I. PHẢN ỨNG OXI HOÁ - KHỬ
2. ĐỊNH LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP oxy hóa khỬ
2.3. Ứng dụng phương pháp ĐỊNH LƯỢNG Oxy hóa khỬ
2.3.1 Phương pháp định lượng Permanganat
a. Nguyên tắc
Là phương pháp định lượng dựa vào khả năng oxy hoá của Permanganat MnO4- trong các môi trường acid, trung tính, kiềm. Người ta dùng dung dịch KMnO4 0,1N hay 0,05N để
định lượng một số chất có tính khử b. Điều kiện tiến hành
- Phương pháp định lượng bằng kali permanganat thường tiến hành trong môi trường acid sulfuric. Lúc này, KMnO4 thể hiện khả năng oxy hoá mạnh, phản ứng xảy ra khá nhanh và sản phẩm phản ứng là Mn2+ không màu nên việc xác định điểm tương đương dễ dàng và ion sulfat không cản trở phép định lượng. Lúc này, KMnO4 là chất chuẩn tự chỉ thị vì một giọt dư KMnO4 (0,1N hay 0,05N) làm cho dung dịch có màu hồng.
Trong môi trường acid mạnh (H2SO4 1 – 4 N), MnO4- bị khử đến Mn2+: MnO4- + 5e + 8H+ Mn2+ + 4H2O
- Khi dùng acid sulfuric làm môi trường phải duy trì nồng độ acid đủ cao trong suốt quá
trình định lượng, nếu không sẽ xảy ra phản ứng phụ:
MnO4- + 3Mn2+ + 2H2O 5MnO2 + 4H+
- Không nên tiến hành định lượng trong môi trường HCl và HNO3 vì Cl- sẽ khử KMnO4
giải phóng Cl2 và HNO3 sẽ oxi hoá chất khử cần định lượng, gây sai số cho phép định luợng.
2KMnO4 + 16Cl- + 16H+ 2K++ Mn2+ + 6 Cl+ 8H2O + 5Cl2
Dù vậy, trong một số trường hợp như khi xác định AsO33-, Sb3+, Fe2+, người ta lại sử dụng môi trường có HCl. Lúc này, cần tuân thủ nghiêm ngặt điều kiện thực nghiệm nhằm tránh gây sai số bởi quá trình oxy hóa Cl- từ KMnO4 (khi chuẩn Fe2+ trong môi trường HCl thì việc thêm hỗn hợp Zimmermann – Reinhardt (H3PO4 – MnSO4) có tác dụng ngăn cản quá trình oxy hóa Cl- của KMnO4).
- Nhìn chung, phép chuẩn độ định lượng bằng KMnO4 trong môi trường trung tính, acid yếu hoặc base ít được dùng vì trong các môi trường này KMnO4 thể hiện tính oxy hoá yếu
74
hơn, phản ứng xảy ra chậm và cho sản phẩm phức tạp và có màu nên rất khó xác định điểm tương đương.
MnO4- + 3e + 2H2O MnO2 + 2OH-
(tím) (xám đen)
MnO4- + 1e MnO42- (môi trường kiềm NaOH, có mắt Ba2+)- c. Xác định điểm tương đương.
Tại điểm tương đương, khi số đương lượng gam của dung dịch chuẩn KMnO4 bằng số đương lượng gam của chất khử cần định lượng thì một giọt kali permanganat dư làm cho dung dịch sẽ nhuộm màu hồng nhạt (phép định lượng tự chỉ thị).
d. Pha chế dung dịch chuẩn 0,1 N trong phép đo Permanganat
- Do dung dịch KMnO4 bị phân hủy dễ dàng khi có mặt những tạp chất hữu cơ nên không thể pha chế dung dịch chuẩn có nồng độ chính xác từ lượng cân chính xác. Do vậy, dung dịch KMnO4 sẽ được pha chế ở nồng độ xấp xỉ như mong muốn (0,1 N), để yên một thời gian để phân hủy hết các chất hữu cơ, gạn qua bình chứa rồi mới xác định lại nồng độ chính xác.
- Pha chế: hoà tan khoảng 3,25 g KMnO4 này trong 1 lít nước đã đun sôi trước. Bảo quản dung dịch trong lọ sạch và để vài ngày. Trong khoảng thời gian này những chất hữu cơ sẽ bị oxy hoá và nồng độ giảm đi đôi chút. Khi tất cả những chất hữu cơ đã bị oxy hoá thì nồng độ của dung dịch hầu như bền vững. Lọc qua bông thuỷ tinh hay phễu thuỷ tinh xốp. Trữ dung dịch trong những chai thuỷ tinh màu tối vì ánh sáng xúc tác sự phân huỷ Permanganat. Khi cần sử dụng, xác định lại nồng độ bằng dung dịch chuẩn gốc acid oxalic.
- Bảo quản: Tránh ánh sáng và nhiệt độ cao. Đậy miệng bình bằng nút nhám hay teflon để
tránh bụi.
e. Một số ví dụ định lượng bằng permanganat.
- Định lượng FeSO4 hay muối Mohr (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O Dựa trên phản ứng chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4:
KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O.
Kỹ thuật tiến hành:
- Buret : KMnO4
75 - Bình nón: V ml dung dịch Fe2+ đem định lượng.
50 ml nước cất.
5 ml H2SO4 50%.
Chuẩn độ tới khi dung dịch có màu hồng nhạt. Ghi thể tích KMnO4 đã dùng. Từ đó tính ra kết quả.
- Định lượng peroxyd (H2O2)
- H2O2 (hydroperoxyd) là dung dịch chứa khoảng 30 – 50% H2O2. Dung dịch oxy già dùng sát khuẩn chứa khoảng 3% H2O2. H2O2 vừa có tính oxy hóa vừa có tính khử và có tính sát trùng mạnh.
+ Đương lượng gam:
+ Đối với H2O2 ngoài các dạng nồng độ thông thường, người ta còn dùng khái niệm nồng độ theo thể tích oxy, được tính bằng “số lít oxy do 1 lít dung dịch H2O2 tự phân hủy ra”.
Cách tính như sau:
Từ phương trình phân huỷ:
H2O2 H2O + ẵO2
34 g ( )
2 4 , 22 l
17 g x (lit)
Suy ra số lít O2 thoát ra tương đương với một đương lượng H2O2 là
5,6( )
34 4 , 2 22 17 1
l x
x
x
Vậy đương lượng thể tích của H2O2 là 5,6 (l) ở ĐKTC. Từ đó tính được số lít oxy giải phóng ra do 1 lít dung dịch nước oxy già có nồng độ N bị phân hủy hoàn toàn.
VOxy = 5,6 x N
- Khi H2O2 định lượng bằng dung dịch Kali permanganat là dựa trên tính khử của nó theo phản ứng:
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O + Đương lượng gam:
g 2 17 34 n
EH2O2 MH2O2
g 2 17 34 n
EH2O2 MH2O2