1. Cơ sở lý thuyết

          Một trong những phương pháp oxi hóa khử quan trọng là phương pháp pemanganat, ứng dụng tính chất oxy hóa rất mạnh của KMnO₄.

          Phản ứng oxi hóa – khử dùng KMnO₄ làm dung dịch chuẩn có thể tiến hành trong môi trường axit, kiềm, trung tính.

          Trong môi trường axit:

                             MnO₄^- + 8H⁺ + 5e  Mn²⁺ + 4H₂O

          Do đó đương lượng khối của KMnO₄ là: Đ_g = 158,03/5 = 31,61 gam.

          Trong môi trường hay trung tính:

                              MnO₄^- + 2H₂O + 3e  MnO₂+ 4OH^-

                    Đ_g = 158,03/3 = 52,68 gam

          Trong môi trường kiềm:

                             MnO₄^- + e MnO₄^2-

                    E^o(MnO₄^-/Mn²⁺) = 1,51V

                    E^o(MnO₄^-/MnO₂) = 0,6V

                   E◦(MnO₄⁻/MnO₄²⁻)=0.56V

          So sánh hai giá trị E^o ta thấy khả năng oxi hóa của MnO₄^- trong môi trường axit cao hơn trong môi trường kiềm. Mặt khác trong môi trường axit tạo thành Mn²⁺ không màu, còn trong môi trường kiềm hay trung tính tạo thành MnO₂↓ có màu nâu đậm làm cho ta khó xác định điểm tương đương. Vì vậy, ở đây chỉ trình bày phản ứng oxi hóa khử MnO₄^- trong môi trường axit.

          Nếu lượng axit không đủ thì phản ứng chỉ xảy ra theo phương trình:

                             MnO₄^- + 4H⁺ + 3e  MnO₂↓ + 2H₂O

          Khi tăng nồng độ axit MnO₂ bị khử tiếp thành Mn²⁺.

                             MnO₂ + 4H⁺ + 2e  Mn²⁺ + 2H₂O

          Trong phương pháp này, việc xác định điểm tương đương không cần chỉ thị. Khi chuẩn độ các dung dịch bằng KMnO₄, điểm tương đương được xác định bằng sự xuất hiện màu hồng nhạt của dung dịch khi thừa một giọt KMnO₄ (hoặc thứ tự định phân ngược lại thì màu hồng nhạt sẽ mất tại điểm tương đương)

2. Hóa chất

          - Dung dịch chuẩn KMnO₄ 0,05 ÷ 0,1N.

          - Dung dịch tiêu chuẩn H₂C₂O₄ 0,05 ÷ 0,1N.

          - Dung dịch NH₄SCN.

          - SnCl₂.2H₂O: 100 ÷ 150 gam SnCl₂.2H₂O pha trong 100 ml HCl đặc rồi pha loãng đến 1 lít.

          - Dung dịch HgCl₂ 5%.

          - Hỗn hợp Zimecman: 67 gam MnSO₄.4H₂O hòa tan trong 500 ml nước. Thêm vào dung dịch 139ml H₃PO₄ đặc (D = 1,7 g/ml) và 130ml dung dịch H₂SO₄ đặc (d = 1,84) rồi pha loãng đến 1 lít.

          - Dung dịch H₂SO₄ (1:5) và đặc.

          - Zn bột hay sợi.

          - Dung dịch Fe³⁺.

3. Pha chế dung dịch KMnO₄

          Dung dịch KMnO₄ thường được dùng trong phòng thí nghiệm có nồng độ 0,1N; 0,05N; 0,02N; 0,01N.

          KMnO₄ là loại chất rắn ở dạng tinh thể. Tạp chất trong KMnO₄ thường là MnO₂, các chất có Cl^-, NO₃^-. Là một chất oxi hóa mạnh nên khi hòa tan trong nước, KMnO₄ có thể oxi hóa các chất hữu cơ, bụi có thể có trong nước. Khi có mặt MnO₂ (thường có lẫn trong KMnO₄) đóng vai trò chất xúc tác thì xảy ra sự phân hủy của MnO₄^-.

                             4MnO₄^- + 2H₂O  4MnO₂ + 3O₂ + 4OH^-

          Vì vậy, sau khi pha chế dung dịch phải lọc hết các vết MnO₂ có trong dung dịch KMnO₄. Khi bảo quản phải tránh không để dung dịch tiếp xúc với ánh sáng mặt trời (vì khi ấy ion MnO₄^- bị phân hủy nhanh hơn) và tránh tiếp xúc với bụi bặm hoặc các chất hữu cơ.

          Khi có mặt Mn²⁺ thì dung dịch KMnO₄ không bền do phản ứng:

                             2MnO₄^2- + 3Mn²⁺ + 2H₂O  5MnO₂ + 4H⁺

            Vì vậy, nồng độ KMnO₄ khi mới pha chế thay đổi theo thời gian, thường thì phải 7÷10 ngày nồng độ mới ổn định.

            Với những lí do trên, người ta không pha chế KMnO₄ từ lượng cân chính xác mà chỉ pha chế gần đúng, sau khoảng thời gian 7÷10 ngày mới chuẩn hóa lại nồng độ của dung dịch KMnO₄ bằng dung dịch các chất gốc khác.

          Có nhiều chất gốc có thể dùng để xác định nồng độ KMnO₄ như H₂C₂O₄.2H₂O, Na₂C₂O₄, As₂O₃¸ K₄[Fe(CN)₆], Fe kim loại, ... thường dùng nhất là Na₂C₂O₄ và H₂C₂O₄.2H₂O. Đấy là những chất dễ làm sạch, dễ sấy khô và bền trong lúc bảo quản.

4. Chuẩn hóa nồng độ của dung dịch KMnO₄ bằng dung dịch H₂C₂O₄.2H₂O

4.1. Nguyên tắc của phương pháp

          Trong môi trường axit, KMnO₄ và H₂C₂O₄ tác dụng với nhau theo phương trình phản ứng:

                   5H₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄  10CO₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

          Chỉ thị: màu hồng của lượng dư KMnO₄ (phản ứng tự chỉ thị).

          Phản ứng xảy ra theo chiều thuận, điểm tương đương được xác định khi dung dịch có màu hồng nhạt không mất màu sau 30 giây.

          Vì lúc đầu phản ứng trên xảy ra chậm nên phải đun nóng dung dịch H₂C₂O₄ đến 70÷80^oC để tăng tốc độ. Ta không đun sôi vì ở nhiệt độ cao thì H₂C₂O₄ bị phân hủy.

                                       H₂C₂O₄  CO₂ + CO + H₂O

4.2. Cách tiến hành

          Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch H₂C₂O₄ có nồng độ chính xác cho vào bình nón, thêm 3ml dung dịch H₂SO₄ (1:5) vào dung dịch. Đun nóng đến 70÷80^oC. Chuẩn độ bằng KMnO₄ đến khi xuất hiện màu hồng bền sau 30 giây.

          Lặp lại thí nghiệm trên 2÷3 lần, lấy kết quả trung bình.

          Chú ý: phải nhỏ những giọt cuối cùng rất chậm, khi giọt trước mất màu hoàn toàn mới nhỏ giọt sau.

          Tính kết quả.

          Dựa vào số liệu thực nghiệm ta tính ra nồng độ đương lượng của KMnO₄.

5. Xác định FeCl₃ bằng dung dịch KMnO₄

5.1. Nguyên tắc của phương pháp

          Dùng Zn kim loại hay SnCl₂ khử Fe³⁺ thành Fe²⁺, sau đó chuẩn độ Fe²⁺ bằng dung dịch KMnO₄ trong môi trường axit.

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

          E^o(MnO₄^-/Mn²⁺) = 1,51V > E^o(Fe³⁺/Fe²⁺) = 0,77V

a) Khử Fe³⁺ bằng Zn kim loại

                   2Fe³⁺ + Zn →2Fe²⁺ + Zn²⁺

          Ở đây: E^o(Fe³⁺/Fe²⁺) >> E^o(Zn²⁺/Zn) = -0,76V nên phản ứng xảy ra theo chiều thuận.

          Tuy nhiên phải đun nóng nhẹ dung dịch để tăng tốc độ phản ứng.

b) Khử Fe³⁺ bằng SnCl₂ dư

                    2Fe³⁺ + SnCl₂ →2Fe²⁺ + Sn⁴⁺ + 2Cl^-

          Thường thường phải dùng lượng dư SnCl₂ để khử, nên lượng thừa SnCl₂ phải loại khỏi dung dịch vì nó cũng tác dụng với KMnO₄. Để loại SnCl₂ dùng HgCl₂:

                   SnCl₂ + 2HgCl₂  SnCl₄ + Hg₂Cl₂↓ (trắng)

          Hg₂Cl₂ kết tủa trắng tác dụng rất chậm với KMnO₄, nên không ảnh hưởng đến kết quả xác định. Nếu lượng thừa SnCl₂ nhiều, thì Hg₂Cl₂ mới tạo ra tác dụng với SnCl₂ theo phản ứng:

                    SnCl₂ + 2Hg₂Cl₂  2Hg↓ + SnCl₄

          Hg tạo ra có màu đen hoặc xám tác dụng mạnh với KMnO₄ nên làm sai kết quả xác định. Do đó khi xác định ở giai đoạn này nếu thu được kết tủa xám hoặc đen thì phải bỏ đi, làm lại từ đầu mẫu khác.

          Do môi trường phản ứng có nhiều Cl^- nên có thể gây phản ứng phụ.

                   2MnO₄^- + 10Cl^- + 16H⁺  5Cl₂↑ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

          Gây sai số cho chuẩn độ. Vì vậy ta phải định phân với sự có mặt hỗn hợp bảo vệ Zimecman (MnSO₄, H₃PO₄ và H₂SO₄)

5.2. Cách tiến hành

a) Dùng cách khử Fe³⁺ bằng SnCl₂

          Lấy chính xác 10ml dung dịch xác định (chứa khoảng 0,01 đến 0,3 gam sắt) cho vào bình nón. Thêm vào dung dịch 5÷7 ml H₂SO₄ (1:5) đun nóng đến gần sôi. Lấy bình ra khỏi bếp điện, thêm vào từng giọt SnCl₂ cho đến khi dung dịch hết màu vàng, tiếp tục thêm 1÷2 giọt thừa SnCl₂. Mỗi lần thêm SnCl₂ vào dung dịch nên lắc bình và quan sát sự giảm màu của dung dịch. Làm lạnh dung dịch ở vòi nước rồi thêm vào 10ml dung dịch HgCl₂, lắc bình nón. Nếu kết tủa trắng tức là quá trình đã làm bình thường. Nếu kết tủa đen hoặc xám thì phải bỏ, làm lại từ đầu. Pha loãng dung dịch bằng 2÷3 lần thể tích nước cất, thêm vào 5ml dung dịch Zimecman và chuẩn độ bằng KMnO₄ cho đến khi dung dịch có màu phớt hồng không mất trong 25÷30 giây. Lặp lại thí nghiệm 2÷3 lần, kết quả trung bình.

          Tính hàm lượng Fe ra gam/lit.

b) Dùng cách khử Fe³⁺ bằng Zn

          Dùng pipet hút chính xác 10ml dung dịch Fe³⁺, dùng ống đong thêm 2ml dung dịch H₂SO₄ (1:5) cho vào cốc đun nóng, thêm vài sợi kẽm hay một ít bột đun nóng nhẹ, thỉnh thoảng lắc cho đến khi dung dịch mất màu vàng, thử xem đã hết Fe³⁺ chưa (thử bằng phản ứng nhỏ giọt trên giấy lọc với thuốc thử NH₄SCN). Để nguội, lọc dung dịch qua giấy lọc và bình nón, rửa cốc và giấy lọc vài lần bằng nước cất nguội (tổng số nước cất dùng để rửa là 20 ml) thêm 5ml hỗn hợp Zimecman rồi chuẩn độ bằng KMnO₄ cho đến khi dung dịch có màu phớt hồng (không mất màu sau 30 giây). Lặp lại thí nghiệm 2÷3 lần, lấy kết quả trung bình.

          Tính hàm lượng Fe ra gam/l.

» Tin mới nhất:

• Công dụng của trái đu đủ (19/07/2022)
• ứng dụng của đạo hàm (18/06/2022)
• Khóa Học Online Miễn Phí Về Quản Lí Thực Phẩm Và Đồ Uống (16/06/2022)
• Lợi ích của nấm linh chi (15/05/2022)
• Một bài toán ước lượng trung bình trong Y Khoa (18/04/2022)

» Các tin khác:

• Bài tập hướng dẫn ôn tập Hóa Hữu cơ phần Hợp Chất (18/05/2017)
• Bài tập Hướng dẫn ôn tập Hóa Hữu cơ Phần Cơ sở (18/05/2017)
• Đáp án bài kiểm tra xstk (18/05/2017)
• Ôn tập xác suất thống kê (18/05/2017)
• Bài tập ôn tập Toán C2. (15/05/2017)
• Bài tập ôn tập Toán C1. (15/05/2017)
• Bài giảng tiếng anh nội dung "Free Fall" (14/05/2017)
• Bài giảng tiếng anh nội dung "Chapter 2. Motion in One Dimension" (14/05/2017)
• Đề thi thử xác suất số 2 (17/04/2017)
• Đề thi thử xác suất (17/04/2017)