Уравнения реакций титрования щавелевой кислоты

Уравнения реакций титрования щавелевой кислоты

Опыт 1. Стандартизация раствора перманганата калия по щавелевой кислоте.

Принцип метода. Титрованный раствор перманганата калия нельзя приготовить из точной навески, т. к. перманганат калия содержит примеси. Кроме того, концентрация этого титранта со временем понижается, т. к. он расходуется на взаимодействие с аммиаком, органическими веществами и другими восстановителями, присутствующими в воде. Поэтому точную концентрацию раствора перманганата калия устанавливают обычно через несколько дней после его приготовления. Исходными веществами для его стандартизации служат свежеперекристаллизованная щавелевая кислота (H2C2O4 · 2H2O) или её соли.

Реакция между оксалат-ионами и перманганат-ионами протекает сложно, и упрощённо может быть представлена уравнением:

5С2O42- + 2MnO4-+ 16H+ ® 2Mn2+ + 8H2O + 10CO2.

5 С2O42- — 2e — ® 2CO2

2 MnO4-+ 8H+ + 5e- ® Mn2+ + 4H2O

В действительности реакция протекает в несколько стадий и для её начала необходимо присутствие катиона марганца (II):

MnO4-+ MnС2O4 ® MnO42-(манганат-ион) + MnС2O4+.

Манганат-ион в кислом растворе быстро диспропорционирует:

А) Mn(VI) + Mn(II) ® 2Mn(IV); б) Mn(IV) + Mn(II) ® 2Mn(III). Марганец (III) образует оксалатные комплексы состава Mn(С2O4)n(3-2n)+, где n=1,2,3; они медленно разлагаются с образованием Mn(II) и CO2. Таким образом, пока в растворе не накопится в достаточных концентрациях марганец (II), реакция между MnO4- и С2O42- протекает очень медленно.

Реагенты и оборудование: раствор перманганата калия (»0,05 н); 2 н раствор серной кислоты; стандартный 0,05 н раствор щавелевой кислоты (Мэ=1/2М(H2C2O4)); бюретка; стеклянная воронка; конические колбы ёмкостью 100 мл; пипетки Мора; стеклянный цилиндр ёмкостью 50 мл; электроплитка.

Ход анализа. В чистую бюретку заливают раствор перманганата калия и подготавливают к титрованию. В коническую колбу для титрования отбирают пипеткой Мора 10,00 мл раствора щавелевой кислоты, прибавляют 10 мл 2 н серной кислоты и нагревают раствор в колбе до 70-80° С (не допуская кипения, при котором щавелевая кислота разлагается) и горячий раствор титруют раствором перманганата калия. Раствор перманганата калия нужно добавлять медленно, по каплям, при непрерывном взбалтывании раствора. Каждую следующую каплю добавляют лишь после того, как обесцветилась предыдущая. Вначале обесцвечивание перманганата калия будет происходить медленно, но по мере образования марганца (II), оно ускорится.

Титрование прекращают, когда избыточная капля перманганата калия сообщит раствору бледную малиновую окраску, не исчезающую в течение 1-2 минут. Отсчёт по бюретке удобно брать по верхнему краю мениска, т. к. нижний плохо виден. Повторяют титрование 2-3 раза.

Обработка результатов. Из сходящихся отсчётов берут средний результат титрования и вычисляют нормальность (Сэ) раствора перманганата калия по формуле:,

Кривая титрования щавелевой кислоты сильным основанием

Щавелевая кислота, H2C2O4 — сильная* двухосновная кислота, диссоциация которой представлена следующими ступенчатыми реакциями c соответствующими ступенчатыми константами диссоциации**.

На графике представлена кривая титрования щавелевой кислоты кислоты основанием, рассчитанная по формулам.

В правой колонке вы можете выбрать индикатор с требуемым интервалом pH перехода окраски. На вкладке «Параметры расчета» вы можете поменять входные данные для расчета (концентрации, начальный объем), а также параметры отображения графика.

Методы окислительно-восстановительного титрования

Методы окислительно-восстановительного титрования.

Окислительные свойства перманганата калия в зависимости от реакции среды. Вычисление эквивалента перманганата калия в зависимости от среды раствора. Приготовление раствора перманганата калия. Исходные вещества в методе перманганатометрии. Приготовление раствора щавелевой кислоты. Определение молярной концентрации эквивалента и титра раствора перманганата калия по раствору щавелевой кислоты.

Окислительные свойства перманганата калия в зависимости от реакции среды

Является сильным окислителем. В зависимости от pH раствора окисляет различные вещества, восстанавливаясь до соединений марганца разной степени окисления. В кислой среде — до соединений марганца (II), в нейтральной — до соединений марганца (IV), в сильно щелочной — до соединений марганца (VI). Примеры реакций приведены ниже (на примере взаимодействия с сульфитом калия:

2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 > 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O;
в нейтральной среде:

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O > 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH;
в щелочной среде:

2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH > K2SO4 + 2K2MnO4 + H2O;
в щелочной среде на холоде:

KMnO4 + K2SO3 + KOH > K2SO4 + K3MnO4 + H2O.
Однако надо отметить, что последняя реакция (в щелочной среде) идёт по указанной схеме только при недостатке восстановителя и высокой концентрации щёлочи, которая обеспечивает замедление гидролиза манганата калия.

Вычислить окислительный эквивалент перманганата калия в нейтральной, кислой и щелочной средах.

Зависит от количества принятых электронов
в кислой среде Mn(+7) +5e=Mn(+2) > 1/5, KMnO4
в нейтральной и сл. щелочной Mn(+7)+3e=Mn(+4) >1/3,KMnO4
в щелочной Mn(+7) +e=Mn(+6) >1/1,KMnO4
Чтобы опр. молярную массу эквивалента, нужно молярную массу KMnO4 поделить на кол. электронов
в кислой среде M(1/5,KMnO4)=158,03/5=31,61 г/моль

в нейтральной M(1/3,KMnO4)=158,03/3=52,68 г/моль

в щелочной M(1/1,KMnO4)=158,03/1=158,03 г/моль

Приготовление стандартного (титрованного) раствора перманганата калия

В качестве стандартного раствора в методе перманганатометрии применяют 0,05 н. или 0,1 н. раствор . Использование перманганата калия дает возможность фиксировать точку эквивалентности по появлению розовой окраски раствора, вызываемой добавлением лишь одной капли избытка стандартного раствора . Даже очень разбавленные растворы перманганата калия интенсивно окрашены. Например, дистиллированной воды окрашиваются в розовый цвет от одной капли 0,01 й. раствора . Поэтому фиксирование точки эквивалентности при титровании перманганатом не представляет никаких трудностей.

Расчет навески. Титрованный раствор перманганата калия нельзя приготовить путем взятия точной навески и растворения ее в определенном объеме воды, так как перманганат калия всегда содержит ряд трудно удаляемых загрязнений; на перманганат действуют органические вещества, содержащиеся в дистиллированной воде, ненасыщенные углеводороды светильного газа и т. д.

Поэтому обычно берут приблизительную навеску или применяют предварительно приготовленный его раствор, который разбавляют до требуемой концентрации.

Для работы обычно готовят н. или 0,1 н. раствора перманганата калия. Если титрование проводят в кислой среде, то грамм-эквивалент его равен г. Для приготовления 0,1 н. раствора берут приблизительно 3,16 г .

Техника приготовления раствора. Навеску, рассчитанную для приготовления нужного объема раствора заданной нормальности, отвешивают на технических весах в бюксе или на часовом стекле и растворяют в требуемом количестве дистиллированной воды в конической колбе с притертой стеклянной пробкой. Воду отмеривают цилиндром. Перманганат калия растворяется медленно, поэтому рекомендуется его предварительно измельчить. Приготовленный раствор взбалтывают и оставляют стоять 7—8 дней. В течение этого времени имеющиеся в нем примеси окисляются. Выделившийся осадок двуокиси марганца отфильтровывают через воронку со стеклянной ватой или сливают раствор при помощи сифона. Часто для ускорения приготовления раствора перманганата калия рекомендуют нагреть его в конической колбе до кипения, охладить и после этого отфильтровать осадок.

Иногда стандартный раствор перманганата готовят не из навески , а из его раствора.

Титр раствора перманганата калия с течением времени несколько изменяется, поэтому его необходимо периодически проверять. Может происходить частичное разложение перманганата с образованием двуокиси марганца и выделением кислорода. Особенно быстро этот процесс идет в присутствии катализаторов . Разложение ускоряется также под действием света. Раствор, защищенный от света (в темной стеклянной бутыли или в склянке, обернутой защитной черной бумагой), сохраняется долго.

Приготовление 0,1 н раствора щавелевой кислоты

С помощью точной навески

Для выполнения опыта необходимы щавелевая кислота кристаллическая, дистиллированная вода, торсионные весы, мерная колба вместимостью 50 мл, воронка, склянка с этикеткой для хранения приготовленного раствора.

Для приготовления раствора щавелевой кислоты определенной концентрации необходимо рассчитать величину навески кристаллической щавелевой кислоты, которую нужно взять с учетом объема мерной колбы и заданной концентрации раствора.

Объем мерной колбы равен 50 мл. Концентрация раствора щавелевой кислоты равна 0,1 н.

Согласно определению, нормальная концентрация определяется числом моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащимся в 1 л раствора. Следовательно, для приготовления 0,1 н раствора необходимо взять 0,1 моль-эквивалент щавелевой кислоты в 1 л раствора.

Моль-эквивалент щавелевой кислоты равен

0,1 моль-эквивалент щавелевой кислоты составляет 63 . 0,1 = 6,3 г.

Для приготовления 0,1 н раствора объемом не 1 л, а 50 мл, навеску щавелевой кислоты нужно уменьшить в 20 раз, т.е. 6,3:20 = 0,315 г. Следовательно, для приготовления 50 мл 0,1 н раствора щавелевой кислоты требуется навеска кислоты 0,315 г.

Взвешивание проводят с помощью торсионных весов (рис.2).

Перед взвешиванием необходимо подготовить весы к работе. Для этого освободите коромысло 8 передвижением вправо рычага 3. Передвижением поводка 6 установите отчетную стрелку 5 на нулевое деление шкалы циферблата. Вращением тарировочной рукоятки, находящейся на задней стенке весов, совместите контрольную стрелку 4 с контрольным штрихом циферблата. Закрепите коромысло передвижением влево рычага 3.

Взвешивание проводят в таком порядке:

— откройте крышку, поместите на чашечку взвешиваемую пробу (образец), закройте крышку;

— освободите коромысло передвижением рычага вправо;

-плавно поворачивая поводок против часовой стрелки, совместите контрольную стрелку с контрольным штрихом циферблата, после чего запишите показания отсчетной стрелки;

— закрепите коромысло передвижением рычага влево, откройте крышку, снимите с чашки взвешиваемую пробу (образец), закройте крышку, переведите отсчетную стрелку в нулевое положение.

Рис. 2. Весы торсионные: 1 – винт; 2 – уровень сферический; 3 – рычаг; 4 – стрелка контрольная; 5 – стрелка отсчетная; 6 – поводок; 7 – крышка; 8 – коромысло; 9 – чашка