Bronvermelding
Instituut voor Didactiek en Onderwijsontwikkeling Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen is de beheerder van de rechten van dit arrangement.
Nijenborgh 9, 9747 AG Groningen
tel. 0503634365 / fax 0503634500
Inleiding
Dit experiment kan gebruikt worden als vervolg op de bepaling van het ijzergehalte in een scheermesje1.
De bepaling van het chroomgehalte van een scheermesje kan op twee manieren uitgevoerd worden; door middel van een redoxtitratie of door middel van een absorptiemeting.
De eerste methode is voor een leerling nogal bewerkelijk. Door een aantal oplossingen van te voren klaar te zetten, kan tijdwinst verkregen worden.
Redoxtitratie
Aangezien na het oplossen van een scheermesje in een zwavelzuuroplossing, zowel ijzer(II)- als chroom(III)-ionen aanwezig zijn, kan het chroomgehalte niet in één stap bepaald worden.
De ijzer(II)-ionen zijn immers iets sterkere reductoren dan de chroom(III)-ionen. Het is ook niet wenselijk om beide ionsoorten in één keer te titreren en dan met behulp van het bekende ijzergehalte (dat in een andere experiment is bepaald) het chroomgehalte te berekenen.
Bij de bepaling van het ijzergehalte door titratie met een kaliumpermanganaatoplossing worden ook enige chroom(III)-ionen omgezet in chroom(VI)ionen. Daarom is gekozen voor een procedure, waarbij de chroom(III)-ionen en de ijzer(II)-ionen tegelijkertijd worden geoxideerd tot chroom(VI)- en ijzer(III)-ionen.
Dit wordt gedaan door reactie van deze ionen met persulfaationen. Deze reactie wordt gekatalyseerd door zilvernitraat.
AgNO3
2 Cr3+(aq) + 3 S2O82-(aq) + 7 H2O(l) ——— > Cr2O72-(aq) + 6 SO42-(aq) + 14 H+ (aq)
2 Fe2+(aq) + S2O82-(aq) ——> 2 Fe3+(aq) + 2 SO42-(aq)
Door verhitten van het reactiemengsel zal de overmaat persulfaationen worden ontleed via:
Δ T
2 S2O82-(aq) + 2 H2O(l) ——> O2 (g)+ 4 HSO4-(aq)
Hierna kunnen de chroom(VI)ionen - in de vorm van dichromaationen - weer gereduceerd worden met een ijzer(II)sulfaatoplossing van bekende molariteit. Aan de te titreren vloeistof wordt een indicator en zuur toegevoegd. De reactie verloopt dan als volgt:
Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 Fe2+(aq) ———> 2 Cr3(aq) + 7 H2O(l) + 6 Fe3+(aq)
Voorbereidingen
Maken van 0,0150 M zilvernitraat oplossing
Weeg 0,127 gram zilvernitraat nauwkeurig af.
Breng dit kwantitatief over in een maatkolf van 50 mL.
Vul met gedestilleerd water tot de streep en homogeniseer deze oplossing.
Maken van 0,02 M ijzer(II)sulfaatoplossing
Weeg 0,649 gram FeSO4.7H2O nauwkeurig af.
Breng dit kwantitatief over in een maatkolf van 100 mL.
Vul met gedestilleerd water tot de streep en homogeniseer deze oplossing.
Stellen van een 0,02 M ijzer(II)sulfaatoplossing.
Bij de titratie wordt een 0,02 M ijzer(II)sulfaat-oplossing van exact bekende molariteit gebruikt.
Bij het stellen van deze oplossing worden ijzer(II)-ionen door kaliumpermanganaat in zuur milieu geoxideerd tot ijzer(III)-ionen:
5 Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8 H+(aq) —−> 5 Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4 H2O(l)
Het eindpunt van de titratie is bereikt bij een blijvende roze kleur, die wordt veroorzaakt door een overmaat kaliumpermanganaat. Daar de zichtbaarheid van de roze kleur aan een drempelwaarde is gebonden, is een blanco bepaling nodig.
Door toevoeging van fosforzuur worden de ijzer(III)-ionen complex gebonden, waardoor de storende kleur van ijzer(III)-ionen wordt weggenomen.
Om oxidatie door luchtzuurstof te voorkomen, wordt in koolstofdioxide atmosfeer gewerkt.
Benodigdheden chemicaliën
volpipet 25 mL natriumwaterstofcarbonaat in porties van ca. 200 mg
maatcilinder 5 mL zwavelzuuroplossing 5 M
maatcilinder 10 mL fosforzuuroplossing 4 M
schepje 0,02 M kaliumpermangaatopl. van exacte bekende molariteit
4 erlenmeyers van 300 mL
Uitvoering
Pipetter 25 mL van de te stellen 0,02 M ijzer(II)sulfaatoplossing in een erlenmeyer van 300 mL.
Voeg 10 mL 5 M zwavelzuuroplossing, 5 mL fosforzuuroplossing 4M en met een tussenpoos, 2 schepjes natriumwaterstofcarbonaat toe (ca. 200 mg elk) en zwenk om.
Titreer wanneer de koolzuurontwikkeling is afgelopen met een 0,02 M kaliumpermanganaat-oplossing waarvan de exacte molariteit bekend is, tot een zacht roze kleur tenminste 2 minuten blijft.
Voer de titratie in triplo uit.
Verricht een blanco bepaling.
Bereken de exacte molariteit van de ijzer(II)sulfaatoplossing.
Benodigdheden + Chemicaliën
Benodigdheden
Gilette scheermesjes (type Super Silver) nauwkeurige balans
3 erlenmeyers 300 mL brander
2 maatcilinders 10 mL trechter
2 maatcilinders 25 mL papierfilter
maatkolf 100 mL buret
volpipet 10 mL thermometer
waterbad of verwarmingsplaat spatel
Chemicaliën
Zwavelzuuroplossing 5 M
Zilvernitraatoplossing 0,015 M
Ammoniumpersulfaat of een ander persulfaat
Fosforzuuroplossing 4 M
Ferroine-oplossing 0,025 M (indicator)
IJzer(II)sulfaatoplossing 0,02 M met exact bekende molariteit.
Gedestilleerd water
Uitvoering redoxtitratie
Bepaal de massa van een goed schoongemaakt scheermesje met een nauwkeurige balans.
Breng dit over in een erlenmeyer van 300 mL.
Voeg 25 mL 5 M zwavelzuuroplossing toe en verwarm het mengsel voorzichtig in de zuurkast totdat de metaalcomponenten van het scheermesje geheel zijn opgelost.
Laat het mengsel afkoelen.
Breng de oplossing kwantitatief over, zo nodig via een papierfilter, in een 100 mL
Vul aan met gedestilleerd water tot de maatstreep en schud goed.
Pipetteer 10 mL van deze oplossing in een erlenmeyer van 300 mL.
Voeg hier 20 mL gedestilleerd water aan toe.
Verwarm dit mengsel in een waterbad of op een verwarmingsplaat tot een temperatuur van 60o C.
Voeg hier 5 ml 0,015 M zilvernitraatoplossing en 2 gram ammoniumpersulfaat toe.
Haal de erlenmeyer uit het waterbad. Verwarm deze boven een brander. Laat het mengsel 10 minuten koken (zet een trechter op de erlenmeyer om te voorkomen dat er vloeistof uit de erlenmeyer kan spatten).
Voeg eventueel water toe (het mengsel mag niet droog koken).
Het mengsel moet tijdens het koken oranje van kleur worden.
Indien het mengsel geel van kleur wordt en blijft, moet meer persulfaat worden toegevoegd.
Laat het mengsel afkoelen.
Voeg 8 ml 5 M zwavelzuuroplossing, 8 ml 4M fosforzuur en 3 druppels ferroine-oplossing toe.
Titreer met een gestelde 0,02 M ijzer(II)sulfaatoplossing.
De oplossing kleurt tijdens de titratie lichtgroen. Deze groene kleur verandert in oranjegeel als het omslagpunt bereikt is.
Voer een duplo bepaling uit,
Bereken het chroomgehalte van het scheermesje in massaprocenten.
Opmerkingen:
1. Bij het koken van het reactiemengsel moet deze na ongeveer 5 minuten oranje gekleurd zijn. Is de oplossing geel van kleur geworden, dan zijn er in plaats van Cr2O72—-ionen, CrO42—-ionen gevormd. Er moet dan extra ammoniumpersulfaat toegevoegd worden!
2. Het fosforzuur is voor de bepaling van het omslagpunt nodig. Zonder deze toevoeging zal dit punt slechter waar te nemen zijn.
3. Tijdens het titreren kan het gebeuren dat de oplossing even oranje wordt. Deze kleur zal na een tijdje weer verdwijnen. Zorg er voor dat je niet te snel stopt met titreren!
4. Het is niet aan te raden om de oplossing tijdens de titratie te verwarmen, om zo de reactier sneller te laten verlopen. Er zal namelijk geen equivalentepunt meer bereikt worden!
5. Voor het chroomgehalte in een scheermesje is 14 massaprocenten gevonden
Absorptiemeting
Er wordt een serie oplossingen gemaakt van verschillende chroom(III)-ionen concentraties en met een ijzer(II)-ionenconcentratie die overeen komt met een ijzergehalte van 85-massaprocent. Van deze vergelijkingsserie en van de oplossing kan nu de absorptie bepaald worden bij 430 nm.
Uit de verkregen waarden kan dan de concentratie chroom(III)-ionen berekend worden.
De absorptiemethode blijkt minder goed reproduceerbaar dan de titratiemethode.
Benodigdheden + Chemicaliën
Benodigdheden
Gilette scheermesjes (type Super Silver) nauwkeurige balans
erlenmeyer 300 mL brander
maatcilinder 25 mL trechter
2 maatkolven 100 mL papierfilter
3 maatpipetten 10 mL reageerbuisrek
maatcilinder 50 mL filter 430 nm
bekerglas 30 mL spuitfles
10 reageerbuizen 2 cuvetten
colorimeter spatel
grafiekpapier
Chemicaliën
zwavelzuuroplossing 5M
chroom(III)nitraat-nonahydraat - Cr(NO3)3.9H2O -
ijzer(II)sulfaatoplossing ( 45 mg ijzer(II)sulfaat-heptahydraat opgelost in 10 ml water) dit is gebaseerd op 85 massa-% ijzer in scheermesje
gedestilleerd water
Uitvoering
Bepaal de massa van een goed schoongemaakt scheermesje met een nauwkeurige balans.
Breng dit scheermesje over in een erlenmeyer van 300 mL.
Voeg 25 ml 5 M zwavelzuuroplossing toe en verwarm het mengsel voorzichtig in de zuurkast totdat de metaalcomponenten van het scheermesje geheel zijn opgelost.
Laat het mengsel afkoelen.
Breng de oplossing kwantitatief, zonodig via een papierfilter, over in een maatkolf van 100 ml. Vul met gedestilleerd water aan tot de maatstreep en homogeniseer.
Weeg 1,0 gram chroom(III)nitraat-nonahydraat af in een bekerglas van 100 ml, voeg 30 ml gedestilleerd water toe. Als het chroom(III)nitraat volledig is opgelost, breng je deze oplossing kwantitatief over in een maatkolf van 100 ml. Vul met gedestilleerd water aan tot de streep en homogeniseer.
Pipetteer respectievelijk 1,2,3 .......... 9 ml van deze oplossing in de reageerbuisjes, voeg bij elk 1 ml van de ijzer(II)sulfaatoplossing toe en vul elke hoeveelheid aan met gedestilleerd water tot 10 ml.
Vul de eerste cuvet met gedestilleerd water en stel de absorptie van dit water op nul.
Vul de tweede cuvet met de minst geconcentreerde oplossing (vergeet de cuvet niet voor te spoelen).
Plaats deze vervolgens in de colorimeter en meet de absortie bij 340 nm.
Bepaal op dezelfde manier ook de absorpties van de andere oplossingen.
Gebruik de cuvet met gedestilleerd water steeds om de absorptie op nul te houden.
Breng de meetpunten over in een grafiek (concentratie op de x-as en absorptie op de y-as)
Bepaal de absorptie van de oplossing van het scheermesje.
Bepaal met behulp van de grafiek de concentratie chroom(III)ionen in deze oplossing.,
Bereken het chroomgehalte van het scheermesje in massa-%.
Opmerking:
Voor het chroomgehalte is gevonden: 12 - 14 massa-%.
Literatuur
Dit voorschrift is eerder gepubliceerd als RIS-publicatie XXXVII door P.J. de Rijke en W. v.d. Veer,
m.m.v. B.E. Maas
RIS = Research Instituut Schoolscheikunde, vakdidactiek scheikunde, R.U. Groningen.
Reiding e.a. Chemie Overal V5, 2e druk (1993), 162
A.I. Vogel, A textbook of quantitative inorganic analysis, 3e ed, (1972), 311
