Окислительно-восстановительное титрование
Методы и их особенности
При окислительно-восстановительном титровании определяемое вещество реагирует с добавляемым раствором с передачей электронов. Раствор реагента известной концентрации называют титрантом. Выбор титранта зависит от свойств определяемого вещества, а выбор индикатора помогает установить момент окончания титрования.
| Метод | Титрант | Полуреакция или реакция при титровании | Индикатор | Определяемые вещества |
|---|---|---|---|---|
| Перманганатометрия | Титрантом служит \(\ce{KMnO4}\). | В кислой среде протекает полуреакция \(\ce{MnO4- + 8H+ + 5e- -> Mn^2+ + 4H2O}\). | Конец титрования показывает сам титрант. | Определяют \(\ce{Fe^2+}\), \(\ce{H2O2}\), \(\ce{C2O4^2-}\) и \(\ce{NO2-}\). |
| Дихроматометрия | Титрантом служит \(\ce{K2Cr2O7}\). | В кислой среде протекает полуреакция \(\ce{Cr2O7^2- + 14H+ + 6e- -> 2Cr^3+ + 7H2O}\). | Индикатором служит дифениламин. | Определяют \(\ce{Fe^2+}\) и U(IV). |
| Цериметрия | Титрантом служит \(\ce{Ce(SO4)2}\). | Протекает полуреакция \(\ce{Ce^4+ + e- -> Ce^3+}\). | Индикатором служит ферроин. | Определяют \(\ce{Fe^2+}\) и \(\ce{H2O2}\). |
| Иодиметрия | Титрантом служит \(\ce{I2}\) (в KI). | Протекает полуреакция \(\ce{I2 + 2e- -> 2I-}\). | Индикатором служит крахмал. | Определяют \(\ce{SO3^2-}\), \(\ce{S^2-}\) и аскорбиновую кислоту. |
| Иодометрия | Титрантом служит \(\ce{Na2S2O3}\). | Выделившийся иод реагирует с тиосульфатом: \(\ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I- + S4O6^2-}\). | Индикатором служит крахмал. | Определяют окислители через выделенный иод. |
При иодиметрии восстановитель непосредственно титруют раствором иода. При иодометрии сначала выделяют иод реакцией определяемого окислителя с иодидом, а затем титруют этот иод тиосульфатом.
boltЭлектронный баланс при титровании
Количество электронов, отданных восстановителем, равно количеству электронов, принятых окислителем: \(n_1z_1 = n_2z_2\). Здесь количество вещества умножают на число электронов, приходящихся на одну его частицу. При прямом титровании это число находят из полуреакций титранта и определяемого вещества.
scienceРеакции иодиметрии и иодометрии
- \(\ce{C6H8O6 + I2 -> C6H6O6 + 2HI}\) — при реакции с иодом витамин C окисляется.
- \(\ce{Na2SO3 + I2 + H2O -> Na2SO4 + 2HI}\) — при реакции с иодом сульфит окисляется до сульфата.
- \(\ce{NaClO + 2KI + 2CH3COOH -> NaCl + I2 + 2CH3COOK + H2O}\) — при реакции гипохлорита с иодидом в присутствии уксусной кислоты выделяется иод.
- \(\ce{I2 + 2Na2S2O3 -> 2NaI + Na2S4O6}\) — при титровании иода тиосульфатом образуется тетратионат.
Иодометрия окислителей
Иодометрия подходит для определения окислителей, из которых можно количественно получить иод реакцией с иодидом. К ним относятся Cu(II), Fe(III), \(\ce{Cr2O7^2-}\), \(\ce{MnO4-}\), \(\ce{ClO-}\), \(\ce{IO3-}\), \(\ce{H2O2}\) и пероксиды. Растворённый кислород определяют методом Винклера через промежуточные реакции, которые также приводят к выделению иода.
К пробе добавляют избыток KI и, если требуется, кислоту. Выделившийся \(\ce{I2}\) титруют тиосульфатом до исчезновения синей окраски крахмала. Крахмал добавляют ближе к концу титрования: если добавить его раньше, иод прочно связывается с индикатором.
Окислительную способность отбеливателей выражают содержанием активного хлора, то есть эквивалентной массой \(\ce{Cl2}\). Соотношение составляет 1 \(\ce{ClO-}\) ≙ 1 \(\ce{Cl2}\), поскольку в соответствующих реакциях оба принимают 2 электрона.
edit_noteИодат как первичный стандарт
\(\ce{KIO3}\) служит первичным стандартом: \(\ce{IO3- + 5I- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O}\). Из одного иодата получают три \(\ce{I2}\), на титрование которых расходуется тиосульфат в количестве, соответствующем передаче шести электронов. Это соотношение используют для стандартизации тиосульфата.
errorУсловия иодометрического определения
Иодометрию проводят в слабокислой среде. В щелочной среде иод диспропорционирует (\(\ce{3I2 + 6OH- -> IO3- + 5I- + 3H2O}\)), а тиосульфат может окисляться до сульфата. В сильнокислой среде тиосульфат разлагается, а иодид окисляется кислородом воздуха. Поэтому выделившийся иод титруют сразу, на холоду и без яркого света.
Выбор метода
Метод выбирают последовательно: сначала учитывают свойства определяемого вещества, затем условия реакции и её скорость.
- Сначала установите, является ли определяемое вещество окислителем или восстановителем. Восстановитель можно непосредственно титровать окислителем: \(\ce{KMnO4}\), \(\ce{K2Cr2O7}\), \(\ce{I2}\) или Ce(IV). Для окислителя подходит иодометрия. Другой вариант состоит в том, чтобы добавить известный избыток восстановителя, например соли Мора, а затем оттитровать его остаток.
- Учитывайте кислотность раствора. В солянокислом растворе перманганат окисляет хлорид, поэтому вместо него выбирают дихромат или Ce(IV).
- Сопоставляйте окислительную способность титранта со свойствами восстановителя. Слабые восстановители, в том числе \(\ce{As(III)}\) и сульфит, титруют иодом: он действует мягче и позволяет проводить избирательное определение. Сильные восстановители титруют перманганатом.
- Учитывайте скорость реакции. Если реакция идёт медленно, как в случае оксалата, применяют нагревание, катализатор или обратное титрование.
boltРасчёт при заместительном определении
Для заместительного определения учитывайте каждую реакцию от исходного вещества до титранта. При определении \(\ce{Cr2O7^2-}\) одному иону соответствуют 3 \(\ce{I2}\), на титрование которых расходуются 6 \(\ce{S2O3^2-}\). При определении \(\ce{O2}\) на одну его молекулу приходятся 2 \(\ce{MnO(OH)2}\), затем получают 2 \(\ce{I2}\) и расходуют на их титрование 4 \(\ce{S2O3^2-}\).
push_pinГлавное
В основе расчётов окислительно-восстановительного титрования лежит равенство количеств отданных и принятых электронов. В перманганатометрии \(\ce{MnO4-}\) в кислой среде восстанавливается до \(\ce{Mn^2+}\), принимая 5 электронов; титрант сам показывает конец титрования при определении \(\ce{Fe^2+}\), \(\ce{H2O2}\), оксалата и нитрита. В дихроматометрии \(\ce{Cr2O7^2-}\) восстанавливается до \(\ce{Cr^3+}\), принимая 6 электронов; дихромат служит первичным стандартом при определении железа, а индикатором может быть дифениламиносульфонат. Иодиметрия позволяет непосредственно титровать иодом восстановители, среди которых \(\ce{SO3^2-}\), аскорбиновая кислота и \(\ce{As(III)}\). При иодометрическом определении Cu(II), \(\ce{Cr2O7^2-}\), \(\ce{ClO-}\) («активного хлора»), \(\ce{H2O2}\) и \(\ce{O2}\) по Винклеру выделившийся после добавления избытка KI иод титруют тиосульфатом: 1 \(\ce{I2}\) ≙ 2 \(\ce{S2O3^2-}\). Крахмал добавляют в конце титрования, чтобы иод не связывался с ним преждевременно. В цериметрии Ce(IV) восстанавливается до Ce(III), принимая 1 электрон; определение можно проводить в HCl.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.