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 sono proposti in genere non sono puramente accademici ma si incontrano quotidianamente nella pratica di laboratorio. Infatti questo tipo di esercizi, la loro impostazione e la loro soluzione sono frequentemente svolti e risolti quotidianamente.

Esercizi

• Un campione di ematite contenente Fe₂O₃ avente massa 2.83 g è solubilizzato in acido cloridrico concentrato e il volume della soluzione portato a 250.0 mL. Un volume di 25.0 mL di questa soluzione è trattato con cloruro di stagno (II) che riduce il ferro (III) a ferro (II).

La soluzione ottenuta è 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:

Cr₂O₇^2-_(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 è titolato sia il ferro (II) inizialmente presente che il ferro (III) che è stato ridotto a ferro (II)

Moli di permanganato = 0.0200 ∙ 0.0376 L = 0.000752

Moli di Fe²⁺ = 0.000752 ∙ 5 = 0.00376

Le moli di ferro (III) si ottengono per differenza tra quelle determinate nella seconda titolazione e quelle determinate nella prima titolazione:

Moli di Fe³⁺ = 0.00376 – 0.00225 = 0.00151

[Fe³⁺] = 0.00151/0.0250 L = 0.0604 M

• Un campione impuro di bicromato di potassio avente massa 1.01 g è sciolto in acido solforico diluito e la soluzione viene portata a un volume di 250.0 mL. Un'aliquota di questa soluzione del volume di 25.0 mL è trattata con un eccesso di ioduro di potassio che si ossida a iodio riducendo il bicromato a cromo (III). Lo iodio liberato è titolato da 20.0 mL di una soluzione di tiosolfato di sodio 0.100 M che si ossida a tetrationato riducendo lo iodio a ioduro

Calcolare la percentuale di bicromato di potassio contenuto nella soluzione iniziale

La reazione tra bicromato e ioduro è la seguente:

Cr₂O₇^2-_(aq) + 6 I^–_(aq) + 14 H⁺_(aq) → 2 Cr³⁺_(aq) + 3 I_2(aq) + 7 H₂O_(l)

Mentre la reazione tra iodio e tiosolfato è:

2 S₂O₃^2-_(aq) + I_2(aq) → S₄O₆^2-_(aq) + 2 I^–_(aq)

Moli di tiosolfato = 0.100 ∙ 0.0200 L = 0.00200

Il rapporto stechiometrico tra tiosolfato e iodio è di 2:1

Moli di iodio titolate = 0.00200/2 = 0.00100

Ciò implica che dalla prima reazione si sono ottenute 0.00100 moli di iodio

Il rapporto stechiometrico tra bicromato e iodio è di 1:3 quindi:

Moli di bicromato = 0.00100/3=0.000333

Queste moli di bicromato di potassio sono contenute in 25.0 mL di soluzione

Moli di bicromato contenute in 250.0 mL di soluzione = 0.000333 ∙ 250.0/25.0= 0.00333

Massa di bicromato di potassio = 0.00333 mol ∙ 294.185 g/mol = 0.981 g

% di bicromato presente in 1.01 g di campione impuro = 0.981 ∙ 100/1.01 = 97.1 %

Questi sono alcuni degli esercizi tipici relativi alle titolazioni ossidimetriche. Le titolazioni ossidimetriche, insieme a quelle complessometriche e a quelle acido-base costituiscono uno spunto per un numero praticamente illimitato di esercizi

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