Nước máy được khử trùng bằng khí chlorine. Một nhóm học sinh tìm cách xác định hàm lượng chlorine trong nước máy. Nhóm học sinh đó tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:

Bước 1: Lấy 200 mL nước máy cần kiểm tra cho vào bình tam giác. Thêm vào đó khoảng 5 mL dung dịch H${}_2$SO${}_4$ 2M để tạo môi trường acid.

Bước 2: Dùng pipette lấy chính xác 10 mL dung dịch muối Mohr cho vào bình tam giác chứa mẫu nước. Lắc nhẹ để chlorine oxi hoá Fe${}^{2+}$ thành Fe${}^{3+}$ theo phản ứng: Cl${}_2$ + 2Fe${}^{2+}$ → 2Cl${}^{-}$ + 2Fe${}^{3+}$ (1)

Bước 3: Thêm 1 – 2 mL dung dịch H${}_3$PO${}_4$ đặc vào để chuyển Fe${}^{3+}$ thành chất không màu. Tiến hành chuẩn độ lượng Fe${}^{2+}$ dư bằng dung dịch chuẩn KMnO${}_4$ 2.10${}^{-3}$ M cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt bền trong khoảng 30 giây. Thể tích dung dịch KMnO${}_4$ trung bình của 3 lần chuẩn độ là V${}_1$ (mL).

Lưu ý: trong điều kiện này KMnO${}_4$ không oxi hoá được Cl${}^{-}$ thành Cl${}_2$.

Bước 4: Lấy 200 mL nước cất (thay cho nước máy) và thực hiện các bước trên, thể tích dung dịch KMnO${}_4$ trung bình của 3 lần chuẩn độ là V${}_2$ (mL).

a) Trong phản ứng (1), Cl${}_2$ là chất oxi hoá và Fe${}^{2+}$ là chất khử.

b) Giả thuyết phù hợp với thí nghiệm trên là: “Chlorine oxi hoá được Fe${}^{2+}$ nên có thể xác định được nồng độ chlorine trong nước thông qua phép chuẩn độ ion Fe${}^{2+}$ dư bằng dung dịch KMnO${}_4$”.

c) Phương trình ion rút gọn của phản ứng chuẩn độ xảy ra ở bước 3 là: MnO${}_4^{-}$(aq) + 5Fe${}^{2+}$(aq) + 8H${}^{+}$(aq) → Mn${}^{2+}$(aq) + 5Fe${}^{3+}$(aq) + 4H${}_2$O(l)

d) Biểu thức xác định hàm lượng chlorine (theo mg/L) trong mẫu nước máy phù hợp với thí nghiệm trên là

$$C_{C{l}_2}(mg/L)=71\times 5\times \frac{(V_2-V_1)}{0,2}$$