Условия проведения окислительно-восстановительного титрования

МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ДЕПАРТАМЕНТ ХИМИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

к лабораторной работе по курсу «Общая и неорганическая химия»

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ТИТРОВАНИЕ

Разработчики:

Л.А. Латышева

К.б.н. Г.М. Болейко

К.х.н. О.Г. Карманова

К.х.н. В.С. Талисманов

МФТИ, 2016

I. Окислительно-восстановительное

Титрование (редоксметрия)

1. Целью работы является обучение студентов:

– основным приёмам и операциям количественного анализа;

– пользованию аппаратурой и посудой, применяемыми в количественном анализе: бюретками, мерными колбами, мерными цилиндрами, стаканами, воронками, промывалками и другой химической посудой.;

– технике обращения с химическими реактивами и приспособлениями;

– навыкам приготовления растворов различных концентраций;

– навыкам титрования растворов и выбора подходящего титранта;

– методам статистической обработки полученных количественных результатов с использованием учебной, справочной и специальной литературы;

– умению применять полученные ранее знания для решения поставленных задач;

– правилам безопасности при работе в химической лаборатории.

Сущность метода

2.1. Титрование, метод количественного анализа, основанный на измерении объёма рабочего раствора точно известной концентрации (титранта) при постепенном прибавлении его к анализируемому раствору, концентрацию которого необходимо установить.

Титрование прекращают, когда число эквивалентов добавляемого титранта станет равным числу эквивалентов определяемого вещества. Конечная точка титрования обычно фиксируется с помощью индикатора, меняющего свою окраску в точке эквивалентности.

Титрант готовят по точной навеске из устойчивых при хранении веществ или из специальных стандарт-титров − фиксаналов. Если вещества, применяемые для приготовления титрантов, неустойчивы, то приготовленные растворы титрантов стандартизируют, используя фиксаналы.

Фиксанал представляет собой стеклянную ампулу заводского изготовления, содержащую точно 0,1 моль рабочего вещества.

В основе окислительно-восстановительного титрования, или редоксметрии, лежат окислительно-восстанови-тельные реакции, в результате которых происходит передача электронов от восстановителя к окислителю с изменением степеней окисления веществ, участвующих в этом процессе. При этом восстановленная форма одного вещества red ₁, отдавая электроны, переходит в окисленную форму oх ₁ того же вещества, oбpaзуя peдoкc-пapу: ox ₁ / red ₁ (полуреакцию 1).

Окисленная форма oх ₂ (окислитель) второго вещества, принимая электроны, переходит в восстановленную форму red ₂ того же вещества, также образуя редокс-пару: ox ₂ / red ₂ (полуреакцию 2).

1. red ₁ – nē ox ₁ – процесс окисления вещества 1.

2. ox ₂ + nē red ₂– процесс восстановления вещества 2.

Сложение обеих полуреакций позволяет записать реакцию в общем виде:

red ₁ + ox ₂ ox ₁ + red ₂.

Критерием осуществимости окислительно-восстанови-тельной реакцииявляется электродвижущая сила, ЭДС _реак., равная разности электродных потенциалов Е редокс-пар окислителя и восстановителя:

ЭДС _реак = ∆ Е _реак =

Чем больше разность электродных потенциалов в реальных условиях, тем полнее и быстрее идёт реакция.

При ∆ Е _реак ‹ 0 окислительно-восстановительная реакция невозможна.

До точки эквивалентности потенциалопределяющей системой является титруемая редокс-пара. При прибавлении титранта к анализируемому раствору потенциал этой редокс-пары постепенно меняется в соответствии с уравнением Нернста

После точки эквивалентности потенциал системы определяет редокс-пара титранта:

.

В результате в точке эквивалентности наблюдается резкий скачок потенциала, который фиксируется прибором (потенциометром) или редокс-индикатором, изменение окраски которого находится в пределах скачка титрования.

Пример кривой титрования раствора Fe (II)

перманганатом калия

В качестве индикаторов в редоксметрии могут использоваться и специфические индикаторы, изменяющие окраску при появлении в растворе избытка титранта или при исчезновении анализируемого вещества.

Для оценки принципиальной осуществимости и неосуществимости процесса и при выборе титранта обычно пользуются значениями стандартных электродных потенциалов.

3. Методы ОВ титрованияклассифицируются

– по характеру титранта:

оксидиметрия — методы определения восстановителей с применением титранта-окислителя. В качестве титрантов чаще всего применяют окислители, стандартные окислительно-восстановительные потенциалы редокс-пар которых имеют как можно более высокие значения.

редуктометрия — методы определения окислителей с применением титранта-восстановителя. В этом случае целесообразно применять восстановители, стандартные окислительно-восстановительные потенциалы редокс-пар которых имеет по возможности минимальные значения.

– по природе реагента, взаимодействующего с определяемым веществом:

броматометрия (бромат калия КВrO₃,), бихроматометрия (бихромат калия К₂Сr₂O₇), йодометрия (йодид калия КJ, тиосульфат натрия Na₂S₂O₃), перманганатометрия (перманганат калия КМnО₄) и др.

 

Условия проведения окислительно-восстановительного титрования

Реакции, применяемые в методах ОВ титрования, должны отвечать ряду требований, важнейшими из которых являются следующие:

– реакция должна протекать практически до конца. Окислительно-восстановительная реакция идет тем полнее, чем больше константа равновесия К_реак, которая определяется соотношением:

lg K _реак= ∆E ⁰_реак ∙ n / 0,059

и должна быть не менее 10⁸;

– реакция должна протекать достаточно быстро;

– реакция должна протекать стехиометрически, побочные процессы должны быть исключены;

– конечная точка титрования должна определяться точно и однозначно либо с индикаторами, либо без индикаторов.