Järnhaltsbestämning

UPPGIFT: Att bestämma masshalten järn i en stålbit.

Materiel: Stativ, byrett, bägare, kolvar, magnetomrörare, mätpipetter och vollpipetter.

Kemikalier: Svavelsyra, 2 mol/dm³. Kaliumpermanganatlösning, ca 0,02 mol/dm³. Oxalsyra, H₂C₂O₄∙2H₂O(s). En lösning av stål i svavelsyra.

Före laborationen har följande gjorts:

En bit stål löses i svavelsyra. Lösningen, som innehåller Fe²⁺-joner, späds med vatten till en total volym av 0,150 dm³.

En lösning av kaliumpermanganat tillverkas.

Undersökningen sker i tre steg:

1. koncentrationen hos kaliumpermanganatlösningen bestäms med hjälp av redoxtitrering med oxalsyra.
2. Kaliumpermanganatlösningen, (vars koncentration du har bestämt), används för att bestämma koncentrationen av Fe²⁺-joner i järnlösningen genom redoxtitrering.
3. Slutligen beräknas masshalten järn i stålet.

Bakgrundskemi

1. När stålet löses i svavelsyra oxideras järnet till Fe²⁺-joner.
2. Permanganatjoner reagerar med oxalsyra i sur lösning enligt reaktionsformeln
       2 MnO₄^– + 5 H₂C₂O₄ + 6 H⁺  -->  2 Mn²⁺ + 10 CO₂ + 8 H₂O    (1)

         violett             färglös                        färglös

    (Kaliumjonerna i kaliumpermanganat deltar inte i reaktionen, de är ”åskådarjoner”).

3. Man väger in oxalsyra, som är ett fast ämne, löser den i vatten och tillsätter lite svavelsyra för att göras lösningen sur.
4. Permanganatlösningen tillförs ur byretten. Så länge det finns oxalsyra kvar i kolven kommer permanganatjonerna att avfärgas (reduceras). När permanganatjonerna som tillförs oxalsyran inte längre avfärgas, har oxalsyran förbrukats. Om substansmängden oxalsyra och volymen permanganatlösning som förbrukats är kända, kan permanganatlösningens koncentration beräknas.
5. Mängden järnjoner bestäms genom titrering med den permanganatlösning vars koncentration just bestämts.

         5 Fe²⁺ + MnO₄^– + 8 H⁺ --> 5 Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4 H₂O       (2)

                           violett                                             färglös

 

UTFÖRANDE

0       Anteckna järnets massa (meddelas vid lab.)

1       Väg in ca 0,08 – 0,12 g oxalsyra                                     - anteckna massan exakt               

         Lös oxalsyran i vatten                                                      - ca 50 cm³ vatten i en E-kolv

         Tillsätt svavelsyra                                                           - ca 5 cm³ 

         Fyll byretten med permanganatlösning

         Värm oxalsyralösningen till ca 70ºC

         Titrera oxalsyralösningen                                               - till bestående rosa färg

                                                                                                

2       Mät upp 20 cm³ av järnlösningen i en titrerkolv            - använd vollpipett

         Fyll byretten med permanganatlösning             

         Värm järnlösningen till ca 70ºC

         Titrera järnlösningen                                                       - till bestående rosa färg

 

Beräkna kaliumpermanganatlösningens koncentration, (titrering 1).

Beräkna substansmängden järnjoner i de 20 cm³ av lösningen som titrerades, (titrering 2).

Beräkna koncentrationen av järn i järnlösningen.

Beräkna substansmängden järnjoner i hela järnlösningen och den totala massan järn i stålbiten.

Beräkna masshalten järn i stålet.