[분석화학실험]석회석 중의 철의 정량 1부

 

실험 이론 및 원리

석회석은 주로 calcium carbonate로 구성되어있다. 백운암의 석회석도 또한 많은 양의 manesium carbonate을 함유하고 있다. calcium silcates와 magnesium silicate들은 iron, aluminium, magnese, titanium, sodium 그리고 기타 금속들의 탄산염이나 규산염들과 함께 작은 양이 들어있다. hydrochloric silicate는 석회석에 있어 효과적인 용매이다. 단지 분석에 방해하지 않은 silica만이 용해되지 않고 남는다. 어떤 석회석들은 강열한 후 보다 쉽게 분해하며 몇가지는 탄산염 용융으로만 얻을 수 있는 경우도 있다.

과망간산칼륨(KMnO4)은 진한 보라색을 띤 산화제이다. 또한 자체가 지시약의 역할을 한다. 과망간산칼륨에는 극소량의 MnO2가 항상 존재하기 때문에, 일차 표준물질이 될 수 있을 정도로 순수하지 않다. 더욱이 증류수는 즉시 갓녹인 일부의 MnO4-를 MnO2로 환원시킬 수 있는 충분한 양의 유기물을 항상 함유하고 있다. 안정한 용액을 제조하기 위하여 KMnO4는 증류수에 녹이고, MnO4-와 유기 불순물 사이의 반응을 촉진시키도록 한 시간 정도 끓인 다음, 침전된 MnO2를 제거시키기 위하여 깨끗한 소결유리(sintered glass) 거르개로 거른다. 거름종이는 절대로 사용해서는 안 된다. 시약은 검은 색의 유리병에 보관한다. 열역학적으로 KMnO4 수용액은 다음의 반응으로 인하여 불안정하다.

4MnO4- + 2H2O → 4MnO2(s) + 3O2 + 4OH-

그러나 MnO4-에 의한 물의 산화는 MnO2, MnO2+, 열, 빛, 산 및 염기등과 같은 시약이 존재하지 않으면 매우 느리다. 과망간샅칼륨은 옥살산나트륨(Na2C2O4), 순수한 전해 철선 또는 아산화 비소(As4O6)등으로 적정하여 농도 결정을 할 수 있다. 센 산성 용액(pH≤1)에서 과망간산칼륨은 무색의 Mn2+로 환원된다.

MnO4- + 8H+ + 5e- ⇔ Mn2+ + 4H2O E°= 1.51V

한편 중성 또는 알칼리 용액에서의 생성물은 갈색 고체인 MnO2이다.

MnO4- + 4H+ + 3e- ⇔ MnO2(s) + 2H2O E°= 1.695V

대단히 센 알칼리 용액(2M NaOH)에서는 초록색의 망간산(Ⅳ) 이온을 생성한다.

MnO4- + e- ⇔ MnO42- E°= 0.558V

종말점은 처음 MnO4-의 연한 분홍색이 지속적으로 나타나는 것으로 정한다. 만약 적정액이 눈으로 확인하기에 너무 묽으면, 페로인과 같은 지시약을 사용할 수도 있다.

과망간산칼륨은 옥살산나트륨 또는 순수한 전해 철선으로 적정하여 농도 결정을 할 수 있다. 건조된 옥살산나트륨을 1M H2SO4 에 녹이고 실온에서 필요한 과망간산칼륨을 서서히 가하면 적정은 완결된다.

2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ → 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O

분석화학종	산화반응	요점
Fe2+	Fe2+ ⇔ Fe3+ + e-	Fe3+는 Sn2+또는Jones환원관에 의해서 Fe2+로 환원된다. 1M H2SO4 또는 Mn2+, H3PO4 및 H2SO4를 함유하는 1M HCl을 적정한다. Mn2+,는 MnO4-에 의해서 Cl-의 산화를 억제하고, H3PO4는 노란색의 Fe3+_Cl-착물을 만든다.
H2C2O4	H2C2O4⇔2CO2 + 2H+ + 2e-	25℃에서 95%정도의 적정액을 가한 다음, 55~60℃에서 적정을 완결시킨다.

실험 기구 및 시약

1. 실험 기구 : 적정장치, 유리거르개, 도가니.

2. 실험 시약 : Calcium Carbonate, Ammonium Oxalate, Sulfuric Acid

실험 방법

1. 실험 과정

1) CaCO3 0.5g를 소수 넷째자리까지 측정해서 250㎖ 비커에 넣는다.

2) 1.의 비커에 10㎖ 증류수를 가하고 시계접시로 덮는다.

3) 2.에 진한 HCl 10㎖ 천천히 가하고 30㎖ 증류수까지 넣고 끓을 때까지 가열한다.

4) 뜨거운 6%(W/V) (NH4)2C2O4 용액 20㎖ 가한다.

5) 진한 NH3 천천히 가하면서 pH 4.5～5.5로 맞추고 20분간 방치한다.

6) 방치 후 유리거르개로 거른다.

7) 유리거르개를 비커에 넣고 물 100㎖와 3M H2SO4 50㎖를 가한다.

8) 7.의 용액을 80～90℃로 가열한다.

9) 60℃이상으로 유지하면서 0.02M 과망간산으로 적정한다.

10) CaCO3를 정량한다.

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