Permanganometrie von Oxalsäure und Wasserstoffperoxid
Wie Permanganat in schwefelsaurer Lösung Oxalsäure zu Kohlendioxid und Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff oxidiert und wie man daraus die Stöchiometrie ableitet.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Permanganometrie von Oxalsäure und Wasserstoffperoxid ist eine direkte Redoxtitration in schwefelsaurer Lösung, bei der Permanganat zu \(\ce{Mn^2+}\) reduziert wird.
- Oxalsäure wird zu \(\ce{CO2}\) oxidiert und gibt je Molekül 2 Elektronen ab, Permanganat nimmt 5 Elektronen auf.
- Permanganat reagiert mit Oxalsäure im Verhältnis 2 : 5: \(\ce{2 MnO4- + 5 H2C2O4 + 6 H+ -> 2 Mn^2+ + 10 CO2 + 8 H2O}\).
- Oxalat hat die Äquivalentzahl 2; für freie Oxalat-Ionen braucht die Gleichung 16 \(\ce{H+}\).
- \(\ce{H2O2}\) wirkt gegenüber Permanganat als Reduktionsmittel und wird zu \(\ce{O2}\) oxidiert: \(\ce{2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ -> 2 Mn^2+ + 5 O2 + 8 H2O}\).
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Worum es geht
Oxalsäure und Wasserstoffperoxid sind zwei klassische Reduktionsmittel, die man direkt mit Kaliumpermanganat titriert. In beiden Fällen nimmt Permanganat 5 Elektronen auf, während der Analyt 2 Elektronen abgibt. Daraus folgt dasselbe Verhältnis 2 : 5, das man für jede Gehaltsberechnung braucht.
Oxalsäure und Oxalat
Kaliumpermanganat oxidiert Oxalsäure in schwefelsaurer Lösung vollständig zu Kohlendioxid. Permanganat wird dabei zu \(\ce{Mn^2+}\) reduziert, wie bei der Permanganometrie von Eisen(II). Oxalsäure ist also das Reduktionsmittel und wird oxidiert.
Die Oxidationszahlen erklären das Verhältnis. Jedes Kohlenstoffatom steigt von +3 auf +4. Ein Molekül Oxalsäure mit zwei C-Atomen gibt daher 2 Elektronen ab. Mangan fällt von +7 auf +2 und nimmt 5 Elektronen auf. Zum Ausgleich auf 10 Elektronen braucht man fünf Oxalsäuremoleküle und zwei Permanganat-Ionen.
Die beiden Halbreaktionen lauten:
\[\ce{H2C2O4 -> 2 CO2 + 2 H+ + 2 e-}\]
\[\ce{MnO4- + 8 H+ + 5 e- -> Mn^2+ + 4 H2O}\]
Mit den Faktoren 5 und 2 ergibt sich die Gesamtgleichung:
\[\ce{2 MnO4- + 5 H2C2O4 + 6 H+ -> 2 Mn^2+ + 10 CO2 + 8 H2O}\]
Schreibt man die Protonen als \(\ce{H3O+}\), stehen links 6 \(\ce{H3O+}\) und rechts 14 \(\ce{H2O}\). Titriert man Oxalat-Ionen, etwa aus Natriumoxalat, fehlen die beiden Säureprotonen. Die Lösung muss sie liefern:
\[\ce{2 MnO4- + 5 C2O4^2- + 16 H+ -> 2 Mn^2+ + 10 CO2 + 8 H2O}\]
Die Äquivalentzahl ist die Zahl der übertragenen Elektronen je Teilchen: Oxalat 2, Permanganat 5.
Ein Rechenbeispiel: Eine Probe verbraucht 20,0 mL Kaliumpermanganat-Lösung mit 0,02 mol/L. Das sind 0,40 mmol \(\ce{MnO4-}\). Mal 5/2 ergibt 1,00 mmol Oxalsäure, also 90,0 mg (\(M\) = 90,04 g/mol). Wie Natriumoxalat zum Einstellen der Maßlösung dient, steht bei den Urtitern für Redoxmaßlösungen.
Das Verhältnis Permanganat : Oxalsäure = 2 : 5 wird im Examen gerne gefragt. Achte auf die Reihenfolge der Zahlen und darauf, dass Oxalsäure zu \(\ce{CO2}\) oxidiert wird.
Wasserstoffperoxid
Wasserstoffperoxid kennt man meist als Oxidationsmittel. Gegenüber dem stärkeren Permanganat wirkt es aber als Reduktionsmittel. Es wird in schwefelsaurer Lösung oxidiert. Sauerstoff steigt dabei von −1 auf 0. Bei zwei O-Atomen gibt ein Molekül also 2 Elektronen ab.
\[\ce{H2O2 -> O2 + 2 H+ + 2 e-}\]
Das Produkt ist Sauerstoff, der als Gas entweicht. Wasser entstünde nur, wenn \(\ce{H2O2}\) reduziert würde. Diese Richtung solltest du sicher können, denn hier ist Permanganat der Elektronenempfänger. Wieder gleichen 5 Moleküle \(\ce{H2O2}\) die Elektronen von 2 Permanganat-Ionen aus:
\[\ce{2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ -> 2 Mn^2+ + 5 O2 + 8 H2O}\]
Mit Oxonium-Ionen formuliert lautet dieselbe Reaktion:
\[\ce{2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H3O+ -> 2 Mn^2+ + 5 O2 + 14 H2O}\]
Für die Auswertung gilt: 1 mL Permanganat-Lösung mit 0,02 mol/L enthält 0,02 mmol \(\ce{MnO4-}\). Das entspricht 0,05 mmol \(\ce{H2O2}\), also 1,701 mg (\(M\) = 34,01 g/mol).
Quiz
Aussage 1
Bei der permanganometrischen Gehaltsbestimmung wird Wasserstoffperoxid zu Wasser reduziert.
\(\ce{H2O2}\) ist hier das Reduktionsmittel und wird unter Abgabe von 2 Elektronen zu \(\ce{O2}\) oxidiert.
Aussage 2
In schwefelsaurer Lösung setzen sich 2 mol Permanganat mit 5 mol Oxalsäure um.
Oxalsäure gibt 2, Permanganat nimmt 5 Elektronen auf. Der Ausgleich auf 10 Elektronen ergibt 2 : 5.
Aussage 3
Natriumoxalat hat bei der Titration mit Permanganat im Sauren die Äquivalentzahl 5.
Ein Oxalat-Ion gibt bei der Oxidation zu \(\ce{CO2}\) 2 Elektronen ab, die Äquivalentzahl ist also 2. Die 5 gilt für Permanganat.
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