Titolazioni ossidimetriche: esercizi svolti

Le titolazioni ossidimetriche sono un tipo di analisi volumetrica  che si basa su una reazione di ossidoriduzione in cui avviene un trasferimento di elettroni tra una specie a concentrazione nota ( agente titolante) e la specie da titolare. Per risolvere esercizi che coinvolgono le titolazioni ossidimetriche si usa la seguente metodologia:

1)  si scrive la reazione bilanciata. Spesso nel testo vengono indicati i prodotti di reazione, ma qualora questi non fossero dati ci si deve avvalere della propria esperienza. In alternativa si possono consultare le tabelle dei potenziali normali di riduzione cercando di individuare le due semireazioni coinvolte.

2) si devono calcolare le moli dell’analita o del titolante

a)  se ne conosciamo la massa si calcolano le moli:  moli = massa / peso molecolare

b) se ne conosciamo il volume e la concentrazione si calcolano le moli:   moli = Volume ∙ molarità).

3) Si stabilisce il rapporto stechiometrico tra i reagenti dai coefficienti stechiometrici presenti nella reazione bilanciata e quindi si determinano le moli dell’altro reagente.

4) note le moli se ne può determinare la massa o la molarità

Esercizi svolti

1)      Per titolare 0.2640 g di ossalato di sodio in ambiente acido per acido solforico  sono stati necessari 30.74 mL di una soluzione di permanganato di potassio. I prodotti di reazione sono Mn(II) e anidride carbonica. Calcolare la concentrazione molare del permanganato di potassio

Le due semireazioni sono:

C₂O₄^2- → 2 CO₂ + 2 e^–   ( semireazione di ossidazione)

MnO₄^– + 8 H⁺ + 5 e^– →  Mn²⁺ + 4 H₂O  ( semireazione di riduzione)

Per bilanciare la reazione si devono moltiplicare le due semireazioni per opportuni numeri in modo tale che gli elettroni persi siano uguali agli elettroni acquistati. In questo caso si moltiplica la prima semireazione per 5 e la seconda semireazione per 2 e si ottiene:

5 C₂O₄^2- → 10 CO₂ + 10 e^–

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

Si somma membro a membro ottenendosi la reazione bilanciata in forma ionica:

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

Le moli di ossalato di sodio sono pari a 0.2640 g / 134.00 g/mol = 0.001970

Il rapporto stechiometrico tra ossalato e permanganato è di 5 : 2 quindi le moli di permanganato sono pari a 0.001970 ∙ 2 / 5 = 0.0007881

La concentrazione molare del permanganato è pari a 0.0007881 mol / 0.03074 L = 0.02564 M

2)      Un campione contenente una quantità di ferro incognita è determinato tramite titolazione ossidimetrica con bicromato di potassio. Il campione è disciolto in H₃PO₄/H₂SO₄ al fine di ridurre tutto il ferro a ferro (II). La soluzione è quindi titolata con K₂Cr₂O₇ 0.01625 M ottenendosi quali prodotti di reazione Fe³⁺ e Cr³⁺. Per titolare 1.2765 g di tale campione sono occorsi 32.26 mL di bicromato di potassio. Determinare la percentuale di ferro nel campione ed inoltre stabilire se il campione è costituito da iodato di ferro (II), fosfato di ferro (II) o acetato di ferro (II).

Le due semireazioni sono:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1 e^–  ( semireazione di ossidazione)

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^– → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O  ( semireazione di riduzione)

Moltiplichiamo la prima semireazione per 6 e sommiamola alla seconda:

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

Le moli di bicromato di potassio sono pari a: 0.01625 mol/L ∙ 0.03226 L = 0.0005242 moli

Il rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) è di 1 : 6 pertanto le moli di ferro sono pari a 6 ∙ 0.0005242 = 0.003145

Per ottenere la massa di ferro moltiplichiamo le moli per il peso atomico:

0.0005242 mol ∙ 55.845 g/mol= 0.1756 g

Il ferro è pertanto contenuto in percentuale pari a 0.1756 ∙100/ 1.2765 = 13.76 %

Per rispondere all’altro quesito bisogna individuare quale dei composti menzionati contiene il 13.76 % di ferro e il solo modo è quello di calcolare la composizione percentuale delle tre specie.

Nello iodato di ferro (II) Fe(IO₃)₂ la percentuale di ferro è pari a 55.845 ∙100 / 405.67 = 13.77 che corrisponde alla percentuale cercata. A riprova la percentuale di ferro in Fe₃(PO₄)₂ è pari a 46.87 mentre nell’acetato di ferro (II) Fe(CH₃COO)₂ è pari a 31.11 %

3)      Un campione di minerale di massa 9.62 g contenente antimonio è disciolto a caldo con HCl e la soluzione è trattata con un riducente in modo che tutto l’antimonio presente si trovi sotto forma di Sb³⁺.  Tale  ione è ossidato a Sb⁵⁺ in ambiente acido da 43.70 mL di KBrO₃ 0.1250 M ottenendosi Br^–quale altro prodotto di reazione, calcolare la quantità di antimonio presente nel campione e la sua percentuale.

Le due semireazioni sono:

Sb³⁺ → Sb⁵⁺ + 2 e^–  (semireazione di ossidazione)

BrO₃^– + 6 H⁺ + 6 e^– → Br^– + 3 H₂O  ( semireazione di riduzione)

Moltiplichiamo per 3 la prima semireazione e sommiamola alla seconda:

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

Le moli di bromato sono pari a: 0.1250 mol/L ∙ 0.04370 L = 0.005463

Il rapporto stechiometrico tra bromato e antimonio (III) è di 1 : 3 quindi le moli di antimonio (III) sono pari a 3 ∙ 0.005463 = 0.01639

La massa di antimonio è pari a 0.01639 mol ∙ 121.760 g/mol = 2.00 g (con 3 cifre significative)

La percentuale di antimonio nel campione è data da 2.00 ∙ 100 / 9.62 = 20.8 %