高锰酸钾标准溶液的制备

任务描述

高锰酸钾法是以高锰酸钾（KMnO₄）为标准溶液进行滴定分析的氧化还原法。在完成相关知识学习的基础上，由教师指导配制和标定KMnO₄溶液，标定时不需另加指示剂，注意“三度”（酸度、温度、速度）的控制。

任务要求

（1）能配制和标定KMnO₄标准溶液。

（2）能根据KMnO₄自身的颜色判断滴定终点。

（3）能控制标定KMnO₄溶液的条件。

相关知识

KMnO₄是一种强氧化剂，其氧化能力及还原产物与介质酸度有关。

在强酸性溶液中，还原为Mn²⁺：

在中性或弱碱性溶液中，还原为MnO₂：φ^Ө=0.595V

在OH^-浓度大于2mol/L的碱溶液中，与很多有机物反应，还原为：

高锰酸钾法在各种介质条件下均能应用，因其在酸性介质中有更强的氧化性，一般在强酸性条件下使用。但在碱性条件下氧化有机物的反应速率较快，故滴定有机物常在碱性介质中进行。

高锰酸钾法的优点是氧化能力强，可应用于直接、间接、返滴定等多种滴定分析，可对无机物、有机物进行滴定，应用很广，且无需另加指示剂，本身亦可作为指示剂。高锰酸钾法的缺点是其标准溶液的稳定性不够，由于氧化性太强而使滴定的选择性较低。

一、KMnO₄溶液的配制

市售高锰酸钾试剂常含有少量的MnO₂及其他杂质，使用的蒸馏水中也含有少量如尘埃、有机物等还原性物质，这些物质都能使KMnO₄还原，因此KMnO₄标准溶液只能用间接法配制。配制时称取稍多于理论量的高锰酸钾溶于一定体积的蒸馏水中，加热至沸，保持微沸约1h，使溶液中可能存在的还原性物质完全氧化，放置2～3天，用微孔玻璃漏斗或玻璃棉滤去二氧化锰沉淀，滤液储于棕色瓶中，暗处保存，最后再用基准物质标定。

二、KMnO₄溶液的标定

标定KMnO₄溶液的基准物很多，如Na₂C₂O₄、（NH₄）₂Fe（SO₄）₂·6H₂O、H₂C₂O₄·2H₂O和纯铁丝等。其中常用的是Na₂C₂O₄，它易提纯且性质稳定，不含结晶水，在105～110℃烘至恒重，即可使用。在H₂SO₄介质中Na₂C₂O₄与KMnO₄的反应如下：

为了使标定反应能定量地较快进行，标定时应注意以下滴定条件：

1. 温度

Na₂C₂O₄溶液加热至70～85℃再进行滴定。不能使温度超过90℃，否则H₂C₂O₄分解，导致标定结果偏高。

2. 酸度

溶液应保持足够大的酸度，一般控制酸度为0.5～1mol/L。如果酸度不足，易生成MnO₂沉淀，酸度过高则又会使H₂C₂O₄分解。

3. 滴定速度

与的反应开始时速度很慢，当有Mn²⁺生成之后，反应速度逐渐加快。因此，开始滴定时，应该等第一滴KMnO₄溶液褪色后，再加第二滴。此后，因反应生成的Mn²⁺有自动催化作用而加快了反应速度，随之可加快滴定速度，但不能过快，否则加入的KMnO₄溶液会因来不及与反应，就在热的酸性溶液中分解，导致标定结果偏低。

4. 滴定终点

用KMnO₄溶液滴定至溶液呈淡粉红色30s不褪色即为终点。放置时间过长，空气中还原性物质能使KMnO₄还原而褪色。

标定好的KMnO₄溶液在放置一段时间后，若发现有沉淀析出，应重新过滤并标定。(www.daowen.com)

任务实施

一、仪器与试剂

1. 仪器

分析天平、台天平、称量瓶、酸式滴定管、烧杯、微孔玻璃漏斗、3个锥形瓶、水浴锅、试剂瓶。

2. 试剂

基准试剂Na₂C₂O₄、固体KMnO₄、3mol/L H₂SO₄溶液。

二、操作步骤

1. 0.02mol/L KMnO₄溶液的配制

称取1.7g的KMnO₄固体，置于500mL烧杯中，加蒸馏水520mL使之溶解，盖上表面皿，加热至沸，并缓缓煮沸15min，井随时加水补充至500mL。冷却后，在暗处放置数天（至少2～3天），然后用微孔玻璃漏斗或玻璃棉过滤除去MnO₂沉淀。滤液贮存在干燥棕色瓶中，摇匀。若溶液煮沸后在水浴上保持1h，冷却，经过滤可立即标定其浓度。

2. KMnO₄溶液的标定

准确称取在130℃烘干的Na₂C₂O₄0.15～0.20g，置于250mL锥形瓶中，加入蒸馏水40mL及3mol/L H₂SO₄10mL，加热至70～85℃（瓶口开始冒气，不可煮沸），立即用待标定的KMnO₄溶液滴定至溶液呈粉红色，并且在30s内不褪色，即为终点。标定过程中要注意滴定速度，必须待前一滴溶液褪色后再加第二滴，此外还应使溶液保持适当的温度。平行滴定3次。

3. KMnO₄标准溶液浓度的计算

根据称取的Na₂C₂O₄质量（）和耗用的KMnO₄溶液的体积（），用下式计算KMnO₄标准溶液的准确浓度。

三、技术提示

（1）蒸馏水中常含有少量的还原性物质，使KMnO₄还原为MnO₂·nH₂O。市售高锰酸钾内含的细粉状的MnO₂·nH₂O能加速KMnO₄的分解，故通常将KMnO₄溶液煮沸一段时间，冷却后还需放置2～3天，使之充分作用，然后将沉淀物过滤除去。

（2）草酸钠溶液的酸度在开始滴定时，约为1mol/L；滴定终了时，约为0.5mol/L，这样能促使反应正常进行，并且防止MnO₂的生成。滴定过程如果出现棕色浑浊（MnO₂），应立即加入H₂SO₄补救，使棕色浑浊消失。

（3）开始滴定时，反应很慢，在第一滴KMnO₄还没有完全褪色以前，不可加入第二滴。当生成能使反应加速进行的Mn²⁺后，可以适当加快滴定速度，但过快则局部KMnO₄过浓而分解，放出O₂或引起杂质的氧化，都可造成误差。

（4）KMnO₄标准溶液滴定时终点较不稳定，当溶液出现微红色，在30s内不褪色时，滴定就可认为已经完成，如对终点有疑问时，可先将滴定管读数记下，再加入1滴KMnO₄标准溶液，变成紫红色即证实终点已到。

（5）KMnO₄标准溶液应放在酸式滴定管中，由于KMnO₄溶液颜色很深，凹液面下弧线不易看出，因此，应该从液面最高边上读数。

（6）标定好的KMnO₄溶液在放置一段时间后，若发现有沉淀析出，应重新过滤并标定。

四、数据记录

数据记录见表3-5。

表3-5 用Na₂C₂O₄标定KMnO₄溶液

五、考核标准

考核标准见表3-6。

表3-6 考核标准

续表