19.9 Potencjometryczne oznaczanie żelaza.

Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodą miareczkowania redoks z potencjometrycznym oznaczaniem punktu równoważnikowego.

Podstawy teoretyczne zawarte są w rozdz. 10 i 12.1 , 12.2.

Wykonanie ćwiczenia

Otrzymany w kolbie miarowej o pojemności 100 cm3 roztwór do analizy dopełnić do kreski wodą destylowaną i starannie wymieszać. Niewielką ilością uzyskanego roztworu opłukać pipetę jednomiarową o pojemności 25 cm3 , a następnie odmierzyć do trzech zlewek o pojemności 250 cm3 , po 25 cm3 analizowanego roztworu. Odmierzone próbki rozcieńczyć wodą destylowaną do 2/3 objętości zlewek. Przygotować umieszczoną nad mieszadłem magnetycznym biuretę - płucząc ją 0,02 M roztworem manganianu(VII)potasu (KMnO4), a następnie napełniając ją tym samym roztworem i ustalając poziom zerowy.

Do jednej ze zlewek z analizowanym roztworem włożyć mieszalnik, (delikatnie zsuwając go po ściance zlewki) i ustawić ją na płytce mieszadła magnetycznego pod przygotowaną biuretą. Do roztworu zanurzyć elektrodę kalomelową i platynową. Ustawić pehametr na zakres mV. Po włączeniu mieszadła miareczkować roztworem KMnO4 dodając go początkowo po ok. 1 cm3 . Podczas miareczkowania zachodzi następująca reakcja:

5 Fe2+ + MnO4- + 8 H+ ======= 5 Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Gdy dodanie pojedyńczej porcji KMnO4 spowoduje wyraźną zmiane położenia wskazówki pehametru, należy stopniowo zmniejszać wielkość porcji tak, by w pobliżu punktu równoważnikowego nie przekraczały one ok. 0,1 cm3 . Po dodaniu każdej porcji odczekać kilkanaście sekund, odczytać i zapisać wartość różnicy potencjałów. Z chwilą osiągnięcia punktu równoważnikowego ( duży skok wartości różnicy potencjałów ) zmiany we wskazaniach pehametru zmniejszają się. Należy wówczas dodać jeszcze ok. 5 cm3 roztworu KMnO4 w porcjach po ok. 1 cm3 .

Po skończonym miareczkowaniu wyjąć elektrody z analizowanego roztworu, przy pomocy tryskawki opłukać ich końce wodą destylowaną, zdjąć zlewkę, wylać zużyty roztwór, i opłukać wodą destylowaną mieszalnik .

Analogiczne miareczkowania wykonać dla pozostałych dwóch roztworów. Dla każdej próbki sporządzić wykres zależności potencjału od objętości roztworu KMnO4 i w sposób przedstawiony na rysunku 1, wyznaczyć objętości odpowiadające punktom równoważniko-wym. Znależć średnią objętość i obliczyć otrzymaną do analizy masę żelaza.

Podanie wyników

Oddając sprawozdanie z wykonania ćwiczenia należy podać:

1. Wpisane do tabeli wyniki odczytów z biurety i pehametru.

2. Wykresy zależności potencjału elektrody od objętości roztworu KMnO4 .

3. Masę żelaza zawartego w wydanej do analizy próbce.

Przykład obliczenia

Niech wyniki trzech kolejnych oznaczeń odczytane z wykresów wynoszą:

v1 - 18,4 cm3

v2 - 18,3 cm3

v3 - 18,4 cm3

Średnia arytmetyczna: 18,66 cm3 .

Z przedstawionego wyżej równania reakcji wynika, że 1 mol jonów manganianwych(VII) reaguje z 5 molami jonów żelaza(II) . Ponieważ w roztworach wodnych stężenie jonów manganianowych(VII) jest równe stężeniu manganianu(VII)potasu, przyjmujemy, że:

nFe = 5 . nKMnO4

gdzie: n - liczba moli

Liczbę moli manganianu(VII)potasu obliczamy ze wzoru:

nKMnO4 = cKMnO4 . v

gdzie: cKMnO4 - stężenie molowe manganianu(VII)potasu

v - objętość zużytego roztworu manganianu(VII)potasu (średnia

arytmetyczna z wykonanych oznaczeń)

Następnie obliczamy liczbę moli żelaza zawartego w analizowanej próbce:

nFe = 5 . cKMnO4 . v

Wobec tego, że do każdego miareczkowania pobrano 1/4 całkowitej objętości roztworu, wydana do analizy próbka zawierała następującą liczbę moli żelaza(II):

4
nFe = 4
5 . cKMnO4 . v

Stąd masa żelaza(II) wydana do analizy (mFe) wynosi:

mFe = 4
nFe . MFe = 4
5 . cKMnO4 . v. MFe

Przy obliczeniach należy uwzględnić stężenie manganianu(VII)potasu podane na butelce znajdującej się na stanowisku oraz masę molową żelaza równą 55,8 g mol-1 .

---