Окислительно-восстановительное титрование

Пример 22 поможет Вам при решении задач №187–194.

Пример 22. Построить кривую титрования I₂ раствором аскорбиновой кислоты (C₆H₈O₆) и подобрать индикаторы. Концентрации растворов: С (¹/₂ I₂) = 0,02 моль/л, С (¹/₂ C₆H₈O₆ ) = 0,01 моль/л. рН раствора = 1.

Решение. Кривые окислительно-восстановительного титрования отражают зависимость потенциала системы от объема прибавленного реагента. При титровании раствора иода раствором аскорбиновой кислоты протекает окислительно-восстановительная реакция:

I₂ + 2ē D 2I^– I₂ – окислитель

C₆H₈O₆^– – 2ē D C₆H₆O₆ +2Н⁺ C₆H₈O₆ – восстановитель

I₂ + C₆H₈O₆ = 2I^– + 2 Н⁺ + C₆H₆O₆

В растворе образуются две окислительно-восстановительные пары: I₂ / 2I^– и C₆H₈O₆/C₆H₆O₆, потенциал каждой из которых можно рассчитать по уравнению Нернста:

	(16)
	(17)

Значения стандартных потенциалов находим в справочнике [3]:

= + 0,536 В; = – 0,326 В.

Рассчитаем объем (V_T) раствора C₆H₈O₆, необходимый для оттитровывания 100 мл (V₀) раствора I₂:

С₀ · V₀ = С_T · V_T; V_T = 0,02 · 100,00/ 0,01 = 200,00 мл.

Потенциал системы до начала титрования не рассчитывают, поскольку в исходном растворе известна концентрация только одной из сопряженных форм титруемого вещества. До т. э. расчет потенциала удобнее вести по уравнению (16), а после т. э. – по уравнению (17).

1. Расчет кривой до т. э.

В результате прибавления 100,00 мл раствора аскорбиновой кислоты образовалось эквивалентное количество I^– – иона, так как из одного моля I₂ образовалось два моля I^–, то есть коэффициенты перед окисленной и восстановленной формами различны, то при расчете концентраций будем учитывать разбавление.

Рассчитаем концентрацию неоттитрованного иода:

Для подстановки в уравнение Нернста концентрацию необходимо перевести в молярную:

[I₂] = 2,50 · 10^–3 моль/л.

По формуле (17) рассчитываем потенциал системы:

После добавления 180,00 мл (90%) титранта, рассчитаем изменившиеся концентрации иодид-иона и иода, а также потенциал системы:

[I₂] = 3,57 · 10^–4 моль/л;

Прибавлено 198,00 мл (99%) раствора аскорбиновой кислоты:

[I₂] = 3,35 · 10^–5 моль/л, Е = +0,532 В.

Прибавлено 199,80 мл раствора аскорбиновой кислоты (99,9%). Точка начала скачка титрования соответствует моменту титрования, когда раствор недотитрован на 0,1%:

[I₂] = 3,34 · 10^–6 моль/л, Е = +0,503 В.

2. Потенциал системы в т. э. рассчитываем с учетом рН раствора по формуле

где n₁ и n₂ – количество электронов, участвующих в полуреакциях.

.

3. Расчет кривой после т. э. проводим по формуле (17).

Прибавлено 200,20 мл раствора аскорбиновой кислоты (100,1 %), то есть раствор иода перетитрован на 0,1%, что соответствует концу скачка титрования. Определим концентрацию избытка аскорбиновой кислоты:

Молярная концентрация С₆Н₈О₆ :

[С₆Н₈О₆] = 3,33 · 10^–6 моль/л.

Количество образовавшегося продукта окисления аскорбиновой кислоты (С₆Н₆О₆) после т. э. не изменяется, а его концентрация уменьшается с разбавлением:

[С₆Н₆О₆] = 3,33 · 10^–3 моль/л.

Рассчитаем потенциал системы Е:

При добавлении 202,00 мл титранта (101%):

[С₆Н₈О₆] = 3,31 · 10^–5 моль/л;

[С₆Н₆О₆] = 3,31 · 10^–3 моль/л;

Е = –0,326 В.

При добавлении 220,00 мл титранта (110%):

[С₆Н₈О₆] = 3,12 · 10^–4 моль/л;

[С₆Н₆О₆] = 3,12 · 10^–3 моль/л;

Е = –0,356 В.

4. Результаты вычислений сведем в табл. 3, а по данным таблицы построим кривую титрования (рис. 3).

Таблица 3

Рис. 3. Кривая титрования раствора иода раствором аскорбиновой кислоты [С (¹/₂I₂) = 0,02 моль/л, С (¹/₂ C₆H₈O₆ ) = 0,01 моль/л]

В качестве окислительно-восстановительных индикаторов можно использовать нейтральный красный (при рН=1 Е⁰= + 0,15В), индиготрисульфоновую и индиготетрасульфоновую кислоты (при рН=1 соответственно Е⁰ = +0,28 и +0,31 В). Значения Е⁰ этих индикаторов находятся в пределах скачка титрования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аналитическая химия: Программа, методические указания и контрольные задания по одноименному курсу для студентов-заочников химико-технологических специальностей / Н. А. Коваленко, А. Е. Соколовский, Е. В. Радион. – Мн.: БГТУ, 2001.

2. Методические указания по курсу «Аналитическая химия» для студентов химико-технологических специальностей / В. А. Якубович, О. Н. Чудновская, Т. Л. Залевская и др. – Мн.: БТИ, 1987.

3. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии.– М.: Химия, 1989.

4. Васильев В. П. Аналитическая химия: В 2 т. Т. 1. – М.: Высшая школа, 1989.

СОДЕРЖАНИЕ

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Редактор Р.М.Рябая

Подписано в печать ……..2003. Формат 60·84/16.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,7. Усл. кр.-отт. 2,7. Уч.-изд. л. 2,2.

Тираж 200 экз. Заказ .

Учреждение образования

«Белорусский государственный технологический университет».

220050. Минск, Свердлова, 13а. Лицензия ЛВ № 276 от 15.04.03.

Отпечатано на ротапринте Белорусского государственного

технологического университета. 220050. Минск, Свердлова, 13.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: