철의 정량분석. Fe3O4를 포함한 철광석 0.8040 g의 시료

철의 정량분석. Fe3O4를 포함한 철광석 0.8040 g의 시료

 

 

Fe3O4를 포함한 철광석 0.8040 g의 시료를 산에 용해시키고, 모든 철을 Fe^2+로 환원시켰다. 이 용액을 H2SO4로 산성화하고, 철을 Fe^3+로 산화시키는 0.02242 M KMnO4로 적정하였더니 47.22 mL가 소모되었다. 이 반응의 알짜 이온 반응식은 다음과 같다.

5Fe^2+(aq) + MnO4^-(aq) + 8H^+(aq) → 5Fe^3+(aq) + Mn^2+(aq) + 4H2O(l)

 

a) 광석에 들어있는 철의 질량 백분율은 얼마인가?

b) 광석에 들어있는 Fe3O4의 질량 백분율은 얼마인가?

 

 

A 0.8040 g sample of an iron ore is dissolved in acid. The iron is then reduced to Fe^2+ and titrated with 47.22 mL of 0.02242 M KMnO4 solution.

Calculate the results of this analysis in term of % Fe (55.845 g/mol) and % Fe3O4 (231.53 g/mol).

 

5Fe^2+ + MnO4^- + 8H^+ → 5Fe^3+ + Mn^2+ + 4H2O

 

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적정에 소비된 MnO4^-의 몰수를 계산하면,

(0.02242 mmol/mL) × 47.22 mL = 1.0586724 mmol MnO4^-

( 계산 설명 http://ywpop.tistory.com/7787 )

 

 

Fe^2+ : MnO4^- = 5 : 1 계수비(몰수비) 이므로,

1.0586724 mmol MnO4^-와 반응한 Fe^2+의 몰수를 계산하면,

Fe^2+ : MnO4^- = 5 : 1 = ? : 1.0586724

? = 5 × 1.0586724 = 5.293362 mmol Fe^2+

 

 

Fe의 몰질량 = 55.845 g/mol 이므로,

몰수를 질량으로 환산하면,

5.293362 mmol × (55.845 mg/mmol)

= 295.6078 mg = 0.2956078 g Fe^2+

( 계산 설명 http://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

시료에 포함된 Fe^2+의 질량 백분율을 계산하면,

(0.2956078 g / 0.8040 g) × 100 = 36.77% Fe^2+

 

 

1 mol Fe3O4는 3 mol Fe를 포함하므로,

5 mol Fe^2+를 포함하는 Fe3O4의 몰수를 계산하면,

5 mol Fe^2+ × (1 mol Fe3O4 / 3 mol Fe) = (5/3) mol Fe3O4

즉, 5 mol Fe^2+ ≡ (5/3) mol Fe3O4

 

 

Fe^2+ : MnO4^- = 5 : 1 계수비(몰수비) 이므로,

1 mol MnO4^-와 반응하는 Fe3O4의 몰수는 (5/3) mol.

 

즉, Fe3O4 : MnO4^- = (5/3) : 1 계수비(몰수비) 이므로,

1.0586724 mmol MnO4^-와 반응하는 Fe3O4의 몰수를 계산하면,

Fe3O4 : MnO4^- = (5/3) : 1 = ? : 1.0586724

? = 1.0586724 × (5/3) = 1.764454 mmol Fe3O4

 

 

Fe3O4의 몰질량 = 231.53 g/mol 이므로,

몰수를 질량으로 환산하면,

1.764454 mmol × (231.53 mg/mmol)

= 408.524 mg = 0.408524 g Fe3O4

 

 

시료에 포함된 Fe3O4의 질량 백분율을 계산하면,

(0.408524 g / 0.8040 g) × 100 = 50.81% Fe3O4

 

 

답: 36.77% Fe^2+, 50.81% Fe3O4

 

 

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[ 관련 예제 ] 위 문제를 풀 수 있다면, 다음과 같은 예제도 계산 가능하다.
 

A sample of iron ore weighing 0.7545 g is dissolved in acid and all the iron is completely converted to Fe^2+ ions. This solution is titrated with 0.0400 M KMnO4, and 31.96 mL of the permanganate solution are required to reach the end point in the titration.
a) How many millimoles of Fe^2+ were titrated?
b) What was the percentage of iron in the iron ore?