Experiment 8.5 Potentiometrie

Samenvatting:Bij dit practicum is een staalmonster onderzocht. Hiervoor moest eerst de titer van een permanganaat-oplossing gesteld worden.Voor de titer van de gebruikte kaliumpermanganaat oplossing is een gemiddelde waarde van 0,0207 M gevonden. Voor het gehalte mangaan in staal is een gemiddelde waarde van 1,23 % gevonden, Het gehalte chroom is niet bepaal dat komt door een foute tijd inschatting.

Inleiding en theorie:

Bij dit experiment wordt het gehalte chroom en mangaan in staal bepaald. Eerst wordt het mangaangehalte bepaald, vervolgens het totaalgehalte mangaan en chroom. Uit het verschil tussen deze uitkomsten kan het chroomgehalte worden berekend.De te bepalen ionen worden in oplossing gebracht door het staal in een oplossing te brengen met koningswater. Dit is een mengsel van geconcentreerd salpeterzuur en geconcentreerd zoutzuur in de verhouding 1 : 3. In deze oplossing wordt:Cr(s) Cr3+ Mn(s) Mn2+

De reactie is als volgt:Staal + zuur H2 + Mn2+ + Cr3+ + NOn + H2O + Fen+

In het eerste gedeelte van de bepaling wordt het mangaangehalte bepaald door middel van titratie met een gestelde KMnO4 –oplossing. Deze titratie vindt plaats in een neutrale pyrofosfaatoplossing.

De reactie is als volgt:4 Mn2+ + MnO4

- + 8 H+ + 15 H2P2O72- 5 Mn(H2P2O7)3

3- + 4 H2O.

Bij een pH groter dan 8 is dit complex niet stabiel meer. Het gevormde mangaan(II)pyrofosfaat-complex heeft een intens rode kleur, daarom moet de titratie potentiometrisch worden uitgevoerd.Bij potentiometrie wordt het potentiaalverschil gemeten tussen tussen de potentiaal van een indicatorelektrode (deze potentiaal is afhankelijk van de concentratie van het te meten ion in de oplossing) en de potentiaal van een referentie-elektrode. (Deze heeft een constante potentiaal). Er wordt bij dit experiment gebruik gemaakt van een combi-platina elektrode.Bij deze bepaling kunnen een aantal storende factoren optreden. Grote hoeveelheden magnesium, cadmium en aluminium vormen precipitaten en kunnen nu ook mangaan neerslaan. Vanadium vormt alleen problemen als de hoeveelheid even groot of groter is dan de hoeveelheid mangaan.. Omdat geen van deze stoffen aanwezig is in staal, hoeven hiertegen ook geen voorzorgsmaatregelen genomen te worden.Verder kunnen oxides van stikstof interfereren op de bepaling, omdat ze kunnen reageren met het KmnO4. Daarom moeten de oplossingen goed gekookt worden. Verder wordt er ureum toegevoegd om de laatste sporen stikstofoxides te verwijderen.

Het gehalte kan nu met de volgende formule berekend worden:

Gehalte mangaan = V * Titer * 4 * 54,938 * 10 * 100% M staal (mg)In het tweede gedeelte van de bepaling wordt zowel het mangaan- als chroomgehalte bepaald. Dit wordt gedaan door middel van een terugtitratie.Eerst reageert het Mn2+ met kaliumperjodaat en het Cr3+ met kaliumperoxidisulfaat. De volgende reacties treden op:

2 Mn2+ + 5 IO4- + 3 H2O 2 MnO4

- + 5 IO3- + 6 H+

2 Cr3+ + 3 S2O82- + 21 H2O Cr2O7

2- + 6 SO42- + 14 H3O+

Zilvernitraat is hierbij de katalysator.Door de oplossing vervolgens te koken, verdwijnen de peroxidisulfaat en waarschijnlijk ook de perjodaat uit de oplossing. De volgende reactie treedt op:2 S2O8

2- + 2 H2O O2 (g) + HSO4-

Perjodaat reageert waarschijnlijk op dezelfde manier.Aan de ontstane oplossing wordt vervolgens een bekende overmaat Mohr’s zoutoplossing toegevoegd.

De volgende reacties treden op:MnO4

- + 5 Fe2+ + 8 H3O+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 12 H2O (l)Cr2O7

2- + 6 Fe2+ + 14 H3O+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 21 H2O (l)

De overmaat Mohr’s zout wordt terug getitreerd met de gestelde KmnO4-oplossing.Deze reactie is als volgt:MnO4

- + 5 Fe2+ + 8 H3O+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 12 H2O (l)

De formule voor de berekening van van het chroomgehalte is als volgt:((V*TMohr’s zout)–(V*TKmnO4*5))–((MStaal*gehaltemangaan*0,01)/ 54,938)) *2/6*52,00*10*100 % M staal (mg)

Het onderzochte staalmonster bevat 2 % mangaan en 18 % chroom. De gebruikte KmnO4-oplossing wordt gesteld op K4Fe(CN)6.3H2OReactie: MnO4

- + 5 Fe2+ + 8 H3O+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 12 H2O (l)De titer kan berekend worden met Titer = Mafgewogen

422,392* V * 5

Chemical Composition % of steelmagnetisch: soort Nr. C Mn Cr Si Nija Cr bevattend 410 0,15 1 11,5-13,00 0,5 ,,,ja second 430 0,12 1 16-18 1 0,75nee Ni bevattend 304 0,08 2 18-20 1 8,0-10,5nee Ni bevattend 316 0,08 2 16-18 1 10-14nee duplex 2205 0,02 2 22-23 1 5,5-6,0

Het staal dat gebruikt is in dit experiment is niet magnetisch dus zal de waarden van Mn en Cr liggen bij de vet gedrukte waarden.

Doelen: Bepalen van het mangaangehalte in staal Bepalen van het chroomgehalte in staal Onderzoek naar de invloed van KIO4 op bepaling 2

Reagentia: Staalkrullen Ureum CO(NH2)2

Pyrofosfaatbuffer pH = 7; 80 gram Na4P2O7 in 1 liter, op pH brengen met zwavelzuur/natronloog

Kaliumpermanganaatoplossing; KMnO4 0,04 M (632 mg/l) Geconcentreerd zwavelzuur Fosforzuur 85 % Zilvernitraat 0,1 M (1,699 g / 100 ml) Kaliumperoxidisulfaat Kalium perjodaat Moh’s zoutoplossing 0,1 M (9,8041 g in 250 ml) Kaliumferrocyanide

Veiligheid: HNO3: MAC-waarde 2 ppm; oxiderend; corossief HCl: MAC-waarde 5 ppm; corossief nevelvorming voorkomen Ureum: reageert met nitrieten met kans op brand en explosie zuurkast KMnO4: MAC-waarde 1 mg / m3; oxiderend, schadelijk; afvalvat !! K2S2O8: MAC-waarde 1 mg / m3; verspreiding voorkomen Zwavelzuur: MAC-waarde 1 mg / m3; corossief Fosforzuur: MAC-waarde 1 mg / m3; corossief Zilvernitraat: MAC-waarde 0,01 mg / m3; corossief; verspreiding voorkomen

Voorschrift:

Titerstelling KMnO4

Weeg 550 mg K4Fe(CN)6.3H2O nauwkerig af Los op in 25 ml water in een bekerglas van 100 ml Voeg 10 ml 2 M H2SO4 toe Plaats een combi-platina elektrode in de oplossing en titreer onder roeren met

0,02 M KMnO4 oplossing (ca. 12 ml)

Bepaling Mn2+ in staal Weeg 0,5 gram staalkrullen af en breng deze in een bekerglas vam 150 ml Maak de staalkrullen vetvrij door ze te spoelen met aceton Maak de krullen nat met water, gooi het overtollige water weg Doe de monsters in een witte huls en plaats deze in een bruine kristallijne huls. Voeg 3 ml gec HCL, 3 ml HNO3 en 1 ml HF toe en sluit de huls Plaats de huls in de magnetron(op staal programma) Laat het monster afkoelen en verdun met water 60 ml Laat afkoelen en breng over in maatkolf van 250 ml

Pipetteer 25 ml in een bekerglas van 250 ml waar al 125 ml pyrofosfaatbuffer aanwezig is.

Breng de pH weer op 7 met zwavelzuur of NaOH Titreer met de 0,02 M KMnO4

Bepaling Mn2+ en Cr3+ in staal Weeg 0,5 gram staalkrullen af en breng deze in een bekerglas van150 ml Maak de staalkrullen vetvrij door ze te spoelen met aceton Maak de krullen nat met water, gooi het overtollige water weg Doe de monsters in een witte huls en plaats deze in een bruine kristallijne huls. Voeg 3 ml gec HCl 3 ml HNO3 en 1 ml HF toe en sluit de huls Plaats de huls in de magnetron(op staal programma) Laat het monster afkoelen en verdun met water 60 ml Laat afkoelen en breng over in maatkolf van 250 ml Pipetteer 25 ml in een bekerglas van 250 ml Voeg 5 ml gec zwavelzuur, 5 ml fosforzuur(85%) en 1-2 ml AgNO3 toe Voeg 5 gram kaliumperocidisulfaat >> 5 min. Koken Koel iets af en voeg 0,1 gram kaliumperjodaat toe en kook nogmaals 5-10

minuten Laat afkoelen tot handwarmte en voeg 20,0 ml Mohr’s zoutoplossing toe Verwarm tot 60 graden en Titreer met de 0,02 M KMnO4 oplossing, gebruik hierbij

een combi-platina elektrode

Blanco 1: precies hetzelfde vanaf punt 4

Vooraf gaande berekeningen van mohr zout en kaliumperjodaat

Het in behandeling genomen staalmonster bevat 2 % mangaan en 18 % chroom.Als er 1,0 gram in behandeling genomen wordt bevat dit dus 20 mg mangaan en 180 mg chroom. Hiervan wordt 1/10 de deel in behandeling genomen.

Dat is 2 mg mangaan 2 / 54,94 = 0,0364 mmolEn 18 mg chroom 18 / 52,00 = 0,3462 mmol

Met Mohr’s zout reageren:- De overmaat kaliumperjodaat- Mangaan (in de vorm van MnO4

-)- Chroom (in de vorm van Cr2O7

2-)

De reactie van mangaan met kaliumperjodaat is 2 Mn2+ + 5 IO4

- + 3 H2O 2 MnO4- + 5 IO3

- + 6 H+

Er reageert dus 0,0364 / 2 * 5 = 0,091 mmol KIO4

Als er 0,3 gram KIO4 wordt toegevoegd blijft er over 0,3 / 230 – 0,091 = 1,213 mmol.Dit reageert met Mohr’s zout volgens:IO4

- + 2 Fe2+ + 2 H+ IO3- + 2 Fe3+ + H2O

Er is dus voor deze reactie 2,426 mmol Mohr’s zout nodig

Er reageert 0,0364 * 5 = 0, 182 mmol Mohr’s zout met het mangaan(MnO4

- + 5 Fe2+ + 8 H3O+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 12 H2O (l))

Er reageert 0,3462 /2 * 6 = 1,0386 mmol Mohr’s zout met het chroom(Cr2O7

2- + 6 Fe2+ + 14 H3O+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 21 H2O (l))

Totaal is nodig tenminste 2,426 + 0, 182 + 1,0386 = 3,6466 mmol Mohr’s zout. Dit wordt ruim verkregen door 20 ml 0,2 M te pipetteren.Voor de terugtitratie is dan nodig: ((4 – 3,6466) / 5)) / 0,02 = 3.534 ml.Voor de blanco reageert alleen kaliumperjodaat met mohr’s zout; er is tenminste 2,6 mmol Mohr’s zout nodig. Als er 15,0 ml gepipetteerd wordt, moet er ca. 4.0 ml terug getitreerd worden.

De hoeveelheid kaliumperjodaat die nodig zal moeten zijn is:Mangaan: 0.01820*(5/2)= 0.0455 mmolChroom: 0.17308*(3/2)= 0.2596 mmol

0.3051 mmolHoeveelheid kaliumperiodaat is dus 0.351*230= 70.18mgAls men dus 100mg toevoegt is dat voldoende

Meetresultaten en uitwerking:

Titerstelling ca. 0,02 M KMnO4-oplossing

massa Ml titrant titer

K4Fe(CN)6.3H2O

1 558,0 mg 12,67 0,02082 542,3 mg 12,44 0,0206

gemiddelde is 0,0207 Mstandaarddeviatie is 1*10-4

Tweede afgeleide bepaald zie grafiek bijlageVooraf berekende standaarddeviatie 2* 10-5 (zie foutendiscussie bijlage 1) Er is dus nauwkeurig genoeg gewerkt.

Bepaling 1; Mangaangehalte

ml titrant titer massa staal

gehalte mangaan

- 0,0207 606,2 - %- 0,0207 519,0 - %

Gem. Mn(%)= - -

Berekening achteraf voor het volume:

V * 0,0207 * 4 * 54,938 * 10 * 100% = 1 – 2 % V= 0,11 v V= 0,22500

Chroomgehalte:

Helaas door een fout in tijdschatting en te snel behandelen van het monster zijn de mogelijkheden voor een titratie verloren gegaan.

Conclusie:

Voor de titer van KmnO4 is een waarde gevonden van 0,0207 met een standaarddeviatie van 1* 10-4 , met een berekende fout van 2* 10-5 . Voor de waarde van het mangaangehalte is geen waarde gevonden en had een berekende fout van 0,1% moet vinden. De waarden die zijn gevonden zijn waardeloos omdat het volume niet te vinden valt omdat deze hele erg laag is (0,11 v 0,22 ). Zodoende valt er neits uit de grafiek te halen omdat je haast al gelijk voorbij het E.P bent.

Discussie:

Zorg er voor dat je een goede tijd planning maakt en zodoende voldoende tijd overhoudt om de laatste experimenten juist en nauwkeurig uit te voeren. De uitwerkingen van het monster is niet goed gegaan omdat men een te hoge titer had in geschat en zodoende geen goede bepaling van Mn en Cr kan uitvoeren.

Bijlage 1:

Vooraf berekende fout in de titer:

Titer = Mafgewogen

422,392* V * 5

t=(1/422,392*11,84*5)2 * (0,1)2 + (500/(422,392)2 *11,84)2 * (0,05)2 + (500/422,392*(11,84)2)2 * (0,01)2

t=2x10-5

Vooraf berekende fout in Mn2+:

Gehalte mangaan = V * Titer * 4 * 54,938 * 4 * 100% M staal (mg)

Mn2+(%)=(1*0,02*4*54,938*4*100% / 500)2 * (0,1)2 + (3,0*1*4*54,938*4*100%/500)2 * (2x10-5)2 + (3,0*0,02*4*1*4*100% / 500)2 * (0,05)2 + (3,0*0,02*54,938*4*100%/(500)2)2 * (0,1)2

Mn2+(%)=0,1