, зразу не після неї, для цього необхідна усього одна надлишкова крапля титранта.

 

 

Як видно з рівняння реакції, еквівалентна маса KMnO4 дорівнює 

 

Ми ділемо молярну масу на 5 у даному випадку тому, що молярні маси еквівалентів в окисно-відновних реакціях дорівнють частці від ділення молярних мас сполук на кількість прийнятих або відданних у ході реакції електронів.

Звичайно застосовують 0,1н або 0,05н, рідше 0,01н розчини KMnO4 Для приготування приблизно 0,1н розчину зважують на технічних терезах 3,16г KMnO4, переносять у літрову мірну колбу і розчиняють у 300-400 мл дистильованої води. Розчинення йде доволі повільно, тому його прискорюють перемішуванням. Після розчинення розводять розчин до риски дистильованою водою і добре перемішують.

Для приготування робочого розчину необхідно брати свіже перегнану дистильовану воду і тримати розчин щільно закритим в склянках з темного скла, або у темному місці. Ці заходи пов’язані з можливістю відновлення KMnO4 частинками органічного пилу, а також його розкладу на світлі.

 

 

У якості стандартних речовин (установчих) речовин перманганатометрії частіше за все вживають щавлеву кмслоту H2C2O4∙2H2O або її натрієву сіль, оксалат натрію Na2C2O4. Найбільшим недоліком першої є вивітрювання кристалізаційної води, тому розчин слід готувати із свіжеперекристалізованого препарату.

При встановленні нормальності KMnO4 відбувається реакція

 

З рівняння видно, що еквівалентна маса щавлевої кислоти і оксалату натрію дорівнює половині їх молярних мас, наприклад,

 

Для встановлення нормальності розчин KMnO4 приливають до розчину щавлевої кислоти, нагрітого на водяній бані до 70-80°с. Не слід нагрівати розчин до кипіння, оскільки це призводить до часткового розкладу щавлевої кислоти і пов’язаних з цим похибок в аналізі:

 

Окрім того, у киплячому розчині відбувається частковий розклад і самого перманганата:

 

До гарячого розчину щавлевої кислоти перед титруванням приливають 10-15 мл розведеної (1:4) сірчаноі кислоти. При недостатній кислотності іде побічний процес- виділяється осад диоксиду марганцю (рівняння реакції наведено вище).

При титруванні приливають декілька крапель розчину KMnO4 і чекають, поки розчин обезбарвиться. Відновлення наступних порцій робочого розчину йде вже швидко. Це пов’язано з автокаталітичним характером реакції, причому прискорюють реакцію іони Mn2+. Кінець титрування визначають по розовому забарвленні розчину, який не зникає.

 

- визначення заліза (II);

- визначення пероксиду водню.

Прикладами практичного застосування перманганатометрії є визначення заліза (II) та пероксиду водню.

а) Визначення заліза у солі Мора або у залізному купоросі, де воно перебуває у ступені окиснення +2, здійснюється прямим титруванням перманганатом. При цьому відбувається реакція за схемою:

 

Процедура такого визначення детально викладена у методичних вказівках.

При аналізі об’єктів , які містять залізо (IІI), його необхідно спочатку відновити, наприклад, у редукторі, і лише потім титрувати перманганатом. Приблизна схема аналізу залізних руд полягає у наступному. Руду розчиняють у соляній кислоті , а потім відновлюють невиликим надлишком хлориду олова (II):

 

Надлишок SnCl2 перед титруванням необхідно окислити (оскільки КMnO4 буде розходуватись і на нього ) розчином хлориду ртуті (II):

 

При цьому осад каломелі дуже повільно реагує з перманганатом, чим можна знехтувати. Підготовленій таким чином холодний розчин хлориду заліза (II) титрують робочим розчином KmnO4 до появи рожевого забарвлення, як це було показано вище.

б) Визначення вмісту пероксиду водню (пергідролю), який постачається у вигляді 30%-го розчину, необхідно передусім у зв’язку з його постійним розкладом:

 

Цей розклад не припиняється навіть у присутності стабілізаторів - пірофосфату натрію і саліцилової кислоти.

 

Як відомо, пероксид водню має одночасно властивості і окисника , і відновника. Це пояснюється проміжною ступінню окиснення кисню(-1). Із наведеної діаграми видно, що пероксид водню є більш сильним відновником, ніж вода, де кисень знаходиться в найнижчому ступені окиснення. З іншого боку, той же пероксид водню, є більш сильним відновником, ніж вільний кисень. Це явище пов’язано з нестійкістю сполук кисню з проміжною ступінню окиснення.

Отже, при перманганотометричному способі визначення пероксиду водню відбувається реакція:

 

або в молекулярному вигляді

 

З рівняння реакції видно, що еквівалентна маса пероксиду водню дорівнює половині його молярної маси

 

Титрування перманганатом калію проводять, як і в попередніх випадках, у присутності розведеної (1:4) H2SO4, але зі зрозумілих причин, без нагрівання. Кінець титрування фіксують за з’явленням від однієї краплі рожевого забарвлення, що не зникає з часом.

Деталі методики визначення пероксиду водню наведені у методичних вказівках. При відомій наважці пергідролю і даними титрування масова частка H2O2 може бути обчислена за формулою: