نام آزمایش: تیتراسیون اکسید و احیا

هدف آزمایش: تیتراسیون آهن (2) و آهن (3) با دی کرومات

وسایل آزمایش: بالن ژوژه- استوانه مدرج- ارلن- بورت- بشر- شعله- پیپت حبابدار

مواد آزمایش: محلول آهن (2)- محلول اسید سولفوریک- محلول اسید سولفوریک غلیظ- محلول دی کرومات- محلول آهن (3)- محلول کلرواستانو- محلول جیوه کلرید- محلول اسید سولفوریک 1:5- معرف دی فنیل آمین سولفوریک

 

 

تئوری آزمایش:

براي اندازه‌گيري  O₃₂Fe موجود در نمونه از روش ‌حجمي ‌استفاده مي‌كنند .در اين روش‌ آهن سه ظرفيتي  (Fe⁺³)   را به آهن دو ظرفيتي (Fe⁺²) احياء كرده و در مجاورت‌ معرف باريم ‌دي فنيل آمين سولفانات ‌با دي كرومات پتاسيم تيتر مي‌كنند .

براي حل كردن Fe₂O₃ از اسيد كلريدريك استفاده مي‌كنند .

Fe₂O₃  + HCl 6    →     ₃FeCl + 3H₂O

Fe ⁺² را با كلرور استانو (SnCl₂) احياء مي‌كنند .

2Fe³⁺+ Sn²⁺    →    2Fe²⁺+ Sn⁴⁺

با افزودن كلرور استانو به محلول داغ و هم‌ زدن آن ، Fe⁺³ به Fe⁺² احياء مي‌شود و رنگ زرد محلول كه ناشي از Fe⁺³ مي باشد ، تقريبا ناپديد مي‌گردد. سپس محلول را سرد مي‌كنند .

براي از بين بردن كلرور استانو اضافي، به آن كلرور جيوه (₂HgCl) اضافه مي‌كنند ، كه به اين ترتيب ‌يونهاي‌    Sn⁺² به  Sn⁺⁴ تبديل مي‌شو ند و يونهاي  ⁺Hg با ^-Cl ايجاد رسوب سفيد كلرور جيوه  (Hg₂Cl₂) (I) مي كنند.

SnCl₂ + 2HgCl₂   →  SnCl₄ + Hg₂Cl₂

اگر كلرور جيوه به مقدار كافي يا به سرعت‌ اضافه ‌نگردد، مقداري از Hg⁺² به جيوه ‌فلزي (رسوب خاكستري) احياء شده كه در تيتراسيون با دي كرومات پتاسيم مزاحمت‌ ايجاد مي‌كند.

Sn ²⁺ + HgCl₂    →    Hg(s) + 2Cl^- + Sn⁴⁺

سپس محلول اسيد فسفريك 1+1 اضافه مي‌كنند تا Fe⁺³ توليد شده بصورت كمپلكس از محيط عمل خارج گردد.

Fe ³⁺ + PO₄^3-   →   [Fe(PO₄)₂^3-]

در مرحله بعد معرف ‌باريم‌دي فنيل ‌آمين ‌سولفانات‌ اضافه‌ كرده ‌و با محلول دي‌كرومات پتاسيم تيتر مي‌كنند تا به رنگ بنفش‌تغيير رنگ دهد. از حجم دي كرومات پتاسيم مصرفي درصد Fe₂O₃ در نمونه را تعيين مي‌كنند .

K₂Cr₂O₇ + 6 FeCl₂ + 14 HCl  →  2 CrCl₃ + 6 FeCl₃ + 2 KCl + 7 H₂O

علت‌افزودن محلول اسيد فسفريك 1+1:

تيتراسيون به كمك ‌شناساگر باريم‌دي فنيل‌آمين سولفانات بايد در حضور اسيد فسفريك  انجام گيرد. چون يونهاي ³⁺‌Fe تشكيل كمپلكس  [Fe(PO₄)2^-3] مي‌دهند و در نتيجه پتانسيل اكسيداسيون محلول كاهش مي‌يابد. علاوه ‌بر آن ، اسيديته محلول بايد نسبتا بالا باشد .

شناساگر باريم ‌دي فنيل‌آمين سولفانات:

دي فنيل ‌آمين‌اولين شناساگر كشف شده اكسيداسيون و احيا (Redox Indicator) مي باشد .

نمك‌ باريم‌دي فنيل‌آمين سولفونيك اسيد (باريم‌دي فنيل‌آمين سولفانات) در تيتراسيون بادي‌كرومات پتاسيم استفاده مي‌كنند .

 

براي تهيه محلول شناساگر، مقدار  0.3 گرم از آن را در 100 ميلي ليتر آب مقطر حل نمائيد.

فرمول شيميائي باريم‌دي فنيل‌آمين سولفانات C₂₄H₂₀BaN₂O₆S₂ مي باشد .اين‌شناساگر در حالت اكسيد شده بنفش و در حالت‌ احياء  شده بي رنگ مي باشد .

شناساگر در غلظت‌ بالا و اسيديته ‌پائين و طي تيتراسيون آهسته‌ رفتار ديگري از خود بروز مي‌دهد، بطوري كه حتي در حضور زيادي دي كرومات پتاسيم بجاي تغيير رنگ به بنفش بصورت سبز باقي مي‌ماند. اگر چنين‌ اتفاقي ‌افتاد بايد آزمايش ‌را مجددا تكراركرد.

دي كرومات پتاسيم :

دي كرومات پتاسيم از برتري هاي زير برخوردار است .

دي كرومات پتاسيم را ميتوان بطور خالص تهيه كرد.

حتي تا دماي نقطه ‌ذوب، پايدار مي‌ماند و بنابراين مي‌تواند بعنوان يك محلول استاندارد اوليه خوب‌ مورد استفاده ‌قرار گيرد. محلولهاي استاندارد با غلظت ‌معين را ميتوان با توزين نمك خشك و خالص (K₂Cr₂O₇) و انحلال آن در حجم مناسبي از آب تهيه كرد.

در صورتي كه محلولهاي آبي، در برابر تبخير به قدر كافي محافظت ‌شوند، مدت ‌زیادی پايدار مي‌مانند.

 

دي كرومات پتاسيم را فقط در محيط اسيدي بكار مي برند و در دماي معمولي سريعا به نمك‌كروم (III) سبز احياء مي‌شود .دي كرومات پتاسيم توسط اسيد كلريدريك احياء نمي‌شود.

 

 منبع:

www.qccement.com

 

شرح آزمایش:

قسمت اول: تیتراسیون آهن(2) با دی کرومات

در ابتدا بالن ژوژه حاوی آهن(2) را با آب مقطر به حجم می رسانیم و خوب هم می زنیم. 25 میلی لیتر ار آن را با پیپت حبابدار درون ارلن می ریزیم و به آن 25 میلی لیتر اسید سولفوریک 4 مولار، 5 میلی لیتر اسید فسفریک غلیظ و چند قطره معرف دی فنیل آمین سولفوریک اضافه می کنیم. درون بورت هم دی کرومات قرار می دهیم و تیتراسیون را آغاز می کنیم. وقتی که رنگ محلول از سبز به بنفش تیره تغییر کرد حجم مصرفی دی کرومات را یادداشت می کنیم. این مرحله را 2 با انجام می دهیم و از حجم ها میانگین می گیریم.

قسمت دوم: تیتراسیون آهن(3) با دی کرومات

چون واکنش آهن(3) ناپایدار است در ابتدا آن را به آهن(2) احیا می کنیم سپس تیتراسیون با دی کرومات را انجام می دهیم.

برای این کار بالن ژوژه حاوی آهن(3) را با آب مقطر به حجم رسانده و خوب هم می زنیم. 25 میلی لیتر از آن را با پیپت حبابدار درون بشر می ریزیم. به بشر 5 میلی لیتر اسید کلرید غلیظ اضافه می کنیم و تا به جوش رسیدن محلول حرارت می دهیم. سپس در حالی که محلول داغ است به آن قطره قطره محلول کلرو استانو اضافه می کنیم تا محلول زرد رنگ آهن (3) بی رنگ شود. محلول را سرد می کنیم و به درون ارلن انتقال می دهیم. درون ارلن آب مقطر اضافه می کنیم تا حجم کل محلول به 180 میلی لیتر برسد. سپس 10 میلی لیتر جیوه کلرید درون استوانه مدرج می ریزیم و یک باره در حالی که محلول درون ارلن را هم می زنیم، جیوه کلرید را به آن اضافه می کنیم تا مانع از انجام واکنش فرعی شوییم. 2-1 دقیقه صبر می کنیم تا رسوب ابریشمی سفید رنگی تشکیل شود( اگر رسوب تشکیل نشد و یا با کدری و سیاه شدن رسوب همراه بود کار ما اشتباه است و باید از اول شروع کنیم). سپس 10 میلی لیتر اسید سولفوریک 1:5، 5 میلی لیتر اسید فسفریک غلیظ و 8-5 قطره معرف دی فنیل آمین سولفوریک به محلول اضافه می کنیم. درون بورت پتاسیم دی کرومات می ریزیم و تیتراسیون را تا بنفش شدن رنگ محلول ادامه می دهیم. این قسمت را نیز 2 بار انجام می دهیم و از حجم مصرفی دی کرومات میانگین می گیریم.

 

محاسبات:

 قسمت اول:

6Fe²⁺   + Cr₂O₇^2-  + 14H⁺  →  6Fe³⁺  + Cr³⁺ + 7H2O

 

V₁=13.2                          V₂=13.3                                  V=13.25

MV_Fe2+ = 6MV_Cr2O72-

MV_Fe2+ = 6× 0.1/6 × 13.25  × 100/25 =5.3

قسمت دوم:

V₁= 11.                      V₂= 11.4                           V= 11.45

MV_Fe3+ =6MV_Cr2O72-

MV_Fe3+ =6 × 0.1/6  × 11.45  × 100/25 = 4.58

 

موضوعات مرتبط: آزمایشگاه شیمی تجزیه