Slide - Volumetria de Óxido-redução Permanganometria - Química Analítica 2021-2

AULA EXPERIMENTAL 8 - VOLUMETRIA DE ÓXIDO-REDUÇÃO: PERMANGANOMETRIA Disciplina: QA 218 Docentes: Profa. Dra Adriana Vitorino Rossi e Profa. Dra. Alessandra Sussulini Estagiários: Daniel Carneiro Freitas, Fernanda Mesquita Mardegan, Samara Gomes Banhos Campinas – SP 2021 Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Instituto de Química - IQ 1 REAÇÕES REDOX 2 Ce4+ + e- ⇌ Ce3+ Fe2+ ⇌ Fe3+ + e- E = V ou mV E0 = +1,61 V E0 = -0,77 V REAÇÕES REDOX 3 Métodos oxidimétricos Empregam soluções padrão de agentes oxidantes para a determinação de substâncias com características redutoras. Métodos redutimétricos Empregam soluções padrão de agentes redutores para a determinação de substâncias com características oxidantes. REAÇÕES REDOX 4 Métodos redutimétricos Empregam soluções padrão de agentes redutores para a determinação de substâncias com características oxidantes. PODEM SER OXIDADOS NOVAMENTE PELO O2 ATMOSFÉRICO Métodos oxidimétricos Empregam soluções padrão de agentes oxidantes para a determinação de substâncias com características redutoras. Permanganometria Dicromatometria Iodometria e Iodimetria Método das semi-reações 1) Identificar as espécies que participam do processo redox e separar a equação química em duas semirreações (oxidação e redução); 2) Balancear cada uma das semirreações independentemente: 2.1) Balancear os elementos que sofrem oxidação ou redução; 2.2) Balancear os elétrons; 2.3) Adicionar H2O no lado da semirreação deficiente de O; 2.4) Balancear o H do outro lado da reação adicionando H+; 2.5) Se a reação ocorre em meio alcalino, adicione no lado da reação que apresenta íons H+ a mesma quantidade de íons OH- (equilibrando H+ e OH-). No lado oposto da semirreação deve ser adicionada a mesma quantidade de OH-. 5 Fonte: Graphic by Johannes Friedrich. Data source: Global greenhouse gas emission 2016 excluding land-use change and forestry (LUCF) from Climate Watch. The EU 27 is considered a country. 6 Permanganometria MÉTODOS VOLUMÉTRICOS REDOX 4MnO4 - + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O ; E = +1,507 V MnO4 - 7 MnO4 - + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O ; E0 = +1,507 V MnO4 - + 4H+ + 3e- ⇌ MnO2 + 2H2O ; E0 = +1,679 V MnO4 - + 2H2O + 3e- ⇌ MnO2 + 4OH- ; E0 = +0,595 V MnO4 - + e- ⇌ MnO4 2- ; E0 = +0,558 V Relação do E0 com o pH MÉTODOS VOLUMÉTRICOS REDOX Vídeo retirado de: Canal USBERCO E PH QUÍMICA FÁCIL. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=PHSterZ_mcE. Acessado em 19/08/2021. 8 MÉTODOS VOLUMÉTRICOS REDOX Permanganometria 4MnO4 - + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O ; E = +1,507 V MnO4 - MnO4 - + 8H+ + 5e ⇌ Mn2+ + 4H2O E = +1,507 V Reação de oxirredução 4MnO4 - + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O 9 MnO4 - + 8H+ + 5e ⇌ Mn2+ + 4H2O ; E = +1,507 V 4MnO4 - + 2H2O ⇌ 4MnO2 + 4OH- + 3O2 Remoção As soluções de permanganato decompõem-se lentamente, requerendo padronizações ocasionais: 4MnO4 - + 2H2O ⇌ 4MnO2 + 4OH- + 3O2 Catalisador da decomposição Permanganometria Vide EV EOI VV WEWIVib. § PEW ww REDOX FPermanganometria] 4Mn0O,, + 8H* + Se- = Mn** + 4H. ; E = +1,507 V Reacao lenta com alguns agentes redutores 1 O permanganato de potassio nao é um padrdo . CS . as ¢ Aquecimento previo primario: ¢ Conducao da reacao sob aquecimento 1 O KMn0O,(s) grau reagente nado é completamente isento de MnO, _ ee cf. oe 4 ‘hee | U Oo MnO, € capaz de reagir com redutores Amostra com algumas i fracos presentes na agua destilada; Py eTR Re) <a rs hahaa LOU TiTe)y ~ a L} As solugcdes de permanganato de _ potassio os decompoem-se por influéncia da luz e do calor, levando a formacao do - 0 11 MÉTODOS VOLUMÉTRICOS REDOX 4MnO4 - + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O ; E0 = +1,507 V 3Mn2+(aq) + 2MnO4 -(aq) + 2H2O(l) ⇌ 5MnO2(s) + 4H+(aq) Permanganometria O íon permanganato é instável na presença de íons Mn2+ em solução. MnO4 - Fonte: Climate Watch, based on raw data from IEA (2018), CO2 Emissions from Fuel Combustion, www.iea.org/statistic. 12 MÉTODOS VOLUMÉTRICOS REDOX Permanganometria MnO4 - 4MnO4 - + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O ; E = +1,507 V As soluções de permanganato não podem ser preparadas em meio de ácido clorídrico, visto que o íon permanganato é capaz de oxidar os íons cloreto: Cl2 + 2e- ⇌ 2Cl- ; E = +1,358 V Adição de HgSO4 Preparo da solução em H2SO4 13 MÉTODOS VOLUMÉTRICOS REDOX Permanganometria MnO4 - 1. Poder oxidante; 2. Reações autoindicadas (a cor das soluções de MnO4 - é suficientemente intensa para servir como indicador nas titulações); 3. O ponto final da titulação de permanganato não é permanente porque o excesso de MnO4 - reage lentamente com os íons Mn2+ presentes em conc. elevadas no ponto final da titulação. 4MnO4 - + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O Imagens: Retiradas do Google Fotos. Disponível em: www.visualphotos.com . Acessado em 04/10/2021 Objetivos dos experimentos UO Padronizacao de solucao 1) Padroniza¢ao de uma solu¢do de permanganato de potassio (KMn0O,); 2) Utilizagdo da solugao de KMnO, na determinacao de peroxido de hidrogénio (H,O,) em agua oxigenada. Padronização de solução de KMnO4 • Padronização da solução 0,02 mol L-1 de permanganato de potássio. • Cada estudante do grupo deve fazer uma padronização conforme descrito. Assim sendo, a padronização será realizada em triplicata por analistas diferentes. 15 1. Filtre toda a solução de permanganato de potássio preparada na aula anterior. 2. Pese, em um béquer pequeno na balança analítica, uma massa suficiente de oxalato de sódio previamente seco em estufa a 120 °C por 2h, para que o volume gasto na padronização da solução de permanganato de potássio seja aproximadamente 4/5 do volume da bureta. Estes cálculos devem ser apresentados no pré-relatório redigido no caderno de laboratório. Anote a massa pesada até a quarta casa decimal. 3. Transfira quantitativamente, evitando qualquer perda, para um erlenmeyer de 250 mL (se necessário, use água destilada de uma pisseta para ajudar na transferência). 4. Adicione água destilada até ~ 50 mL e dissolva cuidadosamente. Em seguida, adicione 10 mL de H 2SO4 1:8 v/v (se for necessário, prepare esta solução na capela, utilizando proveta e béquer). Lembre-se : sempre se adiciona o ácido à água, nunca o contrário e esta reação é exotérmica. 5. Aqueça cuidadosamente em chapa até ~ 90 °C. USE ÓCULOS DE PROTEÇÃO. CUIDADO: Se o aquecimento for muito rápido ou a chapa estiver muito quente, a solução poderá entrar repentinamente em ebulição e respingar. Não use termômetro!! 6. Titule com a solução de KMnO 4 (a reação inicial é lenta). Não deixe a temperatura da solução ficar abaixo de ~ 60 °C. Não use termômetro!! 7. O ponto final é detectado pelo aparecimento de leve cor rósea, persistente por 30 s. 8. Utilize os três resultados analíticos obtidos pelo seu grupo para calcular a concentração média da solução de permanganato em mol L -1. Resultados da padronização 16 https://www.youtube.com/watch?v=k7eV9NkuZEE Tabela 1: Resultados obtidos na titulação de oxirredução para a padronização do KMnO4 Amostra Massa Na2C2O4 (g) Volume KMnO4 (mL) [KMnO4] mol L-1 1 0,2620 36,21 ? 2 0,2626 36,68 ? 3 0,2674 37,52 ? Padronização 17 https://www.youtube.com/watch?v=k7eV9NkuZEE Utilização de oxalato para padronização de MnO4 - : Semi-reação anódica: (C2O4 2-(aq) ⇌ 2CO2(g) + 2e-) X5 Semi-reação catódica: (MnO4 -(aq) + 8H+(aq) + 5e- ⇌ 4H2O(l) + Mn2+(aq)) X2 5C2O4 2-(aq) + 2MnO4 -(aq) + 16H+(aq) + 10e- ⇌ 8H2O(l) + 2Mn2+(aq) + 10CO2(g) + 10e- Equação global: 5C2O4 2-(aq) + 2MnO4 -(aq) + 16H+(aq) ⇌ 10CO2(g) + 2Mn2+(aq) + 8H2O(l) Concentração de H2O2 em solução comercial Determinação de Peróxido de Hidrogênio em Água Oxigenada 10 Volumes comercial. • Uma análise em triplicata por estudante • Anote o lote e a marca da amostra de água oxigenada. 18 1. Um membro de cada equipe pipetará a água oxigenada 10 volumes (amostra original) com sua pipeta volumétrica calibrada de 15,00 mL e diluirá até a marca do balão de 200 mL com água destilada. 2. Após a homogeneização, cada estudante da equipe usando a sua pipeta volumétrica de 15,00 mL calibrada deverá transferir uma alíquota dessa solução para um erlenmeyer, juntar ~ 50 mL de água destilada e 20 mL de H2SO4 1:8 v/v (prepare esta solução na capela, utilizando proveta e béquer). a) Titule com a solução padronizada de KMnO4 (titulação individual em triplicata). b) O ponto final é detectado pelo aparecimento de uma leve cor rósea, persistente por 30 s. 3. Calcule a concentração de peróxido de hidrogênio em g L-1 e em “volumes”. Concentração do H2O2 19 Volumetria de Oxirredução - Permanganometria - Parte 2 - YouTube Tabela 2: Resultados obtidos na determinação do teor de H2O2 em 15,00 mL de amostra Amostra Volume titulado KMnO4 [ca. 0,02 mol L-1] (mL) Teor de H2O2 (mol L-1) 1 17,58 ? 2 17,60 ? 3 17,76 ? Cálculo em volume de H2O2 Vídeo retirado de: Canal XD Education. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=tcWHj5lnD3Q. Acessado em 19/08/2021. 20 •Colocar o vídeo: Determinação de H2O2: Semi-reação anódica: (H2O2(aq) ⇌ O2(g) + 2H+(aq) + 2e-) X5 Semi-reação catódica: (MnO4 -(aq) + 8H+(aq) + 5e- ⇌ 4H2O(l) + Mn2+(aq)) X2 5H2O2(aq) + 2MnO4 -(aq) + 16H+(aq) + 10e- ⇌ 8H2O(l) + 2Mn2+(aq) + 5O2(g) + 10H+(aq) + 10e- Eq. Global: 5H2O2(aq) + 2MnO4 -(aq) + 6H+(aq) ⇌ 5O2(g) + 2Mn2+ (aq) + 8H2O(l) Aplicagoes da Determinacao de H,0.: permanganometria 5H,0O.,,(aq) + 2MnO, (aq) + 6H*(aq) = 50,(g) + 2Mn** (aq) + 8H,O(1) Determinacao de nitrito: ‘Mn0, 5NO, (aq) + 2MnO, (aq) + 6H*(aq) = 5NO, (aq) + 2Mn2*(aq) + 3H,O(1) 4MnO,, + 8H* + 5e- = Mn** + 4H.0 ; EO = +1,507 V Determinacao de oxalato: 1 Permanganometria: Com Fe** no link: , https://www,voutube.com/watch?v=gUXv-UUSQ48 5H,C,O,(aq) + 2MnO, (aq) + 16H*(aq) = 10C0,,(g) + 2Mn**(aq) + 8H, O() Determinacdo direta de Fe" : 5Fe**(aq) + MnO, (aq) + 8H*(aq) = 5Fe**(aq) + Mn7*(aq) + 4H,O(|) Relatório 1. Calcule a concentração (e estipule o desvio padrão amostral) do permanganato de potássio padronizado, a partir dos resultados de volumes obtidos na Tabela 1. (Valor 4 pts) 2. Indique a concentração (e estipule o desvio padrão amostral) de peróxido de hidrogênio (em volumes) na amostra analisada, com base nos resultados dos volumes obtidos pela Tabela 2. (Valor 4 pts) 3. Justifique com base nas reações em equilíbrio o que acontece se ao invés de utilizar o H2SO4 como fonte de H+ para o meio, utilizássemos o HCl. Haverá erros na padronização do MnO4 - com a escolha do HCl? Justifique sua resposta e proponha uma alternativa para solucionar o problema. (Valor 2 pts) 22