Titolazioni di ossidoriduzione. Esercizi svolti

Le titolazioni di ossidoriduzione si basano sulla reazione tra ossidante e un riducente e consentono la determinazione quantitativa  di una sostanza opportunamente trattata. Permanganometria, iodometria, bicromatometria, cerimetria e bromatometria sono le più importanti titolazioni di ossidoriduzione.

Esercizi

1)      0.2640 g di ossalato di sodio in soluzione sono titolati da 30.74 mL di permanganato di potassio in ambiente acido per acido solforico. Il permanganato ossida l’ossalato a biossido di carbonio riducendosi a manganese (II).  Calcolare la concentrazione del permanganato di potassio

Innanzitutto si deve scrivere la reazione e bilanciarla. Le due semireazioni in forma ionica, come suggerito dal testo, sono:

C₂O₄^2- → CO₂

MnO₄^– → Mn²⁺

Bilanciamo con il metodo delle semireazioni:

C₂O₄^2- → 2  CO₂ + 2e^–

MnO₄^– + 8 H⁺ + 5 e^– → Mn²⁺ + 4 H₂O

Moltiplichiamo la prima semireazione per 5 e la seconda per 2:

5 C₂O₄^2- → 10  CO₂ + 10e^–

2 MnO₄^– + 16 H⁺ + 10 e^– → 2 Mn²⁺ + 8 H₂O

Sommiamo membro a membro semplificando gli elettroni:

5 C₂O₄^2- + 2 MnO₄^– + 16 H⁺ → 10  CO₂ + 2 Mn²⁺ + 8 H₂O

Le moli di ossalato di sodio sono pari a:

moli di ossalato di sodio= 0.2640 g/ 134.00 g/mol = 0.001970

il rapporto stechiometrico tra ossalato e permanganato è di 5 : 2

moli di permanganato = 0.001970 ∙ 2 / 5= 0.0007880

La concentrazione del permanganato è quindi pari a: 0.007880 mol / 0.03074 L =0.02563 M

2)      Un campione contenente una  percentuale incognita di ferro (II)  è titolato con bicromato di potassio 0.01625 M. La titolazione richiede 32.26 mL di bicromato per titolare 1.2765 g di campione. Determinare la percentuale di ferro presente sapendo che i prodotti di reazione sono ferro (III) e cromo (III).

Innanzitutto si deve scrivere la reazione e bilanciarla. Le due semireazioni in forma ionica, come suggerito dal testo, sono:

Fe²⁺ = Fe³⁺

Cr₂O₇^2- = Cr³⁺

Bilanciamo con il metodo delle semireazioni:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1 e^–

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^– → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

Moltiplichiamo la prima semireazione per 6, sommiamo membro a membro e semplifichiamo gli elettroni:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 Fe²⁺  → 2 Cr³⁺ + 6 Fe³⁺ + 7 H₂O

Da cui si rileva un rapporto bicromato/ Fe(II) pari a 1:6

Moli di bicromato = 0.01625 mol/L ∙ 0.03266 L = 0.0005243

Da cui le moli di ferro (II) sono pari a 6 ∙ 0.0005243 =0.003146

La massa di ferro nel campione è quindi pari a 0.003146 mol ∙ 55.845 g/mol=  0.1757 g

La percentuale di ferro nel campione è quindi pari a 0.1757 ∙ 100 / 1.2765 = 13.76 %

3)      50.0 mL di una soluzione contenente ioni Fe²⁺ e Fe³⁺ è titolata con 35.0 mL di una soluzione di permanganato di potassio che ossida lo ione Fe²⁺ a Fe³⁺. Un altro campione di 50.0 mL di soluzione è trattato con zinco metallico che riduce tutto lo ione Fe³⁺ a Fe²⁺. La soluzione risultante è poi titolata con 48.0 mL di  permanganato di potassio 0.00280. Calcolare le concentrazioni di Fe²⁺ e Fe³⁺ presenti nella soluzione.

La reazione tra permanganato e ferro (II) è la seguente:

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

Da cui si rileva un rapporto permanganato/ ferro (II) di 1 : 5

Le moli di permanganato sono pari a 0.00280 mol/L ∙ 0.0350 L = 0.0000980

Pertanto le moli di Fe(II) sono pari a 0.0000980 ∙ 5 = 0.000490

Le moli di permanganato usate nella seconda titolazione sono pari a 0.00280 mol/L ∙ 0.0480 L = 0.000134

Quelle di ferro (ovvero moli di Fe²⁺ + moli di Fe³⁺) sono pari a 5 ∙ 0.000134 = 0.000672

Le moli di Fe³⁺ possono essere ricavate per differenza: 0.000672 – 0.000490 = 0.000182 pertanto la concentrazione di Fe³⁺ è pari a 0.000182 / 0.050 L = 0.00364 M

La concentrazione di Fe²⁺ è data da: 0.000490 / 0.050 L = 0.00980 M

4)      L’antimonio presente in un campione è determinato con una titolazione usando un opportuno agente ossidante. Un campione avente massa pari a 9.62 g contenente antimonio è disciolto a caldo con HCl concentrato e trattato con un agente riducente che trasforma tutto l’antimonio presente come Sb³⁺. Quest’ultimo è titolato con 43.70 mL di una soluzione 0.1250 M di KBrO₃. Calcolare la quantità di antimonio presente nel campione e la sua percentuale sapendo che l’antimonio è ossidato ad antimonio (V) e il bromo presente nel bromato di potassio avente numero di ossidazione + 5 è ridotto a ione bromuro.

Innanzitutto si deve scrivere la reazione e bilanciarla. Le due semireazioni in forma ionica, come suggerito dal testo, sono:

Sb³⁺ → Sb⁵⁺

BrO₃^– → Br^–

Bilanciamo con il metodo delle semireazioni:

Sb³⁺ → Sb⁵⁺  + 2 e^–

BrO₃^– + 6 H⁺ + 6 e^–  → Br^–  + 3 H₂O

Moltiplichiamo la prima semireazione per 3, sommiamo membro a membro e semplifichiamo gli elettroni:

BrO₃^– + 6 H⁺ + 3  Sb³⁺  → Br^–  + 3 Sb⁵⁺  + 3 H₂O

Da cui si rileva un rapporto bromato / antimonio (III) di 1:3

Moli di bromato = 0.1250 mol/L ∙ 0.04370 L = 0.005463

Le moli di antimonio (III) sono pertanto 0.005463 ∙ 3 = 0.01639

La massa di antimonio è 0.01639 mol ∙ 121.760 g/mol = 1.995 g

La percentuale di antimonio presente nel campione è pari a 1.995 ∙ 100/ 9.62 = 20.7 %