Номер 16, страница 256 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 35. Галогены - номер 16, страница 256.

Условие.

16. Концентрация растворённого кислорода — важный показатель качества воды в природном водоёме. Существует метод определения содержания растворённого кислорода по Винклеру. Используя возможности Интернета, найдите, с помощью каких реакций определяют растворённый кислород по Винклеру. Объясните роль иода в этом методе.

Решение.

Решение 2.

Метод Винклера — это титриметрический метод, используемый для определения концентрации растворенного кислорода в пробах воды. Анализ проводится в несколько стадий.

Реакции, с помощью которых определяют растворенный кислород по Винклеру

Метод включает три основных этапа:

1. Фиксация кислорода. К пробе воды добавляют раствор сульфата марганца(II) и щелочной раствор иодида калия. В щелочной среде образуется осадок гидроксида марганца(II), который немедленно окисляется растворенным в воде кислородом до гидроксида марганца(III) (или других соединений марганца в более высокой степени окисления), выпадающего в виде бурого осадка.

Образование гидроксида марганца(II):
$MnSO_4 + 2KOH \rightarrow Mn(OH)_2 \downarrow + K_2SO_4$

Окисление гидроксида марганца(II) кислородом:
$4Mn(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Mn(OH)_3 \downarrow$

2. Выделение иода. После того как весь кислород прореагировал, в колбу добавляют концентрированную кислоту (обычно серную). Осадок растворяется, и ионы марганца(III) в кислой среде окисляют иодид-ионы (введенные на первом этапе) до свободного молекулярного иода. Раствор приобретает желто-коричневую окраску, интенсивность которой пропорциональна количеству выделившегося иода.

Реакция окисления иодид-ионов:
$2Mn(OH)_3 + 2KI + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + I_2 + K_2SO_4 + 6H_2O$

3. Титрование иода. Количество выделившегося иода определяют титрованием стандартным раствором тиосульфата натрия ($Na_2S_2O_3$) в присутствии крахмала в качестве индикатора. В конце титрования синяя окраска комплекса иода с крахмалом исчезает.

Реакция титрования:
$I_2 + 2Na_2S_2O_3 \rightarrow 2NaI + Na_2S_4O_6$

По объему раствора тиосульфата, пошедшего на титрование, рассчитывают количество иода, а затем, зная стехиометрические соотношения ($\text{1}$ моль $O_2 \rightarrow 2$ моль $I_2$), находят исходное содержание кислорода в пробе.

Ответ: Растворенный кислород по методу Винклера определяют с помощью последовательности из трех групп химических реакций: 1) окисление гидроксида марганца(II) растворенным кислородом в щелочной среде; 2) окисление иодид-ионов марганцем в высшей степени окисления в кислой среде с образованием свободного иода; 3) титрование выделившегося иода раствором тиосульфата натрия.

Роль иода в этом методе

В методе Винклера иод играет ключевую роль химического посредника (интермедиата), который позволяет косвенно определить количество кислорода. Прямое титрование растворенного кислорода затруднительно, поэтому используется многостадийный процесс. Роль иода заключается в следующем:

• Он образуется в количестве, строго пропорциональном исходному количеству растворенного кислорода. Стехиометрия всего процесса такова, что одна молекула кислорода ($O_2$) приводит к образованию двух молекул иода ($I_2$).
• Свободный иод, в отличие от кислорода, легко и точно определяется с помощью стандартного метода иодометрического титрования раствором тиосульфата натрия.

Таким образом, определение концентрации кислорода сводится к определению концентрации иода, который выступает в роли эквивалента кислорода. Измерив количество иода, можно точно рассчитать, сколько кислорода было в первоначальной пробе воды.

Ответ: Иод в методе Винклера играет роль посредника. Его количество, образующееся в ходе реакций, строго пропорционально количеству растворенного в воде кислорода (1 моль $O_2$ эквивалентен 2 молям $I_2$). Именно свободный иод, а не сам кислород, определяется на последнем этапе анализа методом титрования, что позволяет косвенно, но очень точно рассчитать исходную концентрацию кислорода.