Йодометрия

Йодометрия , известная как йодометрическое титрование , представляет собой метод объемного химического анализа , окислительно-восстановительного титрования , при котором появление или исчезновение элементарного йода указывает на конечную точку.

Обратите внимание, что йодометрия включает непрямое титрование йода, высвободившегося в результате реакции с аналитом, тогда как йодометрия предполагает прямое титрование с использованием йода в качестве титранта.

Окислительно-восстановительное титрование тиосульфатом натрия . Na ₂ S ₂ O ₃ (обычно) в качестве восстановителя известен как йодометрическое титрование, поскольку его используют именно для титрования йода. Йодометрическое титрование — общий метод определения концентрации окислителя в растворе. При йодометрическом титровании в качестве индикатора используют раствор крахмала, поскольку он способен абсорбировать I ₂ , который выделяется, визуально обозначая положительную йод-крахмальную пробу темно-синим оттенком. Это поглощение приведет к изменению цвета раствора с темно-синего на светло-желтый при титровании стандартизированным раствором тиосульфата. Это указывает на конечную точку титрования. Йодометрия обычно используется для анализа концентрации окислителей в пробах воды, например, насыщения кислородом в экологических исследованиях или активного хлора при анализе воды в бассейне.

Основные принципы

К известному объему образца избыточное, но известное количество I ^- добавляется, который затем окислитель окисляет до I ₂ . I ₂ растворяется в иодидсодержащем растворе с образованием трииодид- ионов (I ₃^-), которые имеют темно-коричневый цвет. Затем раствор трийодид-иона титруют стандартным раствором тиосульфата , чтобы снова получить йодид, используя крахмал индикатор :

Я − 3 + 2 е ⁻ ⇌ 3 И ⁻ ( Э ⁰ = +0.54 V)

Вместе с восстановительным потенциалом тиосульфата: ^[1]

С ₄ О 2− 6 + 2 е ⁻ ⇌ 2 S ₂ O 2− 3 ( Е ⁰ = +0.08 V)

Общая реакция такова:

I − 3 + 2 S ₂ O 2− 3 → S ₄ O 2− 6 + 3 I ⁻ ( Е _{реакция} = +0,46 В)

Для простоты уравнения обычно записываются в терминах водного молекулярного йода, а не трииодид-иона, поскольку йодид-ион не участвует в реакции с точки зрения анализа мольного соотношения. Исчезновение темно-синего цвета вследствие разложения йод-крахмального клатрата отмечает конечную точку .

Используемый восстановитель не обязательно должен быть тиосульфатом; хлорид олова , сульфиты , сульфиды , соли мышьяка (III) и сурьмы (III) являются обычно используемыми альтернативами. ^[2] при pH выше 8.

При низком pH с тиосульфатом может протекать следующая реакция:

С ₂ О 2- 3 + 2 Ч ⁺ → SO ₂ + S + H ₂ O

Некоторые реакции с участием определенных восстановителей обратимы при определенном pH, поэтому перед проведением анализа необходимо тщательно отрегулировать pH раствора пробы. Например, реакция:

H ₃ AsO ₃ + I ₂ + H ₂ O → H ₃ AsO ₄ + 2 H ⁺ + 2 я ⁻

обратимо при pH ниже 4.

Летучесть йода также является источником ошибок при титровании; этого можно эффективно предотвратить, обеспечив наличие избытка йодида и охладив смесь для титрования. Сильный свет, ионы нитрита и меди катализируют превращение йодида в йод, поэтому их следует удалить перед добавлением йодида в образец.

При длительном титровании рекомендуется добавлять в титровальную смесь сухой лед для вытеснения воздуха из колбы Эрленмейера и предотвращения окисления йодида в йод воздухом. Стандартный раствор йода готовят из йодата и йодида калия, которые являются первичными стандартами :

Я − 3 + 8 Я ⁻ + 6 ч. ⁺ → 3 я − 3 + 3 Ч ₂ О

Йод в органических растворителях, таких как диэтиловый эфир и четыреххлористый углерод , можно титровать тиосульфатом натрия, растворенным в ацетоне . ^{[ нужны разъяснения ]}

Приложения

Йодометрия во многих ее вариантах чрезвычайно полезна при объемном анализе . Примеры включают определение меди (II), хлората , перекиси водорода и растворенного кислорода:

2 у.е. ²⁺ + 4 я ⁻ → 2 CuI + I ₂

6 ч. ⁺ + ClO − 3 + 6 Я ⁻ → 3 I ₂ + Cl ⁻ + 3 Н ₂ О

2 часа ⁺ + Н ₂ О ₂ + 2 Я ⁻ → Я ₂ + 2 Н ₂ О

2 H ₂ O + 4 Mn(OH) ₂ + O ₂ → 4 Mn(OH) ₃

2 млн. ³⁺ + 2 я ⁻ → Я ₂ + 2 Мн ²⁺

Под доступным хлором понимают хлор, выделяющийся при действии разбавленных кислот на гипохлорит . Йодометрия обычно используется для определения активного количества гипохлорита в отбеливателе, ответственного за отбеливающее действие. В этом методе к известному объему образца добавляется избыточное, но известное количество йодида, в котором только активный ( электрофильный ) может окислить йодид до йода. Содержание йода и, следовательно, содержание активного хлора можно определить с помощью йодометрии. ^[3]

Определение соединений мышьяка(V) является обратным стандартизации раствора йода арсенитом натрия , при котором к пробе добавляется известное и избыточное количество йодида:

Как ₂ О ₅ + 4 Н ⁺ + 4 я ⁻ ⇌ As ₂ O ₃ + 2 I ₂ + 2 H ₂ O

Для анализа соединений сурьмы (V) добавляют немного винной кислоты для растворения продукта сурьмы (III). ^[2]

Определение гидросульфитов и сульфитов

Сульфиты и гидросульфиты легко восстанавливают йод в кислой среде до йодида. Таким образом, когда к известному объему пробы добавляется разбавленное, но избыточное количество стандартного раствора йода, присутствующие сернистая кислота и сульфиты количественно восстанавливают йод:

SO 2− 3 + I ₂ + H ₂ O → SO 2− 4 + 2 H ⁺ + 2 я ⁻

HSO − 3 + I ₂ + H ₂ O → SO 2− 4 + 3H + + 2 I ⁻

(Это приложение используется для йодиметрического титрования, поскольку здесь напрямую используется йод)

Определение сульфидов и сероводорода

Хотя содержание сульфидов в образце можно определить напрямую, как описано для сульфитов, результаты часто бывают плохими и неточными. Доступен лучший альтернативный метод с более высокой точностью, который включает добавление к образцу избыточного, но известного объема стандартного раствора арсенита натрия, в ходе которого трисульфид мышьяка осаждается :

As ₂ O ₃ + 3 H ₂ S → As ₂ S ₃ + 3 H ₂ O

Избыток триоксида мышьяка затем определяют титрованием стандартным раствором йода с использованием крахмального индикатора. Обратите внимание, что для достижения наилучших результатов раствор сульфида необходимо разбавлять до концентрации сульфида не более 0,01 М. ^[2]

Определение гексацианоферрата(III)

При добавлении йодида к раствору гексацианоферрата(III) существует следующее равновесие:

2 [Fe(CN) ₆ ] ³⁻ + 2 я ⁻ ⇌ 2 [Fe(CN) ₆ ] ⁴⁻ + я ₂

В сильнокислом растворе указанное выше равновесие лежит далеко в правой части, но в почти нейтральном растворе меняется на противоположное. Это затрудняет анализ гексацианоферрата(III), поскольку йодид и тиосульфат разлагаются в сильнокислой среде. Чтобы довести реакцию до завершения, цинка к реакционной смеси, содержащей ионы калия, можно добавить избыточное количество соли , которая количественно осаждает ион гексацианоферрата (II) :

2 [Fe(CN) ₆ ] ³⁻ + 2 я ⁻ + 2 К ⁺ + 2 Зн ²⁺ → 2 KZn[Fe(CN) ₆ ] ⁻ + я ₂

Осаждение происходит в слабокислой среде, что позволяет избежать проблемы разложения йодида и тиосульфата в сильнокислой среде, а гексацианоферрат(III) можно определить обычным йодометрическим методом. ^[2]

См. также

Йодно-крахмальный тест

Ссылки

^ Лиде, Дэвид Р., изд. (2006). Справочник CRC по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . ISBN 0-8493-0487-3 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мендхэм, Дж.; Денни, RC; Барнс, доктор медицинских наук; Томас, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Прентис Холл, ISBN 0-582-22628-7
^ «Хлор методом йодометрии» . Национальный индекс экологических методов . Геологическая служба США . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[1] Лиде, Дэвид Р., изд. (2006). Справочник CRC по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . ISBN 0-8493-0487-3 .

[Vogel-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мендхэм, Дж.; Денни, RC; Барнс, доктор медицинских наук; Томас, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Прентис Холл, ISBN 0-582-22628-7

[3] «Хлор методом йодометрии» . Национальный индекс экологических методов . Геологическая служба США . ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[1]

[2]

[3]