Esercizi sulle titolazioni redox

Le titolazioni sono un efficace metodo di analisi chimica quantitativa di tipo volumetrico che consentono, nota la concentrazione del titolante e il volume impiegato per il raggiungimento del punto finale di conoscere la concentrazione dell’analita.

Le titolazioni, pur basandosi sullo stesso principio, sono di vari tipi come le titolazioni acido-base, le titolazioni complessometriche, le titolazioni ossidimetriche e quelle per precipitazione.

Sia a livello teorico che a livello pratico ci si imbatte nei calcoli per la determinazione della concentrazione dell’analita.
In linea di massima si consiglia innanzi tutto di bilanciare la reazione e di considerare il rapporto stechiometrico delle specie coinvolte. A titolo di esempio vengono proposti alcuni esercizi.

1)      Lo iodio reagisce con il tiosolfato riducendosi a ioduro e ossidando il tiosolfato a tetrationato. Calcolare la molarità di una soluzione di iodio se per titolare 25.0 cm3 di soluzione sono occorsi 26.5 cm3 di una soluzione di tiosolfato 0.0950 M

La reazione bilanciata è:

2 S2O32- + I2 → S4O62- + 2 I

Le moli presenti in 26.5 cm3 della soluzione di tiosolfato sono:

Moli di S2O32- = 0.0265 dm3 ∙ 0.0950 M = 0.00252

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

Moli di iodio = 0.00252/2= 0.00126

Molarità della soluzione di iodio = 0.00126 mol/0.0250 dm3 =0.0504 M

 

2)      Nella determinazione permanganometrica del ferro (II) si usa quale titolante il permanganato di potassio che riduce il ferro (II) a ferro (III) riducendosi a manganese (II). Una quantità pari a 8.25 g di un sale di ferro (II) è stata sciolta in acqua e portata al volume di 250 cm3. Un’aliquota avente volume 25.0 cm3 è stata titolata da una soluzione di permanganato di potassio 0.0200 M. sono state effettuate tre titolazioni e il volume di titolante è stato: 23.95 cm3, 23.80 cm3 e 23.85 cm3.

Calcolare la quantità di ferro presente in termini percentuali

La reazione bilanciata è:

MnO4 +5 Fe2+ + 8 H+ → Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O

Calcoliamo il volume medio di titolante:
V = 23.95 + 23.80 + 23.85 /3 = 23.87 cm3

Le moli di permanganato utilizzate sono:

moli di MnO4 = 0.02387 dm3 ∙ 0.0200 M = 0.0004773

il rapporto stechiometrico tra permanganato e ferro (II) è di 1:5

moli di Fe2+ in 25.0 cm3 = 5 ∙ 0.0004773 = 0.002387

moli di Fe2+ in 250 cm3 = 0.002387 ∙ 250/25.0=0.02387

massa di ferro = 0.02387 mol ∙ 55.845 g/mol=1.333 g

La percentuale di ferro presente nel campione è quindi:
% Fe = 1.333 x 100/8.25 = 16.1

3)      Un campione impuro di ossido di ferro (III) avente massa 2.83 g viene sciolto in acido cloridrico concentrato e la soluzione viene diluita a 250 cm3. Un’aliquota di 25.0 cm3 di tale soluzione viene trattata con eccesso di cloruro di stagno (II) che riduce il ferro (III) a ferro (II) mentre lo stagno si ossida a stagno (IV). La soluzione di ferro (II) viene titolata con 26.4 cm3 di soluzione di bicromato di potassio 0.0200 M. Calcolare la percentuale di ossido di ferro (III) presente nel campione

Le reazioni coinvolte sono:

Sn2++ 2 Fe3+ → Sn4++ 2 Fe2+

Cr2O72- + 6 Fe2++ 14 H+ → 2 Cr3+ + 6 Fe3++ 7 H2O

Moli di bicromato di potassio = 0.0264 dm3 ∙ 0.0200 M = 0.000528

Il rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) è di 1:6

Moli di ferro (II) = 0.000528 ∙ 6 = 0.00317

Dalla prima reazione il rapporto stechiometrico tra ferro (III) e ferro (II) è di 2:2 ovvero di 1:1

Moli di ferro (III) = 0.00317

Moli di Fe2O3 = 0.00317/2=0.00158

Massa di Fe2O3 = 0.00158 mol ∙ 159.69 g/mol = 0.253 g

La massa di Fe2O3 ricavata è quella presente in 25.0 cm3

Massa di Fe2O3 in 250.0 cm3 = 0.253 ∙ 250/25.0 = 2.53 g

% Fe2O3 = 2.53 x 100/2.83 = 89.4 %

4)      Un campione di 10.0 g di ferro (II) ammonio solfato idrato viene solubilizzato in 250 cm3 di soluzione acidificata. Un’aliquota di 25.0 cm3 è stata titolata con 21.25 cm3 di una soluzione di bicromato di potassio 0.0200 M. Determinare l’acqua di idratazione presente in FeSO4(NH4)2SO4∙ xH2O

La reazione tra ferro (II) e bicromato è:

Cr2O72- + 6 Fe2++ 14 H+ → 2 Cr3+ + 6 Fe3++ 7 H2O

Moli di bicromato = 0.02125 dm3 ∙ 0.0200 M = 0.000425

Il rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) è di 1:6

Moli di ferro(II) in 25.0 cm3 = 0.000435 ∙ 6 = 0.00255 = moli di FeSO4(NH4)2SO4∙ xH2O

moli di FeSO4(NH4)2SO4∙ xH2O in 250 cm3 = 0.00255 ∙ 250/25.0 = 0.0255

Peso molecolare di FeSO4(NH4)2SO4∙ xH2O = 10.0 g/0.0255 mol = 392.2 g/mol

Il peso molecolare di FeSO4(NH4)2SO4 è di 284.1 g/mol

392.2 – 284.1 = 108.1

Ciò implica che in 392.2 g di moli di FeSO4(NH4)2SO4∙ xH2O vi sono 108.1 g di acqua

Moli di acqua = 108.1 g/18.02 g/mol = 6

La formula del composto idrato è quindi moli di FeSO4(NH4)2SO4∙ 6 H2O

5)      Un campione contenente ferro (III) di massa 13.2 g viene solubilizzato in acqua acidificata con acido solforico e ridotto a ferro (II) dallo zinco. La soluzione viene filtrata e portata a un volume di 500 cm3. Un’aliquota di 20.0 cm3 di tale soluzione è stata titolata con 26.5 cm3 di permanganato di potassio 0.0100 M. Determinare la percentuale di ferro (III) presente nel campione

Le reazioni coinvolte sono:

Zn +2 Fe3+ → Zn2+ + 2 Fe2+

MnO4 +5 Fe2+ + 8 H+ → Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O

Moli di permanganato di potassio = 0.0265 dm3 ∙ 0.0100 M = 0.000265

Il rapporto stechiometrico tra permanganato e ferro (II) è di 1:5

Moli di ferro (II) contenute in 20.0 cm3 = 0.000265 ∙ 5 = 0.00133

Moli di ferro (II) contenute in 500 cm3 = 0.00133 ∙ 500/20.0 = 0.0331 = moli di ferro (III) contenute nel campoine

Massa di ferro (III) = 0.0331 mol ∙ 55.845 g/mol =1.85 g

% Fe = 1.85 x 100/ 10.0 = 18.5 %

6)      Il permanganato di potassio ossida lo ione nitrito a nitrato riducendosi a manganese (II). Una soluzione acidificata di permanganato di potassio 0.0250 M avente volume 25.0 cm3 viene titolata con 24.2 cm3 di nitrito di potassio. Calcolare la concentrazione del nitrito di sodio espressa in g/dm3

La reazione bilanciata è:

2 MnO4 + 5 NO2 + 6 H+ → 2 Mn2+ + 5 NO3 + 3 H2O

Moli di permanganato di potassio = 0.0250 dm3 ∙ 0.0250 M =0.000625

Il rapporto stechiometrico tra permanganato e nitrito è di 2:5

Moli di nitrito = 0.000625 ∙ 5 /2 = 0.00156

Massa di nitrito di sodio in 24.3 cm3 = 0.00156 mol ∙ 68.9953 g/mol = 0.108 g

Massa di NaNO2 in 1 dm3 = 1000 cm3 = 0.0108 ∙ 1000/ 24.3 = 4.43 g/dm3

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Author: Chimicamo

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