Dozarea ionului feros Fe2+ din compusi prin metoda permanganometrica

Dozarea ionului feros Fe²⁺ din compusi prin metoda permanganometrica

Principiul metodei

Ionul feros este oxidat de catre permanganatul de potasiu in mediu acid la ion feric, conform schemei:

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

Mn⁷⁺ + 5e^- Mn²⁺      

Fe²⁺ - e^- Fe³⁺     

Rezulta ca 5 ioni Fe²⁺ cedeaza 5 electroni trecand in 5 ioni Fe³⁺; echivalentul chimic al fierului va fi: E_Fe = 55,84/1 = 55,84, deoarece un ion feros cedeaza un electron.

Reactia totala va fi urmatoarea:

2KMnO₄ + 8H₂SO₄ + 10FeSO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O

Reactia este jenata de ionii Cl^- care in prezenta KMnO₄ sunt oxidati la clor elementar:

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

Mn⁷⁺ + 5e^- Mn²⁺      

Cl^- - e^- Cl⁰      

Reactivi:

1. solutie de KMnO₄, 0,05N, F = cunoscut;

2. dicarbonat de sodiu (NaHCO₃) cristalizat;

3. solutie de H₂SO₄ 20%.

Mod de lucru

Intr-un pahar Berzelius se pipeteaza 5 ml solutie care contine ioni Fe²⁺, se adauga cu cilindrul gradat 2 ml solutie H₂SO₄ 20% si un varf de spatula de dicarbonat de sodiu pentru a impiedica oxidarea Fe²⁺. Se titreaza cu solutia de KMnO₄ din biureta pana la aparitia coloratiei roz deschis. Se noteaza volumul V de permanganat de potasiu folosit la titrare. Titrarea se repeta pentru a avea o valoare medie.

Calcul

5 ml solutie de analizat, A_Fe = 55,84; E_Fe = 55,84

V ml KMnO₄ 0,05N, F=cunoscut; M_KMnO4 = 158; E_KMnO4=31,6

1. Calcularea gramelor de Fe²⁺ din volumul de 5 cm³:

31,6 g KMnO₄ .55,84 g Fe²⁺

31,6 F V 0,05 / 1000..x

__________ ______ ____ ________

x = 55,84 F V

2. Calcularea gramelor de Fe²⁺ din 100 cm³ solutie:

5 ml       55,84 F V 0,05 / 1000 g

100 ml ..y

__________ ______ ____ ____________

y = 100 F V

IONUL FIER

Numarul de oxidare: 2+ si 3+

Fierul are numar de oxidare 2+ in combinatiile feroase si 3+ in combinatiile ferice. Ionii Fe²⁺ sunt colorati in verde iar ionii Fe³⁺ in galben.

Combinatiile feroase au tendinta de a trece in combinatii ferice.

Reactii pe cale uscata

Perla. Sarurile feroase si ferice coloreaza perla de borax, in flacara oxidanta si la cald, in galben brun; la rece este incolora sau galben-deschis; in flacara reducatoare este verde-deschis sau incolora.

Reactia pe carbune. Sarurile de fier, calcinate in flacara reducatoare sunt reduse la metal (Fe) atras de magnet.

Combinatii feroase (Fe²⁺)

Pentru executarea reactiilor se foloseste o solutie ce contine ionul Fe²⁺, de exemplu FeSO₄∙7H₂O.

Reactii pe cale umeda

1. Sulfura de amoniu (NH₄)₂S, formeaza un precipitat de sulfura feroasa, FeS, solubil in acizi minerali diluati si acid acetic.

(Fe²⁺ + SO₄^2-) + (2NH₄⁺ + S^2-) = FeS + (2NH₄⁺ + SO₄^2-)

Sulfura feroasa se oxideaza in aer trecand in brun-roscat, Fe(OH)₃

4FeS + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃ + 4S

2. Hidroxizii alcalini (NaOH, KOH) formeaza un precipitat alb-verzui de hidroxid feros, numai in absenta aerului.

(Fe²⁺ + SO₄^2-) + 2(Na⁺ + OH^-) = Fe(OH)₂ + (2Na⁺ + SO₄^2-)

Cu oxigenul din aer precipitatul devine treptat cenusiu-verzui, negru si apoi rosu-brun, oxidandu-se la hidroxid feric.

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

Hidroxidul feros este solubil in acizi diluati.

3. Hidroxidul de amoniu NH₄OH, precipita tot hidroxidul feros, insa incomplet, din cauza sarii de amoniu ce se formeaza:

(Fe²⁺ + SO₄^2-) + 2(NH₄⁺ + OH^-) Fe(OH)₂ + (2NH₄⁺ + SO₄^2-)

4. Hexacianoferatul II tetrapotasic K₄ Fe(CN)₆ , (ferocianura de potasiu), formeaza in absenta aerului, un precipitat alb de ferocianura feropotasica (hexacianoferatul feropotasic) K₂Fe Fe(CN)₆

(Fe²⁺ + SO₄^2-) + (4K⁺ + Fe(CN)₆ ) = K₂Fe Fe(CN)₆ + (2K⁺ + SO₄^2-)

Cu un exces de ioni ferosi se formeaza ferocianura feroasa, de asemenea un precipitat alb. In aer, ferocianura feroasa se oxideaza si se transforma in ferocianura ferica de culoare albastra (albastru de Berlin).

K₂Fe Fe(CN)₆ + (Fe²⁺ + SO₄^2-) = Fe₂ Fe(CN)₆ = Fe₂ Fe(CN)₆ + (2K⁺ + SO₄^2-)

3Fe₂ Fe(CN)₆ + 3/2O₂ + 3H₂O = Fe₄ Fe(CN)₆ + 2Fe(OH)₃

5. Hexacianoferatul III tripotasic K₃ Fe(CN)₆ (fericianura tripotasica), formeaza un precipitat albastru inchis de fericianura feroasa Fe₃ Fe(CN)₆ denumit si albastrul lui Turnbull, insolubil in acizi.

Reactia este foarte sensibila si specifica pentru Fe²⁺.

3(Fe²⁺ + SO₄^2-) + 2(3K⁺ + Fe(CN)₆ ) = Fe₃ Fe(CN)₆ + 3(2K⁺ + SO₄^2-)

Combinatii ferice (Fe³⁺)

Pentru executarea reactiilor se foloseste o solutie ce contine ionul Fe³⁺, de exemplu FeCl₃.

Reactii pe cale umeda

1. Sulfura de amoniu, (NH₄)₂S, formeaza un precipitat negru de sulfura ferica, Fe₂S₃, usor solubila in acizi diluati.

2(Fe³⁺ + 3Cl^-) + 3(2NH₄⁺ + S^2-) = Fe₂S₃ + 6(NH₄⁺ + Cl^-)

Sulfura ferica hidrolizeaza, formandu-se treptat hidroxidul feric, rosu-brun. Fe₂S₃ + 6H₂O 2Fe(OH)₃ + 3H₂S

2. Hidroxizii alcalini (NaOH, KOH), formeaza un precipitat gelatinos rosu-brun de hidroxid feric Fe(OH)₃, insolubil in exces de reactiv si solubil in acizi. (Fe³⁺ + 3Cl^-) + 3(Na⁺ + OH^-) = Fe(OH)₃ + 3(Na⁺ + Cl^-)

3. Hidroxidul de amoniu precipita hidroxidul feric insolubil in exces de reactiv. Precipitarea are loc in prezenta sarurilor de amoniu care, fiind electroliti tari, favorizeaza coagularea precipitatului.

4. Carbonatul de sodiu Na₂CO₃, precipita carbonatul bazic, brun, care la fierbere hidrolizeaza trecand in hidroxid feric.

2(Fe³⁺ + 3Cl^-) +3(2Na⁺ + CO₃^2-) + 3H₂O = 2Fe(OH)₃ + 6(Na⁺ + Cl^-) + 3CO₂

5. Hexacianoferatul II tetrapotasic (ferocianura de potasiu) K₄ Fe(CN)₆ , formeaza un precipitat albastru inchis de ferocianura ferica Fe₄ Fe(CN)₆ , denumit si albastru de Berlin.

4(Fe³⁺ + 3Cl^-) +3(4K⁺ + Fe(CN)₆ ) = Fe₄ Fe(CN)₆ + 12(K⁺ + Cl^-)

Precipitatul este insolubil in acizi minerali diluati.

6. Tiocianatul de potasiu (sulfocianura de potasiu) KSCN, produce o culoare rosie ca sangele, datorita tiocianatului feric (reactie specifica).

(Fe³⁺ + 3Cl^-) +3(K⁺ + SCN^-) = (Fe³⁺ + 3SCN^-) + 3(K⁺ + Cl^-)