Ćwiczenie nr 8
Transkrypt
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