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RELAZIONE DI LABORATORIO DI CHIMICA ANALITICA - Titolazione di Fe2+ con KMnO4, dopo standardizzazione della soluzione di permanganato con Na2C2O4

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RELAZIONE DI LABORATORIO DI CHIMICA ANALITICA - Titolazione di Fe2+ con KMnO4, dopo standardizzazione della soluzione di permanganato con Na2C2O4




OBIETTIVO:


lo scopo dell’esperienza è quello di determinare la quantità di Fe2+, in grammi, contenuto in un campione dato.



PRINCIPI TEORICI




La titolazione del ferro con permanganato di potassio è una titolazione di ossido-riduzione asimmetrica, ossia una titolazione in cui si sfrutta una reazione red-ox, dove il rapporto tra ossidante e riducente è diverso da 1:1. La reazione di titolazione è


5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O


Un vantaggio nell’utilizzare il permanganato come ossidante è la sua colorazione intensa, per cui può servire anche come indicatore di sé stesso. Infatti non appena il Fe2+ è stato completamente ossidato e si ha in soluzione un piccolo eccesso di permanganato, si nota subito la sa del colore viola. In particolare in ambiente acido il MnO4- viene ridotto a Mn2+ incolore, secondo la reazione


MnO4- + 8H+ + 5e-  Mn2+ + 4H2O


Questa reazione, pur avendo una costante di equilibrio molto alta, è lenta, pertanto il colore persiste per circa 30 secondi, fino al momento in cui il permanganato viene consumato per dare Mn2+ ed il punto finale è ben determinabile.


Le soluzioni acquose di permanganato di potassio non sono del tutto stabili perché lo ione tende ad ossidare l’acqua


4MnO4- + 2H2O 4MnO2(s) + 3O2 + 4OH-


In assenza però di agenti catalizzatori come luce, calore, MnO2, Mn2+, acidi e basi, tale reazione di decomposizione è lenta. Per preparare una soluzione stabile di permanganato è utile bollire la soluzione appena preparata, in modo da accelerare l’ossidazione delle eventuali impurezze organiche contenute nell’acqua distillata. Successivamente filtrarla attraverso un filtro di vetro – non carta filtrante, perché si tratta comunque di materiale organico, che potrebbe venire ossidato – e dopo la standardizzazione, conservare la soluzione in bottiglie di vetro scuro.


Una buona misura precauzionale per evitare errori nell’utilizzo di questo ossidante sono una ristandardizzazione della soluzione ogni due o tre settimane; inoltre, soluzioni contenenti un eccesso di permanganato non si dovrebbero mai riscaldare, perché esse si decompongono ossidando l’acqua, nonostante questo è possibile titolare soluzioni acide di riducenti senza errori, a causa della bassa velocità della reazione.


La standardizzazione può essere effettuata con Na2C2O4 come standard primario, secondo la reazione:


2MnO4- + 5 C2O42- + 16H+ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O


Questa reazione è complessa e procede lentamente anche ad alta temperatura a meno che non sai presente Mn2+ come catalizzatore. Pertanto, quando si aggiungono i primi pochi millilitri di permanganato alla soluzione di ossalato, ci vogliono diversi secondi prima che scompaia il colore dello ione permanganato. Quando la concentrazione del Mn2+ aumenta, la reazione procede assai più rapidamente. Anche in questo caso per la titolazione non è necessario un indicatore, a causa della forte colorazione del permanganato.


Durante le titolazioni, l’aggiunta di KMnO4 non deve essere troppo rapida, altrimenti oltre a Mn2+ si forma anche un po’ di MnO2 e la soluzione assume un colore bruno chiaro. Se in soluzione c’è ancora ossalato sufficiente a ridurre MnO2 a Mn2+, questo non è un inconveniente grave: basta non aggiungere KMnO4 fino a che la soluzione non schiarisce. A fine titolazione è bene non lasciare in buretta il permanganato per un tempo molto lungo perché potrebbe formarsi, anche in questo caso, MnO2.


Strumenti utilizzati:


buretta da 50 mL

matraccio da 1000 mL

becher da 1000 mL

lampada Bunsen

bottiglia scura con tappo smerigliato

crogiolo filtrante di vetro

beuta da vuoto

vetrino

bilancia analitica

matraccio da 100 mL

pipetta da 20 mL

beuta da 250 mL

cilindro graduato



Reagenti


3,2 g circa di KMnO4 puro per analisi

0,25-0,30 g di Na2C2O4 (con precisione 0,1 mg) per ogni titolazione di standardizzazione

acido solforico diluito 1:8

acido fosforico all’85%

campione contenente Fe2+

acqua distillata



Procedimento:


Standardizzazione della soluzione di permanganato

Il permanganato è stato sciolto in 1 litro d’acqua. Si è portata ad ebollizione la soluzione, che è stata mantenuta per circa 1 ora appena al di sotto della temperatura di ebollizione. Passato questo tempo, la soluzione è stata filtrata attraverso il crogiolo di vetro utilizzando la pompa da vuoto. Il filtrato è stato messo in una bottiglia scura in modo da mantenere la stabilità della soluzione.

Sono stati pesati 0,25-0,30 g di Na2C2O4 e sciolti in circa 60 mL di acqua distillata in una beuta da 250 mL. Sono stati aggiunti 15 mL di acido solforico diluito 1:8 e il tutto è stato riscaldato. Si è titolato lentamente e agitando vigorosamente, aspettando che la soluzione si decolorasse tra un’aggiunta e l’altra. La soluzione è stata riscaldata nuovamente quando scendeva sotto i 60°C. La titolazione è stata ripetuta 2 volte.


Determinazione volumetrica del ferro:

E’ stato portato a volume il campione nel matraccio da 100 mL ed è stato omogeneizzato. Sono stati prelevati 20 mL di soluzione e sono stati introdotti in una beuta da 250 mL. Sono stati aggiunti 5 mL di acido fosforico all’85%. Si è titolato lentamente e sotto agitazione. La titolazione è stata ripetuta 3 volte.





CALCOLI:


Standardizzazione della soluzione di permanganato


Formula risolutiva


dove m=massa Na2C2O4, in g

V=volume KMnO4 al punto equivalente, in mL

T=titolo soluzione KMnO4, in mol/L

pm=peso molecolare Na2C2O4 = 133,999 g/mol



Prima titolazione

Pesata Na2C2O4: 0,2841 g

Volume KMnO4[a]: 40,20 mL




Seconda titolazione

Pesata Na2C2O4: 0,2758 g

Volume KMnO4[b]: 38,90 mL










Tabella complessiva, ottenuta i risultati della standardizzazione del permanganato di potassio di tre studenti:



Studente

misura

Massa Na2C2O4 (g)

Volume  equivalente KMnO4[c] (mL)

Titolo (M)

A









B









C
















limiti di fiducia: 



Determinazione del ferro:


Prima titolazione

volume KMnO4[d]: 21,45 mL


n(MnO4-)=M(MnO4-)∙V(MnO4-)=0,0212∙0,02145=4,55∙10-4 moli

n(Fe2+)=5∙n(MnO4-)=5∙4,55∙10-4=2,27∙10-3 moli

g(Fe2+)= n(Fe2+)∙pa(Fe2+)=2,27∙10-3∙55,847=0,1270 g in 20 mL soluzione

in 100 mL soluzione 0,1270∙5=0,6348 g


SECONDa titolazione

volume KMnO4[e]: 21,50 mL


n(MnO4-)=M(MnO4-)∙V(MnO4-)=0,0212∙0,02150=4,56∙10-4 moli

n(Fe2+)=5∙n(MnO4-)=5∙4,56∙10-4=2,28∙10-3 moli

g(Fe2+)= n(Fe2+)∙pa(Fe2+)=2,28∙10-3∙55,847=0,1273 g in 20 mL soluzione

in 100 mL soluzione 0,1273∙5=0,6364 g



TERZa titolazione

volume KMnO4[f]: 21,55 mL


n(MnO4-)=M(MnO4-)∙V(MnO4-)=0,0212∙0,02155=4,57∙10-4 moli

n(Fe2+)=5∙n(MnO4-)=5∙4,57∙10-4=2,28∙10-3 moli

g(Fe2+)= n(Fe2+)∙pa(Fe2+)=2,28∙10-3∙55,847=0,1276 g in 20 mL soluzione

in 100 mL soluzione 0,1276∙5=0,6379 g






Risultato: massa Fe: 0,6364 g

Deviazione standard %: 0,2%

Massa teorica Fe: 0,640 g

Errore: (massa sperim-massa teorica)/massa teorica∙100=(0,6364-0,64)/0,64∙100=-0,56%



CONCLUSIONI:


La quantità di ferro contenuta nel campione è di 0,6364 g con una deviazione standard percentuale di 0,2 %. Un eventuale errore nella determinazione del ferro può essere dovuto alla standardizzazione di KMnO4. Si è trovato infatti che quando le soluzioni di ossalato di sodio vengono titolate tra 60°C e 90°C, il consumo di permanganato è inferiore a quello teorico di 0,1%-0,4%, probabilmente in conseguenza dell’ossidazione all’aria di una parte dell’acido ossalico.



RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI:


dispensa di Laboratorio di Chimica Analitica 1, AA. 2003/04

D.A. Skoog-D.M. West-F.J. Holler, Chimica Analitica. Una introduzione, III ed., Napoli, EdiSES, 1996, pp. 327-328.








[a] Valore corretto per l’inaccuratezza della buretta

[b] V. nota (a)

[c] V. nota (a)

[d] V. nota (a)

[e] V. nota (a)

[f] V. nota (a)






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