有關氧化還原滴定─過錳酸鉀滴定法的幾個問題 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com  前言       在進行氧化還原滴定_過錳酸鉀滴定法時，為何配製的過錳酸鉀溶液需經過標定？又為何進行標定時，是將待確定濃度的過錳酸鉀溶液滴入已知濃度的草酸鈉溶液以進行標定，而不是將草酸鈉溶液滴入過錳酸鉀溶液中？在進行標定的過程中，有時會見到溶液先是呈現淡棕色，隨後才褪去，是因為加入的硫酸使溶液呈酸性的濃度不夠嗎？以上三個問題是有些細心的學生會提出的問題，本人也曾經接到高中化學教師們的詢問。本文試著說明以上三個問題為有這些疑惑的學生們與教師們解惑。在文章末段，本人提供自己在氧化還原滴定_過錳酸鉀法所開發的示範實驗供各位教師參考，以幫助學生們在這個學習單元能有更好的學習成果。 為何配製的過錳酸鉀溶液需經過標定？ 過錳酸鉀（KMnO4）是深紫色晶體，照光或加熱時容易分解，其反應如式[1]所示： 2KMnO4(s)→K2MnO4(s)+ MnO2(s) + O2(g)    [1] 因此配製過錳酸鉀溶液時，常會看到溶液底部會有難溶的顆粒，這就是式[1]中的MnO2，也由此可知，配製出來的過錳酸鉀溶液的濃度一定會有誤差，因此需要進行標定（standardization），以得到其正確的濃度。 為何進行標定時，是將過錳酸鉀溶液滴入草酸溶液以進行標定，而不是將草酸溶液滴入過錳酸鉀溶液中？ 在進行酸鹼滴定時，一般而言是以已知濃度的酸（或鹼）滴入未知濃度的鹼（或酸），加入適當的指示劑以得到滴定終點，並據以求得未知濃度的鹼（或酸）之濃度。但是在氧化還原滴定–過錳酸鉀法中，是將待確定濃度的過錳酸鉀溶液滴入草酸鈉溶液中以進行標定並求得過錳酸鉀溶液的濃度，這個操作程序造成部分學生與教師的困惑，以下將解釋如此操作的原因。 在酸性溶液中，將過錳酸鉀溶液滴入草酸鈉溶液中，其最終產物為Mn2+，其反應如式[2]所示： 2MnO4−(aq) +8H+(aq) + 5C2O42−(aq)→2Mn2+(aq) + 10CO2(g) +4H2O(l)    [2] 當草酸鈉完全反應時，溶液中存在的是淡粉紅但近乎無色的Mn2+，再多加1滴過錳酸鉀溶液，溶液將呈現淡紫色，表示已達滴定終點，可將滴定結果代入式[2]，求得過錳酸鉀溶液的濃度。若將草酸鈉溶液滴入過錳酸鉀溶液中，反應生成的Mn2+會與MnO4−再度發生反應，使其最終產物為MnO2，其反應如式[3]所示： 3Mn2+(aq) + 2MnO4−(aq) +2H2O(l) →5MnO2(s) + 4H+(aq)    [3] 此時溶液呈棕色，有時甚至會出現二氧化錳的沉澱。圖1的燒杯A為濃度較低的過錳酸鉀溶液與硫代硫酸鈉溶液反應，可看到溶液呈棕色；燒杯B則為濃度較高的過錳酸鉀溶液與硫代硫酸鈉溶液反應，可看到深棕色沉澱物；燒杯C是燒杯B的近照，可明顯看到沉澱物。這個反應發生時，我們將無法確定過錳酸鉀有多少與草酸鈉反應，又有多少是與Mn2+反應，也就是這個定量實驗的操作方式是不正確的，這就是為什麼過錳酸鉀溶液的標定必須將過錳酸鉀溶液滴入酸化的草酸鈉溶液。 圖1：過錳酸鉀溶液與草酸鈉溶液反應 在進行標定的過程中，有時會見到溶液先是呈現淡棕色，隨後才褪去，是因為加入的硫酸使溶液呈強酸性的濃度不夠嗎？ 為了回答這個問題，本人特地在實驗室進行各種測試，以普通化學原理之實驗手冊（Laboratory Manualfor Principles of General Chemistry）為實驗基準，實驗步驟與結果如下： 1. 配製待標定的0.020M過錳酸鉀溶液。 2. 計算與15mL 0.020 M過錳酸鉀溶液反應所需的草酸鈉大約質量，精確秤量至0.001g。 3. 以50mL 0.9 M的硫酸溶解草酸鈉。 4. 將酸化後的草酸鈉溶液加熱至60℃，向草酸鈉溶液慢慢加入過錳酸鉀溶液，持續搖盪錐形瓶，使過錳酸鉀滴定液褪色。當滴入過錳酸鉀滴定液一滴後，溶液不再褪色且呈現的淡紫色最少持續30秒，停止滴定並讀取滴定管讀數。 […]