Перманганатометрия

Метод перманганатометрии является одним из методов окислительно- восстановительного титрования. В основе этого метода лежат реакции окисления ионом перманганата – MnO₄^-. Окисление может проводиться при различных значениях рН. В щелочной и нейтральной средах (рН ³ 7) ион MnO₄^-, имеющий малиновую окраску, восстанавливается до MnO₂ бурого цвета. При прямом титровании перманганатом в щелочной и нейтральной средах практически трудно уловить точку эквивалентности.

В кислой среде (рН < 7) ион MnO₄^- восстанавливается до почти бесцветных ионов Мn²⁺

MnO₄^- + 8Н⁺ + 5е ® Mn²⁺ + 4H₂O (Mn⁷⁺ + 5е ® Mn²⁺)

Применяя прямое титрование восстановителей в кислой среде раствором КMnO₄, точку эквивалентности устанавливают без индикатора, так как по мере титрования раствор КMnO₄ будет обесцвечиваться до тех пор, пока в титруемой колбе присутствует восстановитель. Как только весь восстановитель прореагирует, тогда от одной капли избытка КMnO₄ весь раствор в колбе окрасится в слабо-розовый цвет. Это и будет указывать, что наступила точка эквивалентности.

Можно титровать раствор КMnO₄ раствором восстановителя. В этом случае в точке эквивалентности раствор перманганата калия обесцветится.

Окислительно-восстановительный потенциал MnO₄^-/ Mn²⁺ равен 1,51 В. Используя титрование перманганатом в кислой среде, можно определять восстановители с потенциалом меньше 1,51 В.

Приготовление рабочего раствора титранта

КMnO₄ не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к исходным веществам, поэтому приготовить его раствор точной концентрации по навеске нельзя. Перманганат всегда содержит примеси продуктов восстановления, например, MnO₂, т.е. не является химически чистым. Он легко разлагается под влиянием восстановителей (NH₃ воздуха, органических веществ, попадающих в воду с пылью). Вследствие этого концентрация раствора KMnO₄ после приготовления некоторое время уменьшается. В лабораторно-учебной практике его раствор готовят концентрацией примерно 0,05 н; титр его устанавливают через 7 или 10 дней после приготовления раствора. Хранить раствор следует в темноте или в склянках из тёмного стекла, т.к. свет ускоряет разложение KMnO_4.

Стандартными (исходными) веществами в перманганатометрии являются H₂C₂O₄·2H₂O, Na₂C₂O₄, Fe, As₂O₃ и др.

Ход работы

а) рассчитывают навеску КMnO₄ для приготовления 250 мл примерно 0,05 н раствора по формуле:

б) вычисленную навеску кристаллического КMnO₄ отвешивают в химический стакан на технических весах, растворяют в горячей дистиллированной воде, добавляя воду небольшими порциями в химический стакан с навеской и сливая раствор каждый раз в мерную колбу (не допускать попадания в колбу кристаллов КMnO₄). По окончании растворения КMnO₄, раствор в мерной колбе охлаждают под краном. Перемешивают, доводят объем колбы до метки холодной дистиллированной водой. Колбу закрывают пробкой и оставляют в темном месте до следующего занятия. Для определения титра получившегося раствора пользуются, как правило, химически чистой щавелевой кислотой (Н₂С₂О₄) или оксалатом натрия (Na₂С₂О₄), которые для титрования готовятся из фиксанала или по навеске. Определение основано на реакции:

2KMnO₄ + 5Н₂С₂О₄ + 3Н₂SО₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 10CO₂ + 8Н₂О

восстановитель 5 2С₂ О₄^2- - 2е ® 2СО₂ окисляется

окислитель 2 MnО ₄^- + 8Н⁺ + 5е ® Mn²⁺ + 4Н₂О восстанавливается

Реакцию проводят при температуре 85°С, не допуская кипячения (происходит разложение оксалат-иона). Вначале реакция идёт медленно и требует интенсивного перемешивания. Так как образующиеся ионы Mn²⁺ катализируют данную реакцию (явление автокатализа), по мере накопления ионов Mn²⁺, реакция идёт быстро.

Тема: Энергетика химических реакций

Содержание темы. Основные понятия термодинамики: система, типы систем, состояние системы, процессы, виды процессов, внутренняя энергия, теплота, работа, термодинамические функции. Первый закон термодинамики, энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества. Закон Гесса и его следствия. Энтальпия химических реакций. Термохимические расчеты. Калорийность продуктов питания. Второй закон термодинамики. Энтропия системы. Энергия Гиббса и её связь с энтальпией и энтропией системы. Термодинамический критерий самопроизвольного протекания процессов.

Разделы, выносимые на самостоятельную проработку. Применение I начала термодинамики к живым системам. Расчет калорийности продуктов питания (СОХЖ, 83-84).

Письменное задание для самостоятельной проработки. Разберите пример решения типовой задачи 3. Рассчитайте калорийность продуктов питания (по вариантам).

Вариант	Название	Масса, г.	Состав, %
Белки	Жиры	Углеводы
	Кефир, 1 стакан		2,8	3,2	4,1
Яйцо, 1 шт.		12,7	11,5	0,7
	Шоколад, 1 плитка		8,1	39,0	46,8
Чипсы, 1 пакет		4,8	38,0	52,5
	Семечки, 1 стакан		16,1	66,9	9,9
Пирожное, 1 шт.		4,9	21,3	50,2

Домашнее задание для подготовки к занятию: СОХЖ с. 73-92, ЕОХ с. 21-32.

Разберите примеры: 1,2,3 и ГЗХ 3,5,7,8, гл.V.

Письменно выполните задания (нечетные номера к занятию 1, четные - к занятию 2).

1. Пользуясь табличными данными, рассчитайте тепловые эффекты реакций:

а) С₂Н₅ОН _(г) + ½ О_{2 (г)} ® СН₃СООН _(ж) + Н₂О _(ж) б) С₆Н₁₂О_{6 (т)} ® 2С₂Н₅ОН _(ж) + 2СО_{2 (г)}

2. Рассчитайте тепловой эффект реакции гидратации 2,24 л этилена до этилового спирта в стандартных условиях.

3. Вычислите стандартную теплоту образования сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁, если тепловой эффект реакции: С₁₂Н₂₂О_{11 (т)} + 12О_{2 (г)} ® 12СО_{2 (г)} + 11Н₂О _(ж) равен –5694 кДж.

4. Ферментативное дегидрирование пропанола-2 протекает по следующему уравнению:

СН₃–СН–СН₃ ^{фермент} СН₃–С–СН₃ + Н₂

ОН О

Определите, какое количество энергии выделится или поглотится при этом, если известны энтальпии сгорания веществ (кДж/моль): DН⁰₂₉₈(пропанола) = -2002, DН⁰₂₉₈(ацетона)= -1789, D Н⁰₂₉₈(Н₂)= -285.

5. Напишите уравнение реакций, тепловой эффект которых был бы стандартной теплотой образования глюкозы; азотной кислоты; аммония хлорида.

6. Рассчитайте, сколько энергии получает грудной малыш при искусственном вскармливании 100 г молочной смеси «Детолакс», имеющей состав: белки 13,7%, жиры 27%, углеводы 53%. Сколько такой смеси требуется ребенку массой 4 кг, если суточная потребность энергии у детей первых трех месяцев жизни составляет в среднем 500 кДж/кг или 120 ккал/кг?

7. Подсчитайте калорийность традиционного завтрака англичан, съедающих около 300 граммов овсяной каши, имеющей состав: белки 9%, жиры 1,4%, углеводы 70%.

8. Стандартные теплоты образования NH₃ и PH₃ равны соответственно –46,2 и +5,1 кДж/моль. Кокой следует сделать вывод из этих данных об относительной устойчивости молекул NH₃ и PH₃?

9. Не проводя расчета, определите, как изменяется энтропия в следующих реакциях

NH_{3 (г)} + НСl _(г) ® NH₄Cl _(т); COCl_{2 (г)} ® СО_{2 (г)} + Cl_{2 (г)}; PCl_{3 (г)} + Cl_{2 (г)} ® PCl_{5 (г)} .

10. Определите возможность самопроизвольного протекания в стандартных условиях следующей реакции восстановления уксусного альдегида:

О

СН₃–С–Н _(г) + Н_{2 (г)} ® СН₃СН₂ОН _(ж), DG⁰_{укс.альд.}= -134 кДж/моль.

11.Дайте заключение о направлении самопроизвольного протекания реакции при 37⁰С, определите, какой фактор: энтальпийный или энтропийный оказался решающим:

СН₃СООС₂Н_{5 (ж)} + Н₂О _(ж) ® СН₃СООН _(ж) + С₂Н₅ОН _(ж)

Для этилацетата: DН⁰_обр.= -469,5 кДж/(моль^.К), S⁰₂₉₈= 259 Дж/(моль^.К);

для СН₃СООН: S⁰₂₉₈= 160 Дж/(моль^.К)

12. Определите, каким процессом в организме: экзо- или эндоэргоническим является окисление молочной кислоты в пировиноградную (при 37⁰С):

СН₃–СН–СООН ^{фермент} СН₃–С–СН₃ + Н₂,

ОН О

если известны для молочной кислоты DН⁰_обр. = -673 кДж/моль, S⁰₂₉₈ = 192 Дж/(моль^.К),

для пировиноградной кислоты DН⁰_обр. = -586 кДж/моль, S⁰₂₉₈ = 179 Дж/(моль^.К)

Факультативно. Решите задачи: ГЗХ 1981: №284, 295, 297, 300, 307, 308; или 1985: №289, 300, 302, 305, 312, 313.

Дата добавления: 2015-09-06