산화-환원 적정 : 과망간산법

목표

과망간산 칼륨과 과산화수소의 산화-환원 반응을 이용해서 과산화수소의 순도를 결정한다.

원리

산화
환원
산화제
환원제
적정

Requirement for Primary Standard

종말점
당량점

과망간산의 반응

MnO4- + 8H+ + 5e <-----> Mn2+ + 4H2O Eo= + 1.51
MnO4- + 4H+ + 3e <-----> MnO2(s) + 2H2O Eo= + 1.695
MnO4- + e <-----> MnO22- Eo= + 0.564
옥살산의 반응

표준환원전위
2CO2 + 2H+ + 2e <-----> H2C2O42- Eo= - 0.49
 
C2O42- -----> 2CO2 + 2e
과망간산과 옥살산의 반응
2MnO4- + 5C2O42- + 16H+ -----> 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
과산화 수소의 반응
표준환원전위
H2O2 + 2H+ + 2e <-----> 2H2O Eo= + 1.776
O2(g) + 2H+ + 2e <-----> H2O2 Eo= + 0.682
 
H2O2 ------> O2(g) + 2H+ + 2e
과망간산 칼륨과 과산화 수소의 반응
2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ -----> 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O
농도

기구

부피플라스크 100 mL, 삼각플라스크 250 mL, 피펫 10 mL, 갈색시약병, 온도계, 뷰렛 50 mL, 물중탕 용기(Beaker 500 mL), 전열기/알콜램프, 화학저울, 눈금실린더,

시약

영국 옥스퍼드대학의 MSDS자료와 link되어 있습니다.

 
0.02 M KMnO4 표준용액
KMnO4용액은 햇빛을 받으면 분해되기 때문에 갈색 시약병에 보관한다.

옥산살 나트륨(Na2C2O4)
H2SO4(1:1)
진한 황산과 물을 1:1로 혼합한 용액이다. 이 용액을 만들때 물에 진한 황산을 조금씩 넣어야한다. 반대로 진한 황산에 물을 넣을 경우 온도가 급격히 올라가 용기가 깨질 수 있다.

3% H2O2

방법

실험 A. 과망간산 칼륨 용액의 표준화

  1. 500 mL 비이커에 물을 반정도 채우고 미리 물을 끊인다. -> 물중탕에 사용

    표준용액의 제조

  2. 순수한 옥살산 나트륨 약 0.7 g 무게를 화학저울로 정확히 측정
  3. 100 mL 비이커에 넣고
  4. 소량의 증류수로 완전히 녹인다.
  5. 이 용액을 100 mL 부피 플라스크에 옮긴다.
  6. 증류수로 비이커를 몇번 행궈서 부피 플라스크에 옮겨 따른다.
  7. 부피 플라스크 눈금까지 증류수를 채운다.
  8. 뚜껑을 닫고 잘 흔든다.

    표준화 전처리

  9. 피펫으로 표준용액 10 mL를 정확하게 취해서
    피펫과 필러 사용법 강의
  10. 250 mL 삼각 플라스크에 넣고,
  11. 60 mL의 증류수와 1:1 황산 5 mL를 넣어준다.

    적정

  12. 삼각플라스크를 온도가 60~70 oC 정도인 물중탕에 넣는다.

  13. 잘 흔들어 주면서
  14. 적정
    뷰렛의 사용법
  15. 여러번 반복해서 정확한 과망간산 칼륨의 농도를 구한다.

    종말점 판단

    삼각 플라스크를 흔들어 주면 과망간산 칼륨의 엷은 자주색이 없어진다. 종말점이 가까와 지면 색깔이 없어지는 시간이 점점 길어지는데 과망간산 칼륨 한방울을 넣은 후 엷은 자주색이 30초이상 남아 있으면 종말점으로 한다.
    종말점에서의 색깔을 정확하게 알아내기 위해서 250 mL 삼각플라스크에 같은 부피의 증류수를 담고 과망간산 칼륨 용액 한 방울을 넣은 용액을 준비해 둔다.

실험 B. 과산화수소 용액의 정량

    시료의 전처리

  1. 3%과산화 수소 수용액 5 mL를 정확히 취한다.
  2. 100 mL 부피 플라스크에 넣고
  3. 증류수를 눈금까지 채운다.
  4. 이 용액을 정확히 10 mL 취한다.
  5. 삼각플라스크 250 mL에 이용액을 넣는다.
  6. 약 100 mL 가 되도록 증류수로 묽힌다.
  7. 1:1 황산 10 mL를 넣는다.

    적정

  8. 뷰렛에 KMnO4 표준용액을 넣는다.
  9. 상온에서 삼각플라스크를 잘 흔들면서 적정한다.
  10. 종말점 판단은 실험 A와 같다.
  11. 여러번 이 실험을 반복해서 과산화 수소 수용액의 농도를 구한다.

실험 자료의 처리


일반 화학 실험 담당 조교 이 준 우