Acqua ossigenata: titolo in volumi. Esercizi

La concentrazione di una soluzione di acqua ossigenata (Peso molecolare 34.014 g/mol) si esprime in volumi ovvero i litri di ossigeno a STP che si sviluppano da 1.0 L di soluzione di H2O2. Tale metodo di esprimere la concentrazione è diverso dal % volume volume e fa riferimento alla decomposizione del perossido di idrogeno che avviene secondo la reazione:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

Dal rapporto stechiometrico si rileva che dalla decomposizione di  2 moli di perossido di idrogeno  si ottengono 2 moli di acqua e 1 mole di ossigeno molecolare.

La massa di perossido di idrogeno corrispondente a due moli è data da:

massa di acqua ossigenata = 2 mol ∙ 34.014 g/mol = 68.03 g

Da 68.03 g di perossido di idrogeno si ottiene quindi 1 mole di ossigeno che nelle condizioni standard ovvero alla temperatura di 273 K e alla pressione di 1 atm corrisponde a un volume  di 22.4 L (Volume molare in condizioni standard). L’acqua ossigenata, che trova utilizzi in molti campi, fu scoperta nel 1818 dal chimico francese Louis Jacques Thénard.

Esercizi sull’acqua ossigenata

1)     Calcolare la concentrazione in volumi di una soluzione acquosa di acqua ossigenata avente concentrazione molare pari a 1.75 M

Dalla definizione di molarità sappiamo che una tale soluzione contiene 1,75 moli di H2O2 in 1 L di soluzione.

Massa di acqua ossigenata = 1.75 mol ∙ 34.014 g/mol= 59.52 g

Ricordando che da 68.03 g di acqua ossigenata si ottengono 22.4 L di ossigeno si ha:

volume di ossigeno = 22.4 L ∙ 59.52 g/ 68.03 g= 19.6 L

Il rapporto tra il volume di ossigeno prodotto e il volume di soluzione è 19.6 L / 1 L = 19.6 quindi la concentrazione della soluzione corrisponde a 19.6 volumi

2)     Calcolare la concentrazione in volumi di una soluzione acquosa di perossido di idrogeno al 12% (m/V)

Dalla definizione di % m/V sappiamo che una tale soluzione contiene 12 g di H2O2 in 100 mL di soluzione quindi in 1 L di soluzione (= 1000 mL) sono contenuti 120 g di H2O2.

Ricordando che da 68.03 g di acqua ossigenata si ottengono 22.4 L di ossigeno si ha:

volume di ossigeno = 22.4 L ∙ 120 g/ 68.03 g= 39.5 L

Il rapporto tra il volume di ossigeno prodotto e il volume di soluzione è 39.5 L / 1 L = 39.5 quindi la concentrazione della soluzione corrisponde a 39.5 volumi

3)     L’acqua ossigenata viene commercializzata con vari titoli tra cui quella a 24 volumi. Determinare la concentrazione di tale soluzione in g/L

Una concentrazione pari a 24 volumi significa che un 1 L di soluzione sviluppa 24 L di O2 che corrispondono a 24/ 22.4 = 1.07 moli di O2

Moli di acqua ossigenata = 1.07 mol ∙ 2 = 2.14

Massa di acqua ossigenata = 2.14 mol ∙ 34.014 g/mol = 72.8 g

La massa di acqua ossigenata che dà 24 volumi di ossigeno è quindi 72.8 g

La concentrazione espressa in g/L è quindi 72.8 g/L

4)     Calcolare la concentrazione in volumi di una soluzione acquosa di perossido di idrogeno di una soluzione 4.0 N

Dalla definizione di normalità una soluzione 4.0 N di acqua ossigenata contiene 4.0 equivalenti per Litro di soluzione, essendo un equivalente pari al rapporto tra massa di soluto e peso equivalente.

Per calcolare il peso equivalente P.E. di una sostanza si usa la seguente formula:
P.E. = peso molecolare/n

dove n è un numero intero che assume valori diversi in dipendenza della reazione a cui la sostanza partecipa.

Nel caso di una reazione di ossido-riduzione questo numero si calcola esaminando la semireazione bilanciata di ossidazione ( o di riduzione) della sostanza  considerata: n è pari al numero di elettroni persi (o acquistati ) nella semireazione di ossidazione (o di riduzione). Nel caso dell’acqua ossigenata la semireazione da considerare è:

H2O2 → O2 + 2 H+ + 2 e

Pertanto n è uguale a due e quindi il peso equivalente dell’acqua ossigenata è:

P.E. = 34.014/ 2 = 17.0

In una soluzione 4.0 N vi sono quindi 4.0 ∙ 17.0 = 68.0 g di acqua ossigenata.

Ricordando che da 68.03 g di acqua ossigenata si ottengono 22.4 L di ossigeno si ha:

volume di ossigeno = 22.4 L ∙ 68.0 g/ 68.03 g= 22.4 L

Il rapporto tra il volume di ossigeno prodotto e il volume di soluzione è 22.4 L / 1 L = 22.4 quindi la concentrazione della soluzione corrisponde a 22.4 volumi

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