III. ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN
III.2. Phương pháp permanganat xác định Fe 2+ . Xác định chỉ số permanganat trong nước
Ứng dụng của kĩ thuật chuẩn độ oxi hóa – khử trong hóa học môi trường.
III.2.1. Nguyên tắc phương pháp :
Kali permanganat có màu tím đậm, có thể đóng vai trò chất chỉ thị trong các quá trình chuẩn độ. Chỉ 0,01 ml dung dịch Kali Permanganat trong 100 ml nước là chúng ta có thể quan sát được màu của nó.
Trong môi trường axit, KMnO4 bị khử thành ion Mn2+ theo phương trình sau đây:
MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O ; E0 = 1,51V
Trong môi trường trung tính, KMnO4 bị khử thành MnO2 và oxit này lại đóng vai trò là một tác nhân oxi hóa.
MnO4- + 2H+ + 3e MnO2 +2H2O ; Eo = 1,68V
Ngoài ra, trong môi trường bazơ, tính chất oxi hóa của ion MnO4- được thể hiện khi nó bị khử thành ion MnO42- :
MnO4- + e MnO42- ; Eo = 0,67 V
Sự chuẩn hóa KMnO4 bởi acid oxalic được thể hiện trong phương trình hóa học sau đây:
2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ → 2Mn2+ + 10 CO2 (khí) + 8H2O III.2.2. Tiến hành thí nghiệm :
a) Xác định chính xác nồng độ dung dịch chuẩn KMnO4 theo chất chuẩn gốc.
Hình 3.1. Chuẩn độ H2C2O4 bằng KMnO4. Kết quả:
Bảng 3.1. thể hiện thể tích KMnO4 3 lần chuẩn độ:
V1 (mL) V2 (mL) V3 (mL) VTB (mL)
Không màu - Hồng nhạt
Phương trình phản ứng:
Dd KMnO4 vừa pha
- 10,00 ml H2C2O4 0,05N - 10 ml nước cất
-5 ml H2SO4 4N -
10 10 10 10
C1=0,05N C2=0,05N C3=0,05N CTB=0,05N Nồng độ KMnO4 tính từ thể tích KMnO4 đã tiêu tốn trong 3 lần chuẩn độ:
CKMnON 4
=(C¿¿N V)H
2C2O4
V´KMnO4 =0,05.10
10 =0,05N ±0,000¿ b) Phân tích định lượng Fe2+.
Hình 3.2. Chuẩn độ H2C2O4 bằng KMnO4. Kết quả:
Bảng 3.2. thể hiện thể tích KMnO4 3 lần chuẩn độ:
V1 (ml) V2 (ml) V3 (ml) VTB (ml)
9,9 10 10 9,9667
C1=0,0495N C2=0,05N C3=0,05N CTB=0,0498N Nồng độ Fe2+ tính từ thể tích KMnO4 đã tiêu tốn trong 3 lần chuẩn độ:
C
Fe¿=(C¿¿N V)KMnO4
Vmẫu =0,05.9,9667
10 =0,0498N ±0,002¿ ¿
III.2.3. Phân tích chỉ số Permanganat trong nước TCVN 6186:1996
- Cho lượng dư xác định KMnO4 vào mẫu nước để oxi hóa các chất hữu cơ dư:
CxHyOz + MnO4-
dư + H+ Mn2+ + CO2 + H2O
- Sau đó khử lượng KMnO4 bằng lượng dư xác định H2C2O4: 2MnO4- + 5H2C2O4dư + 16H+ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O - Chuẩn độ lượng H2C2O4 còn lại bằng KMnO4:
5H2C2O4 + 2KMnO4 + 16H+ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
Không màu - Hồng nhạt
Phương trình phản ứng:
Dd KMnO4 0,05N - 10,00 mL mẫu - 10 mL nước cất - 1 mL H3PO3 đậm đặc - 5 mL H2SO4 4N
Hình 3.3. Chuẩn độ H2C2O4 bằng KMnO4.
Hình 3.4. Chuẩn độ H2C2O4 bằng KMnO4. Kết quả:
Bảng 3.3. Thể tích KMnO4 các lần chuẩn độ:
Mẫu nước Nước máy
V1 = 1,1 V2 = 1,2 V3 = 1,1 Vtb =1,1333 V1 = 0,4 V2 = 0,4 V3 = 0,4 Vtb = 0,4
Chỉ số permanganat, IMn tính theo miligam oxi trên lít theo công thức:
IMn=(V1−V0)× CKMnON 4× Đo×1000
Vm ×CHN2C2O4× V1 CKMnON 4
×V2
Đun cách thủy trong 10 phút
- 25,00 ml mẫu nước - 10 ml H2SO4 4N - Thêm 5 ml dung dịch KMnO4 0,01N
Sau 10 phút, thêm 5 ml H2C2O4 0,05N đợi đến khi dung dịch trở nên không màu.
- Đun nóng lại dung dịch tới khoảng 80o
Không màu - Hồng nhạt
Lưu ý: chuẩn độ khi hỗn hợp còn nóng.
Tiến hành tương tự với mẫu trắng (nước cất)
KMnO4 0,01N
Hỗn hợp vừa xử lý
¿(1,1333−0,4)×0,01×16×1000
25 ×0,01×5
0,01×5
¿4,69(mgO/L)
III.2.4. Một số lưu ý khi làm chuẩn độ
a) Phương trình chuẩn độ trong xác định chỉ số permanganat trong nước:
5H2C2O4 + 2KMnO4 + 16H+ ↔ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O b) Khi chuẩn độ H2C2O4 bằng KMnO4 người ta phải đun nóng vì:
Do ion MnO4- và C2O42- cùng dấu và sự cho nhận điện tử giữa ion MnO4- (MnO4-→ Mn2+: nhận 5e-), và C2O42- (C2O42-→CO2: cho 2e) với số electron khác nhau, ion MnO4-
và ion C2O42- có cấu trúc khác nhau, ngoài ra còn do phản ứng taoh thành khí CO2 nên phản ứng chuẩn độ xảy ra khá chậm cần phải đun nóng 70-80 độ C để đuổi khí CO2 và phản ứng xảy ra nhanh hơn. Tuy nhiên không đun sôi vì axit oxalic sẽ bị phân hủy.
c) Khi chuẩn độ Fe2+ bằng dung dịch chuẩn KMnO4, người ta không cần đun nóng vì
- Fe2+ và MnO4- là ion trái dấu dễ tương tác.
- Fe2+ phản ứng nhanh với KMnO4 nên không cần phải đun nóng.
d) Vai trò của dung dịch H2SO4 và H3PO4 đậm đặc trong thí nghiệm:
- H2SO4: ngăn ngừa quá trình thủy phân của sắt, tạo môi trường cho phản ứng.
- H3PO4 tạo phức không màu với Fe3+([FeHPO4]+) dễ quan sát nhận biết điểm dừng chuẩn độ.
III.2.5. Kết luận:
Phương pháp pemanganat dựa trên phản ứng oxy hóa của ion MnO4-. Khả năng oxy hóa của ion MnO4- phụ thuộc nhiều vào độ axit của môi trường phản ứng.
Trong môi trường axit mạnh MnO4- bị khử về Mn2+:
MnO4- + 5e + 8H+ ↔ Mn2+ + 4H2O
khả năng oxy hóa của MnO4- trong môi trường axit cao. Hơn nữa trong môi trường axit, sản phẩm bị khử là Mn2+ không màu, nên chính KMnO4 cũng là chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ, vì sau điểm tương đương 1 giọt dung dịchKMnO4 dư cũng đủ làm cho dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng.
Phương pháp pemanganatdùng để chuẩn độ các chất khử trong môi trường axit mạnh Dùng phương pháp pemanganat có thể xác định được nhiều chất vô cơ và hữu cơ khác nhau bằng cách chuẩn độ khác nhau.
Ưu điểm của phương pháp permanganat:
Không dùng chất chỉ thị.
Permanganat có khả năng oxi khử cao, có thể dùng để xác định được nhiều chất khi chúng không thể chuẩn độ bằng các chất oxi hóa yêu.
Permanganat dễ tìm, rẻ.