Esercizi di chimica analitica titolazioni (II)
Ago03

Esercizi di chimica analitica titolazioni (II)

Vengono riportati alcuni esercizi tipici della chimica analitica in cui viene determinata quantitativamente il titolo di una specie che seguono quelli proposti nel precedente articolo Esercizi di chimica analitica titolazioni (I) Esercizi La concentrazione di biossido di carbonio presente nell’aria viene determinata tramite retrotitolazione. Un campione di aria viene fatto gorgogliare in una soluzione in cui è presente idrossido di bario in eccesso con conseguente precipitazione del carbonato di bario e l’eccesso di idrossido di bario viene retrotitolato con acido cloridrico. Nell’analisi effettuata 3.50 L di un campione di aria viene fatto gorgogliare in 50.0 mL di una soluzione 0.0200 M di Ba(OH)2. L’eccesso di idrossido di bario viene retrotitolato con 38.58 mL di una soluzione 0.0316 M di HCl. Determinare la concentrazione molare di CO2 Le moli di idrossido di bario sono: moli di Ba(OH)2 = 0.0500 L ∙ 0.0200 M = 0.00100 Le moli di HCl che reagiscono con l’idrossido di bario secondo la reazione: Ba(OH)2 + 2 HCl → BaCl2 + 2 H2O Sono pari a: moli di HCl = 0.03858 L ∙ 0.0316 M= 0.00122 Stante il rapporto stechiometrico tra Ba(OH)2 e HCl che è pari a 1:2 si ha che l’idrossido di bario che ha reagito con HCl è pari a 0.00122/2 = 0.000610 Le moli di idrossido di bario che hanno reagito con il biossido di carbonio secondo la reazione: Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3 + H2O Sono pari a 0.00100 – 0.000610 = 0.000390 Stante il rapporto 1:1 tra Ba(OH)2 e CO2 le moli di CO2 presenti in 3.50 L di aria sono 0.000390 Molarità di CO2 = 0.000390/ 3.50 L = 0.000111 M La concentrazione dello ione cianuro può essere determinata tramite una titolazione complessometrica con Ag+ con formazione dello ione complesso solubile dicianoargentato (I) Ag(CN)2–. Un campione di 5.00 mL di soluzione contenente ione cianuro viene diluito con acqua, alcalinizzato con NaOH e ad esso sono aggiunti di acqua 5 mL di KI al 10% m/V; esso viene etitolato con 17.36 mL di AgNO32012 M e il punto finale viene evidenziato dalla formazione di un precipitato giallo di ioduro di argento. Determinare la concentrazione dello ione cianuro Le moli di AgNO3 sono pari a 0.01736 L ∙ 0.2012 M = 0.003493 La reazione tra ione argento e ione cianuro è: Ag+ + 2 CN– → Ag(CN)2– Stante il rapporto 1:2 le moli di CN– sono 0.003493 ∙ 2 = 0.006986 [CN–] = 0.006986/ 0.00500 L = 1.40 M Un campione di solfato di ferro (II) idrato avente massa 12.18 g viene solubilizzato con una soluzione acquosa acidificata per acido solforico e il volume finale è di 500.0 mL. Un’aliquota di...

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Esercizi di chimica analitica titolazioni (I)
Lug15

Esercizi di chimica analitica titolazioni (I)

Le titolazioni costituiscono un mezzo efficace dell’analisi chimica quantitativa di tipo volumetrico per la determinazione della concentrazione di una specie presente in soluzione. Gli esercizi che vengono proposti in genere non sono puramente accademici ma si incontrano quotidianamente nella pratica di laboratorio. Esercizi Un campione di ematite contenente Fe2O3 avente massa 2.83 g viene solubilizzato in acido cloridrico concentrato e il volume della soluzione portato a 250.0 mL. Un volume di 25.0 mL di questa soluzione viene trattato con cloruro di stagno (II) che riduce il ferro (III) a ferro (II). La soluzione ottenuta viene titolata con 26.4 mL di bicromato di potassio 0.0200 M. Indicare le reazioni coinvolte e calcolare la percentuale di Fe2O3 presente nell’ematite. Unendo la soluzione di cloruro di stagno (II) e ione Fe3+ avviene la reazione: Sn2+(aq)+ 2 Fe3+(aq) → Sn4+(aq)+ 2 Fe2+(aq) Lo ione Fe2+ ottenuto viene ossidato a Fe3+ dal bicromato che si riduce a cromo (III) secondo la reazione: Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 Fe2+(aq) → 2 Cr3+(aq) + 6 Fe3+(aq) + 7 H2O(l) Moli di bicromato = 0.0200 ∙ 0.0264 L = 0.000528 Il rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) è di 1:6 Moli di Fe2+ = 0.000528 ∙ 6 =0.00317 Poiché 1 mole di Fe2O3 contiene 2 moli di ferro (II): Moli di Fe2O3 = 0.00317/2 =0.00158 Massa di Fe2O3 = 0.00158 mol ∙ 159.69 g/mol = 0.253 g Essendo 159.69 la massa molare di Fe2O3 In 25.0 mL della soluzione sono quindi contenuti 0.253 g di Fe2O3. Nella soluzione originaria avente volume 250.0 mL sono quindi contenuti: 0.253 ∙ 250.0/25.0 = 2.53 g di Fe2O3 La percentuale di Fe2O3 nel campione di ematite vale: 2.53 ∙ 100/2.83 = 89.4%   Per determinare la concentrazione di Fe2+ e di Fe3+ contenuti in una soluzione si sono dapprima titolati 25.0 mL con 22.5 mL di una soluzione 0.0200 M di permanganato di potassio e un’altra aliquota di 25.0 mL della soluzione è stata trattata dapprima un riducente in grado di ridurre il ferro (III) a ferro (II) e successivamente titolata con 37.6 mL di permanganato di potassio 0.0200 M. calcolare la concentrazione molare di Fe2+ e di Fe3+ contenuti nella soluzione. Il permanganato ossida il ferro (II)  a ferro (III) riducendosi a Mn2+ secondo la reazione: MnO4–(aq) + 8 H+(aq) + 5 Fe2+(aq) → Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) + 4 H2O(l) Moli di permanganato utilizzati nella prima titolazione = 0.0200 ∙ 0.0225 L = 0.000450 Il rapporto stechiometrico tra permanganato e ferro (II) è di 1:5 quindi: Moli di Fe2+ = 0.000450 ∙ 5 = 0.00225 [Fe2+] = 0.00225/0.0250 L=0.0900 M Nella seconda titolazione viene titolato sia il...

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Salinità dell’acqua di mare
Mag08

Salinità dell’acqua di mare

La composizione dell’acqua di mare è molto complessa ed influenzata da molteplici fattori tra cui le correnti, l’intensità di evaporazione, l’apporto di fiumi, precipitazioni e gli organismi in essa presenti. L’acqua di mare è una soluzione acquosa in cui sono presenti sali, gas disciolti, sostanze organiche e particelle non solubili. Uno dei parametri più importanti per classificare l’acqua di mare è la salinità che è la misura dei sali presenti; la misurazione della salinità, tuttavia, è molto complessa in quanto i sali solubili non solo danno luogo a dissociazione, ma possono reagire con l’acqua per formare ioni complessi e alcuni ioni derivano dall’equilibrio di gas disciolti come il biossido di carbonio che dà luogo alla formazione di acido carbonico, ioni idrogenocarbonato e ioni carbonato. Oltre allo ione sodio e allo ione cloruro nell’acqua di mare sono contenuti, tra gli altri, ioni magnesio, calcio, potassio e solfato. La salinità viene normalmente espressa in parte per mille (ppt) e indicata come ‰: ad esempio se in 1000 g di acqua di mare vi sono 35 g di sali la salinità espressa in ppt è data da: ‰ = 35 ∙ 1000/1000 = 35 Vi sono vari metodi per determinare la salinità di un’acqua di cui alcuni semplici ma imprecisi e altri più complessi che forniscono, tuttavia, un maggior livello di precisione a accuratezza. Tenendo conto che alcune grandezze come la densità, l’indice di rifrazione, la conduttività elettrica, la velocità del suono e la tensione superficiale aumentano quando aumenta la salinità, mentre la temperatura di congelamento, la compressibilità, la solubilità dei gas che non reagiscono e il calore specifico diminuiscono all’aumentare della salinità vi sono molti metodi che possono essere sfruttati per la sua determinazione. L’acqua pura è un cattivo conduttore di elettricità, ma in presenza di ioni disciolti in essa la conducibilità aumenta in modo proporzionale alla quantità degli ioni. La conducibilità elettrica di una soluzione viene misurata mediante un conduttimetro, collegato alla cella conduttimetrica che è costituita da due elettrodi di platino immersi nella soluzione in analisi. Poiché le misure conduttimetriche sono influenzate dalla temperatura il campione da analizzare deve avere una temperatura di circa 20°C così come il campione standard avente generalmente una salinità del 35‰. All’aumentare della temperatura, infatti, aumenta la conduttività e per ogni grado centigrado di aumento i valori della conduttività aumentano tra il 2 e il 4% sia a causa della maggiore mobilità ionica che della maggiore solubilità da parte di sali poco solubili. Altri metodi per la determinazione della salinità consistono nella misurazione della densità o dell’indice di rifrazione sebbene essi diano solo informazioni sulla concentrazione degli ioni totale e non sulla concentrazione di...

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Gravimetria per volatilizzazione
Mag01

Gravimetria per volatilizzazione

Le tecniche gravimetriche per la determinazione quantitativa di un analita sono le più antiche e includono tutti i processi in cui viene misurata una massa o una variazione di massa. Tra le tecniche gravimetriche vi sono quelle per precipitazione che, sebbene garantiscano risultati affidabili, sono state in parte superate in quanto richiedono tempi lunghi e una grande manualità ed esperienza. Nell’ambito delle tecniche gravimetriche vi è la gravimetria per volatilizzazione in cui la specie da analizzare viene sottoposta a decomposizione termica o chimica misurando la variazione della sua massa o, in alternativa, raccogliendo e pesando il prodotto della decomposizione. Per potersi avvalere della gravimetria per volatilizzazione è necessario conoscere i prodotti della reazione di decomposizione, ma mentre ciò non costituisce un problema per i composti organici che abitualmente danno luogo alla formazione di molecole semplici come CO2, H2O e N2, per i composti inorganici i prodotti dipendono frequentemente dalla temperatura di decomposizione. Un metodo per la determinazione dei prodotti di una decomposizione termica consiste nel seguire la massa della specie in funzione della temperatura tramite un’analisi termogravimetrica. Contrariamente alla gravimetria per precipitazione che viene usata raramente come metodo di analisi, la gravimetria per volatilizzazione riveste un ruolo importante in diversi tipi di analisi chimiche come, ad esempio, la determinazione della quantità di sostanze inorganiche presenti in un materiale organico. L’applicazione più importante della gravimetria per volatilizzazione è costituita dall’analisi elementare di composti organici. Ad esempio dalla combustione completa di un idrocarburo si ottengono biossido di carbonio e vapore acqueo. Facendo passare i prodotti della combustione attraverso tubi prepesati contenenti adsorbenti selettivi e misurando l’aumento della massa si ottiene la massa del carbonio e dell’idrogeno presenti nell’idrocarburo di partenza. I metalli alcalino-terrosi presenti nei materiali organici possono essere determinati aggiungendo acido solforico prima si sottoporre il campione alla combustione. Il metallo rimane come residuo solido di solfato metallico dopo la combustione. Gli altri metalli possono essere determinati aggiungendo acido nitrico prima della combustione del materiale organico a seguito della quale rimane come residuo solido l’ossido del metallo. Un esempio tipico di come la gravimetria per volatilizzazione possa essere sfruttata è la determinazione del carbonato acido presente in un campione come una compressa antiacido. Il campione viene pestato e dopo essere stato pesato viene trattato con acido solforico che trasforma il carbonato acido in biossido di carbonio secondo la reazione: NaHCO3 + H2SO4 → CO2 + H2O + NaHSO4 Il biossido di carbonio viene convogliato in un tubo prepesato contenente idrossido di sodio che reagisce con il biossido di carbonio formando carbonato di sodio secondo la reazione: CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O La differenza della massa del tubo...

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Standardizzazione di una soluzione di AgNO3
Apr29

Standardizzazione di una soluzione di AgNO3

Le soluzioni di nitrato di argento a titolo noto vengono largamente usate per l’analisi chimica quantitativa e in particolare nell’ambito delle titolazioni argentometriche per la determinazione dei cloruri tramite il metodo di Mohr e il metodo di Volhard. Il nitrato di argento non è una standard primario sia perché è sensibile alla luce sia perché lo ione argento ridursi ad argento metallico. Per standardizzare una soluzione di AgNO3 è necessario innanzi tutto preparare una soluzione a titolo approssimato. Si supponga che la soluzione desiderata debba essere 0.1 M e che abbia volume di 0.500 L; si devono pesare quindi 0.1 mol/L ∙ 0.500 L = 0.0500 moli di AgNO3 corrispondenti a 0.0500  mol ∙ 169.87 g/mol = 8.5 g circa di nitrato di argento. Solubilizzare il nitrato di argento pesato e travasare in un matraccio da 500 mL aggiungendo acqua distillata portando a volume. Questa soluzione avente titolo approssimato 0.1 M viene standardizzata con NaCl. Il cloruro di sodio viene messo in stufa in modo che venga eliminata eventuale acqua di cristallizzazione fino a costanza di peso. Si prepara una soluzione a titolo noto di NaCl; per preparare 250 mL di NaCl 0.1 M occorrono 0.250 L ∙ 0.1 mol/L = 0.0250 moli corrispondenti a 0.0250 ∙ 58.44 g/mol = 1.46 g Dopo aver pesato con accuratezza il cloruro di sodio che costituisce lo standard primario si diluisce con acqua distillata e si porta a volume in un matraccio da 250 mL. Un volume pari a 25 mL di questa soluzione vengono messi in una beuta da 250 mL e si diluisce con acqua distillata fino a circa 100 mL. Si aggiunge 1 mL di una soluzione di cromato di potassio al 5% come indicatore e si titola con il nitrato di argento fino al viraggio da bianco giallastro a un colore rosso mattone. Calcoli: Si supponga che siano stati pesati 1.470 g di NaCl corrispondenti a 1.470 g/58.44 g/mol=0.02515 moli La concentrazione di NaCl è quindi 0.02515 g/ 0.250 L = 0.1006 M Moli di NaCl in 25 mL = 0.0250 L ∙ 0.1006 M = 0.002515 Si supponga che il volume di nitrato di argento necessario per raggiungere il punto finale sia di 24.6 mL allora ciò implica che la molarità di AgNO3 è pari a 0.002515 mol/ 0.0246 L= 0.102 M Si rammenta che è necessario effettuare almeno 3 titolazioni e determinare il titolo facendo una media. Se una goccia di nitrato di argento finisse sul camice accidentalmente rassegnatevi perché non andrà più via mentre se finisce sulla pelle aspettate la naturale rigenerazione...

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Determinazione del manganese in un acciaio
Apr22

Determinazione del manganese in un acciaio

L’acciaio è una lega ferro-carbonio in cui sono contenute tracce di elementi di transizione come manganese, cromo, nichel e rame. Il manganese comunemente presente nell’acciaio per le sue caratteristiche di desolforante e deossidante con concentrazioni intorno allo 0.3% ma in particolari tipi di acciaio la sua concentrazione aumenta fino a superare l’1%. Tali acciai, detti acciai al Mn conferiscono all’acciaio una maggiore durezza e resistenza all’usura sebbene lo rendano più fragile e quindi la determinazione quantitativa del manganese fornisce informazioni relative al tipo e alla qualità dell’acciaio. La determinazione quantitativa del manganese può essere effettuata con metodi spettroscopici o con metodi volumetrici. Per procedere alla determinazione del manganese per via volumetrica si devono preparare due soluzioni standard: una soluzione standard di permanganato e una soluzione standard di ferro (II) ammonio solfato esaidrato noto come sale di Mohr. La standardizzazione del permanganato avviene con uno standard primario come l’ossalato secondo la reazione: 2 MnO4– + 5 C2O42- + 16 H+ → 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O La standardizzazione dello ione ferro (II) contenuto nel sale di Mohr viene fatta con il permanganato secondo la reazione:  MnO4– + 5 Fe2+ + 8 H+ →  Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O Si procede trattando circa 1 g di acciaio debitamente pesato con una bilancia analitica con 50 mL di HNO3 a concentrazione 4 M fino all’ebollizione in un becker da 250 mL coperto con un vetrino da orologio. Il processo di digestione dura circa un’ora ed è quindi necessario eventualmente aggiungere altro acido nitrico per mantenere il volume intorno ai 50 mL. Successivamente viene aggiunto lentamente 1 g di perossidisolfato di ammonio e si lascia bollire per circa 15 minuti. Durante l’ebollizione il perossidisolfato ossida il carbonio presente secondo la reazione: 2 S2O82- + C + 2 H2O →  4 SO42- + CO2 + 4 H+ Se la soluzione appare rosa o contiene un precipitato scuro si aggiungono 0.1 g di solfito acido di sodio per la presenza di permanganato si riscalda per altri 5 minuti per ridurre a manganese (II) il permanganato eventualmente presente secondo la reazione: 5 HSO3– + 2 MnO4– + H+ → 5 SO42- + 2 Mn2+ + 3 H2O La soluzione viene lasciata raffreddare a temperatura ambiente e successivamente travasata quantitativamente in un pallone tarato da 250 mL e portata a volume. Lo ione Mn2+ viene ossidato a ione MnO42- con un eccesso di bismutato di sodio fin quando la soluzione diventa viola per la presenza di permanganato. Avviene la reazione: 2 Mn2+ + 5 BiO3– +  14 H+→ 2 MnO4– + 5 Bi3+ + 7 H2O Si uniscono 25 mL della soluzione contenente il...

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