Ćwiczenie nr 8

Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
ĆWICZENIE 5
NASTAWIANIE MIANA KMnO4 NA H2C2O4
DZIAŁ: Redoksymetria
ZAGADNIENIA
Kiedy mamy do czynienia z reakcją red-oks?
Sprzężona para utleniacz-reduktor.
Co jest utleniaczem lub reduktorem? Przykłady
Amfotery red-oks
Wzór Nernsta
Elektroda wodorowa
Szereg elektrochemiczny metali
Bilans elektronowy reakcji red-oks
Wpływ pH na potencjał reakcji red-oks
Znajomość reakcji przebiegających w roztoworze podczas redoksymetrycznego oznaczania, tlenu, wapnia i fenolu.
LITERATURA
[1] A. Cygański, Chemiczne metody analizy ilościowej, WNT W-wa1999.
[2] J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna 2 Chemiczne metody analizy ilościowej,
Wyd. Naukowe PWN W-wa 2004.
I. WSTĘP I CEL ĆWICZENIA
Nadmanganian potasu KMnO4, nazwa Stocka: manganian(VII) potasu, (łac.
kalium hipermanganicum; wg obecnej nomenklatury IUPAC manganian(VII) potasu) to
związek nieorganiczny, sól potasowa kwasu nadmanganowego, M=158,04 g/mol, ciemno
fioletowe kryształy o połysku metalicznym.
Kwas szczawiowy C2H2O4 (kwas etanodiowy, ang. Oxalic Acid), HOOC–
COOH – organiczny związek chemiczny, najprostszy kwas dikarboksylowy. Występuje
w wielu roślinach (m.in. w szczawiu i rabarbarze), ciało stałe, białe kryształy.
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 1
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
C2H2O4 (bezwodny) M = 90,03 g/mol
C2H2O4·2H2O(dihydrat) M = 126,07 g/mol
Nadmanganian potasu KMnO4, którego mianowane roztwory są podstawą
manganometrycznnych metod oznaczania, należy do najsilniejszych utleniaczy spośród
stosowanych w metodach oksydymetrycznych.
Reakcje utleniania nadmanganianem są dobrym przykładem zależności przebiegu reakcji
od stężenia jonów wodorowych. W środowisku kwasowym w reakcji utleniania bierze
udział pic elektronów, nadmanganian redukuje się do kationu Mn 2+:
2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4
K2SO4 + 2MnSO4 + 5KNO3 + 3H2O
+7
Mn + 5e-
+2
+3
N – 2e-
+5
Mn / U/2
N /R/5
MnO-4 + 8H+ + 5e
Mn2+ + 4H2O
W środowiskach od słabo kwasowego do słabo zasadowego (obojętne) mangan (VII)
ulega redukcji do manganu (IV):
2MnO2 + 3KNO3 + 2KOH
2KMnO4 + 3KNO2 + H2O
+7
Mn + 3e-
+4
Mn / U/2
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 2
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
+3
N – 2e-
+5
N /R/3
MnO-4 + 4H+ + 3e
MnO2 (↓) + 2H2O
W roztworze silnie zasadowym fioletowy jon nadmanganiowy redukuje się do
zielonego jonu manganianowego:
2KMnO4 + KNO2 + 2KOH
2K2MnO4 + KNO3 + H2O
+7
Mn + 1e-
+6
+3
N – 2e-
+5
Mn / U/2
N /R/1
MnO4- + e
MnO2-4
W analizie chemicznej najczęściej wykorzystuje się utlenianie nadmanganianem w
środowisku kwasowym (reakcja 1).
W manganometrii na ogół nie korzysta się ze wskaźników redoks, lecz wykorzystuje się
intensywne zabarwienie jonów MnO4 -.
W miareczkowaniach nadmanganianem przeszkadzają fluorki, które tworzą kompleksy z
Mn (III) i Mn(IV), utrwalając te pośrednie stopnie utlenienia manganu. W obecności
fluorków, część MnO4 - nie redukuje się do Mn
2+
. Wpływ fluorków usuwa dodatek
kwasu borowego.
Manganometrycznie oznacza się wiele substancji nieorganicznych o właściwościach
redukujących jak: żelazo(II), arsen(III), antymon(III), mangan(II), wanad(IV), nadtlenek
wodoru, siarczyny, azotyny, żelazocyjanki, seleniny i in. Spośród substancji
organicznych, za pomocą nadmanganianu oznacza się przede wszystkim szczawiany,
mrówczany, salicylany, metanol, cukry.
Miano roztworu (titrantu) – jest to liczba gramów substancji rozpuszczonej,
znajdującej się w 1ml roztworu lub liczba gramów substancji oznaczanej reagującej z 1
ml danego roztworu mianowanego.
Miano TB to stosunek masy substancji oznaczanej (miareczkowanej) do objętości
titrantu, potrzebnej do zmiareczkowania tej masy w określonych warunkach
postępowania.
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 3
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
TB = mB/V
[g/ml]
B – wzór oznaczanej substancji; mB – masa oznaczanej substancji, g; V – obj. titrantu, ml
II. SPRZĘT I ODCZYNNIKI:
-
kolbka miarowa poj. 1000 ml
- naczynko wagowe
H2SO4 (1:4) r.
– łopatka
szkiełko zegarkowe
H2C2O4 staly
biureta poj.50ml ze statywem
lejek
tryskawka
butelka ze szkła oranżowego do przechowywania mianowanego roztworu
III. METODYKA:
W celu przygotowania 1 l roztworu KMnO4 o stężeniu 0,02 mol/l należy odważyć 3,2 g
czystego KMnO4 i uzupełnić w kolbce poj. 1000 ml do kreski wodą destylowaną.
Do mianowania roztworu KMnO4 stosujemy kwas szczawiowy H2C2O4. Odważy 0,1 g
H2C2O4 i przenieś ilościowo do kolbki stożkowej, a następnie rozpuści w 100 ml wody
destylowanej dodając 5 ml H2SO4 (1:4) i ogrzewa do temp. 70 0C.
Tak przygotowany roztwór miareczkuje się roztworem KMnO 4. Początkowo wprowadza
się płyn z biurety małymi porcjami, czekając aż kolejna porcja się odbarwi, a następnie
miareczkuje się w sposób ciągły stale mieszając. Pod koniec miareczkowania dodaje się
kroplami roztwór nadmanganianu potasu, aż do wystąpienia trwałego (w ciągu 30 s)
zabarwienia różowego. Miareczkowanie powtarzamy trzy krotnie.
+7
+3
+2
+4
10CO2 (↑) + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4
+7
red
Mn
Mn + 5e+3
C - 1e-
+2
utl
1
U
5
R
+4
C
Obliczy dokładne miano KMnO4 TB z poniższego wzoru oraz jego stężenie molowe
metodą stechiometryczną (proporcjami), a także stężenie normalne.
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 4
Instytut Ochrony Środowiska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. H. Cegielskiego w Gnieźnie
TB = mB/V
[g/ml]
B – wzór oznaczanej substancji; mB – masa oznaczanej substancji, g; V – obj. titrantu, ml
UWAGA!
Student zobowiązany jest zwrócić uwagę jaki kwas szczawiowy (bezwodny, czy
uwodniony) używa podczas wykonywania analizy, gdyż trzeba ten fakt uwzględnić przy
obliczeniach.
Mianowane roztwory KMnO4 przechowujemy w butelkach z ciemnego szkła.
IV. WNIOSKI
Podać wynik końcowy uzyskanego mianowanego roztworu nadmanganianu potasu
KMnO4:
Stężenie molowe KMnO4 CM KMnO4 = …….. [mol/l]
Miano KMnO4 TKMnO4/H2C2O4= …….. [g/ml]
Stężenie normalne KMnO4 C N KMnO4 = …….. [N]
Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka
Strona 5