1. Nguyên tắc của phương pháp
Dùng Zn kim loại hay SnCl2 khử Fe3+ thành Fe2+, sau đó chuẩn độ Fe2+ bằng dung dịch KMnO4 trong môi trường axit.
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ ⇔ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Eo(MnO4-/Mn2+) = 1,51V > Eo(Fe3+/Fe2+) = 0,77V
a) Khử Fe3+ bằng Zn kim loại
2Fe3+ + Zn ⇔ 2Fe2+ + Zn2+
Ở đây: Eo(Fe3+/Fe2+) >> Eo(Zn2+/Zn) = -0,76V nên phản ứng xảy ra theo chiều thuận.
Tuy nhiên phải đun nóng nhẹ dung dịch để tăng tốc độ phản ứng.
b) Khử Fe3+ bằng SnCl2 dư
2Fe3+ + SnCl2 ⇔ 2Fe2+ + Sn4+ + 2Cl-
Thường thường phải dùng lượng dư SnCl2 để khử, nên lượng thừa SnCl2 phải loại khỏi dung dịch vì nó cũng tác dụng với KMnO4. Để loại SnCl2 dùng HgCl2:
SnCl2 + 2HgCl2 → SnCl4 + Hg2Cl2↓ (trắng)
Hg2Cl2 kết tủa trắng tác dụng rất chậm với KMnO4, nên không ảnh hưởng đến kết quả xác định. Nếu lượng thừa SnCl2 nhiều, thì Hg2Cl2 mới tạo ra tác dụng với SnCl2 theo phản ứng:
SnCl2 + 2Hg2Cl2 → 2Hg↓ + SnCl4
Hg tạo ra có màu đen hoặc xám tác dụng mạnh với KMnO4 nên làm sai kết quả xác định. Do đó khi xác định ở giai đoạn này nếu thu được kết tủa xám hoặc đen thì phải bỏ đi, làm lại từ đầu mẫu khác.
Do môi trường phản ứng có nhiều Cl- nên có thể gây phản ứng phụ.
2MnO4- + 10Cl- + 16H+ → 5Cl2↑ + 2Mn2+ + 8H2O
Gây sai số cho chuẩn độ. Vì vậy ta phải định phân với sự có mặt hỗn hợp bảo vệ Zimecman (MnSO4, H3PO4 và H2SO4)
2. Cách tiến hành
a) Dùng cách khử Fe3+ bằng SnCl2
Lấy chính xác 10ml dung dịch xác định (chứa khoảng 0,01 đến 0,3 gam sắt) cho vào bình nón. Thêm vào dung dịch 5÷7 ml H2SO4 (1:5) đun nóng đến gần sôi. Lấy bình ra khỏi bếp điện, thêm vào từng giọt SnCl2 cho đến khi dung dịch hết màu vàng, tiếp tục thêm 1÷2 giọt thừa SnCl2. Mỗi lần thêm SnCl2 vào dung dịch nên lắc bình và quan sát sự giảm màu của dung dịch. Làm lạnh dung dịch ở vòi nước rồi thêm vào 10ml dung dịch HgCl2, lắc bình nón. Nếu kết tủa trắng tức là quá trình đã làm bình thường. Nếu kết tủa đen hoặc xám thì phải bỏ, làm lại từ đầu. Pha loãng dung dịch bằng 2÷3 lần thể tích nước cất, thêm vào 5ml dung dịch Zimecman và chuẩn độ bằng KMnO4 cho đến khi dung dịch có màu phớt hồng không mất trong 25÷30 giây. Lặp lại thí nghiệm 2÷3 lần, kết quả trung bình.
Tính hàm lượng Fe ra gam/lit.
b) Dùng cách khử Fe3+ bằng Zn
Dùng pipet hút chính xác 10ml dung dịch Fe3+, dùng ống đong thêm 2ml dung dịch H2SO4 (1:5) cho vào cốc đun nóng, thêm vài sợi kẽm hay một ít bột đun nóng nhẹ, thỉnh thoảng lắc cho đến khi dung dịch mất màu vàng, thử xem đã hết Fe3+ chưa (thử bằng phản ứng nhỏ giọt trên giấy lọc với thuốc thử NH4SCN). Để nguội, lọc dung dịch qua giấy lọc và bình nón, rửa cốc và giấy lọc vài lần bằng nước cất nguội (tổng số nước cất dùng để rửa là 20 ml) thêm 5ml hỗn hợp Zimecman rồi chuẩn độ bằng KMnO4 cho đến khi dung dịch có màu phớt hồng (không mất màu sau 30 giây). Lặp lại thí nghiệm 2÷3 lần, lấy kết quả trung bình.
Tính hàm lượng Fe ra gam/l.