鐵是人體不可或缺的元素之一,例如,鐵是血紅素的主要成份之一,而且,很多涉及人體內氧化還原過程的酶亦含有鐵。因此,鐵藥片是缺乏鐵質的病人需要服用的藥物。
藥房購買的鐵藥片,通常含有硫酸鐵(II)。利用已標定的高錳酸鉀溶液進行氧化還原滴定,可測定藥片中硫酸鐵(II)的含量。其原理是在酸性條件下,\(\ce{MnO4^- (aq)}\) 與硫酸鐵(II)中的 \(\ce{Fe^2+ (aq)}\) 發生氧化還原反應。
\[\ce{MnO4^- (aq) + 5Fe^2+ (aq) + 8H^+ (aq) -> Mn^2+ (aq) + 5Fe^3+(aq) + 4H2O (l)}\]由於 \(\ce{MnO4^- (aq)}\) 是有顏色的,而生成的 \(\ce{Mn^2+ (aq)}\) 是無色的,因此,在酸性條件下滴定時,高錳酸鉀本身即可作為指示劑。當第一滴過量的高錳酸鉀溶液加入到錐形瓶內的混合物中,令其呈現淡粉紅色,並且 \(30\) 秒內不褪色,說明已到達滴定終點。
測定鐵藥片中鐵的含量的一般步驟如下:
稱取兩粒鐵藥片,並磨成粉末。
用約 \(50\text{ cm}^{3}\) 稀硫酸溶解固體粉末,再稀釋至 \(250.0\text{ cm}^{3}\)。將鐵藥片粉末溶於稀硫酸,既可避免鐵(II)離子被氧化,亦能為之後的滴定反應提供酸性條件。
用移液管移取 \(25.0\text{ cm}^{3}\) 溶液至錐形瓶內,用已標定的高錳酸鉀溶液滴定,直至到達滴定終點。
記錄滴定前後所消耗的高錳酸鉀溶液的體積,並計算得出鐵藥片中鐵的含量。
某種牌子的鐵藥片中含有硫酸鐵(II)。某同學使用 \(0.00500\text{ mol dm}^{-3}\) 高錳酸鉀溶液進行滴定,測定其中硫酸鐵(II)的含量。其步驟和結果如下。
稱取兩粒鐵藥片 \(0.780\text{ g}\) ,磨碎後,再用 \(50\text{ cm}^{3}\) 稀硫酸將其全部溶解。
將溶液轉移至容量瓶內,稀釋至 \(250.0\text{ cm}^{3}\) 。
用移液管移取 \(25.0\text{ cm}^{3}\) 稀釋後的溶液至錐形瓶內。
用高錳酸鉀溶液潤洗滴定管,再加入高錳酸鉀溶液,記錄滴定管的初始讀數為 \(0.06\text{ cm}^{3}\) 。
用高錳酸鉀溶液滴定錐形瓶內的溶液,到達滴定終點時,滴定管的讀數為 \(9.28\text{ cm}^{3}\) 。
試計算該種鐵藥片中硫酸鐵(II)的質量百分含量。
若要計算鐵藥片中硫酸鐵(II)的質量百分含量,便先要計算出藥片中硫酸鐵(II)的質量。而要計算硫酸鐵(II)的質量,則需要先計算出硫酸鐵(II)的摩爾數。
由於 \(1 \text{ mol}\) \(\ce{FeSO4}\) 中含有 \(1 \text{ mol}\) \(\ce{Fe^2+}\),因此,只要計算出 \(\ce{Fe^2+}\) 的摩爾數即可。\(\ce{Fe^2+}\) 的摩爾數,可由 \(\ce{MnO4^- (aq)}\) 與 \(\ce{Fe^2+ (aq)}\) 的滴定實驗結果,計算得出。
題解:
\[\begin{align} \text{\(滴定消耗的 \ce{MnO4^-}\) 的摩爾數} &= 0.00500 \text{ mol dm}^{-3} \times (9.28-0.06) \times 10^{-3} \text{ dm}^{3} \\ & =4.61 \times 10^{-5} \text{ mol} \end{align}\] 由反應式可知, \(\ce{MnO4^- (aq)}\) 與 \(\ce{Fe^2+ (aq)}\) 的摩爾比是 \(1:5\), \[\ce{MnO4^- (aq) + 5Fe^2+ (aq) + 8H^+ (aq) -> Mn^2+ (aq) + 5Fe^3+(aq) + 4H2O (l)}\] 所以,在移取的 \(25.0\text{ cm}^{3}\) 溶液中, \[\begin{align} \ce{Fe^2+} \text{ 的摩爾數} &= 5 \times \ce{MnO4^-} \text{的摩爾數}\\ &= 5 \times 4.61 \times 10^{-5} \text{ mol} \\ & =2.31 \times 10^{-4} \text{ mol} \end{align}\] 由此可知,在 \(250.0\text{ cm}^{3}\) 溶液中, \[\begin{align} \ce{Fe^2+} \text{的摩爾數} &=10 \times 2.31 \times 10^{-4} \text{ mol} \\ & = 2.31 \times 10^{-3} \text{ mol} \end{align}\] 由於 \(1\text{ mol}\) \(\ce{FeSO4}\) 中含有 \(1\text{ mol}\) \(\ce{Fe^2+}\),因此,可計算出 \[\begin{align} \ce{FeSO4} \text{的質量} &= 151.9\text{ g mol}^{-1} \times 2.31 \times 10^{-3}\text{ mol} \\ & =0.351\text{ g} \end{align}\] \[\begin{align} \ce{FeSO4}\text{的質量百分含量} & = \frac{0.351\text{ g}}{0.780\text{ g}}\times 100\% \\ & = 45.0\% \end{align}\]