滴定という言葉は聞いたことがあると思います。中和滴定ですね。酸と塩基で行う中和滴定とは違い、酸化剤と還元剤での滴定を酸化還元滴定といいます。滴定の方法と操作、滴定の終点(終わった時点)の見極め方をまとめておきます。
酸化還元滴定
中和滴定が酸と塩基を用いて行うのに対し、
酸化剤と還元剤を用いて行う滴定を酸化還元滴定といいます。
酸化剤の標準溶液を用いて濃度の分からない還元剤の濃度を求める操作になります。
逆の還元剤の標準溶液を用いて、濃度の分からない酸化剤の濃度を求めるのも酸化還元滴定です。
中和滴定と違う点は指示薬が必要無いということ。
酸化剤自身が指示薬の役目をしているので必要無いということです。
例えは、過マンガン酸カリウムを酸化剤として滴定するとき、
酸性溶液ではマンガン酸イオン(\(\mathrm {MnO_4^-}\) )は「赤褐色」を示していますが、
滴定が終了すると「無色」のマンガン(Ⅱ)イオン( \(\mathrm {Mn^{2+}}\) )になります。
この色の変化により指示薬の役目もしてくれるので別途指示薬が必要にはならないのです。
その他では器具や方法は中和滴定のときと同じだと思っていて良いです。
酸化還元滴定の終点
酸化剤と還元剤が完全に(過不足なく)反応したときには、
酸化剤が受け取った電子( \(\mathrm e^-\) )と、
還元剤が放出した電子( \(\mathrm e^-\) )との数が等しくなっています。
例えば、
過マンガン酸カリウム( \(\mathrm {KMnO_4}\) )溶液を還元剤の溶液に滴下すると反応溶液側の還元剤がなくなるまでは、
マンガン酸イオン(\(\mathrm {MnO_4^-}\) )は無色のマンガン(Ⅱ)イオン( \(\mathrm{Mn^{2+}}\) )になりますが、
還元剤がなくなるとマンガン酸イオン( \(\mathrm {MnO_4^-}\) )の赤褐色が出てきます。
酸化還元反応は酸化剤と還元剤との電子の授受なので、
「酸化剤が受け取る \(\color{red}{\mathrm e^-}\) の数」=「還元剤が渡す電子 \(\color{red}{\mathrm e^-}\) の数」
が成り立ちます。
簡単に言えば電子の物質量を酸化剤と還元剤で等しくするんですね。
過酸化水素水と過マンガン酸カリウムの酸化還元滴定
濃度が分かっていない過酸化水素水( \(\mathrm {H_2O_2}\) )40mLを酸性にして、
\(1.0\times 10^{-2}\) mol/L の過マンガン酸カリウム水溶液を加えていくと、
\(24\mathrm{mL}\) 加えたところで溶液全体が赤褐色となった。
このとき過酸化水素水のモル濃度を求めよ。
要は中和滴定と同じなので電子の物質量を求めれば良いだけです。
重要なのは、半反応式が書けるかどうかですね。笑
マンガン酸イオン \(\mathrm {MnO_4^-}\) の半反応式は
\( \mathrm {MnO_4^-}\,+\,8\mathrm {H^+}\,+\,5 \mathrm {e^-} → \mathrm{Mn^{2+}}\,+\,4\mathrm{H_2O}\)
過酸化水素 \(\mathrm {H_2O_2}\) の半反応式は
\( \mathrm {H_2O_2} → \mathrm {O_2} + 2\mathrm {H^+} + 4\mathrm {H_2O}\)
なので、
\(\mathrm {MnO_4^-}\) 1mol は5mol の \( \mathrm {e^-}\) を受け取ります。
\( 1.0\times 10^{-2}\) mol/L の溶液 \(\displaystyle 24\mathrm{mL}=\frac{24}{1000}\mathrm{L}\) だと、
\(\displaystyle 1.0\times 10^{-2}\times \frac{24}{1000}\times 5\) molの \( \mathrm {e^-}\) を受け取ることになります。
これと \(\mathrm {H_2O_2}\) から放出された電子の数を同じにすれば良いのです。
\(\mathrm {H_2O_2}\) は1mol から2モルの \( \mathrm {e^-}\) を放出します。
\( \mathrm {H_2O_2}\) の濃度を \( x\) (mol/L) だとすると \(40\mathrm{mL}\) だと、
\(\displaystyle x\times \frac{40}{1000}\times 2\) mol の \( \mathrm {e^-}\) を放出することになります。
これらが等しいとき滴定終了となるので、分母の1000を省いて、
\(1.0\times 10^{-2}\times 24\times 5= x\times 40\times 2\)
これを解いて、
\( x=1.5\times 10^{-2}\) mol/L (答)
※
濃度が両方モル濃度のときは分母の1000は必要ありません。
解答上に示すことは良いことですが、実質計算では邪魔なだけです。
中和滴定の計算を見てください。
大切なのは、計算結果までたどり着けるか自分でやって見ることです。