Le titolazioni redox costituiscono un importante metodo di analisi volumetrica quantitativa e, per risolvere gli esercizi relativi, spesso proposti anche nei testi di stechiometria, bisogna conoscere la reazione, bilanciarla e tener presente il rapporto stechiometrico tra le specie.
Analogamente alle titolazioni acido-base, le titolazioni redox consentono di determinare con precisione la concentrazione di un analita.
Esercizi sulle titolazioni redox
1) Un minerale contenete ferro di massa 0.4891 g fu disciolto in HCl e tutto il ferro presente ridotto a ferro (II). Per la titolazione del ferro (II) sono stati necessari 36.92 mL di una soluzione 0.02153 M di K2Cr2O7. Determinare la quantità di ferro presente nel campione espressa come % di Fe2O3.
Le semireazioni che avvengono sono:
Fe2+ → Fe3+ + 1 e–
Cr2O72- + 14 H+ + 6 e– → 2 Cr3+ + 7 H2O
Per bilanciare la reazione è necessario che il numero di elettroni persi sia uguale al numero di elettroni acquistati e pertanto, dopo aver moltiplicato per 5 la prima semireazione e sommato membro a membro, si ha:
6 Fe2+ + Cr2O72- + 14 H+ → 6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H2O
I coefficienti stechiometrici della reazione indicano che il rapporto stechiometrico tra Fe2+ e Cr2O72- è di 6:1 e ciò implica che 6 moli di Fe2+ reagiscono con 1 mole di Cr2O72-.
Le moli di Cr2O72- sono pari a: 0.03692 L ∙ 0.02153 mol/L = 0.0007949
dal rapporto stechiometrico si ha:
moli di Fe2+ = 6 ∙ 0.0007949 = 0.004769
Le moli di Fe2O3 sono quindi pari a 0.004769 / 2=0.002384
La massa di Fe2O3 vale 0.002384 mol ∙ 159.69 g/mol = 0.3808 g
La % di Fe2O3 nel campione è quindi:
% di Fe2O3 = 0.3808 · 100/ 0.4891 = 77.86
2) Per titolare un campione di ossalato di sodio Na2C2O4 impuro di massa 0.5116 g sono stati necessari 35.62 mL di MnO4– 0.04000 M. Determinare la percentuale di ossalato di sodio contenuta nel campione
Le due semireazioni che avvengono sono:
C2O42- → 2 CO2 + 2 e–
MnO4– + 8 H+ + 5 e– → Mn2+ + 4 H2O
Per bilanciare la reazione è necessario che il numero di elettroni persi sia uguale al numero di elettroni acquistati pertanto moltiplichiamo la prima semireazione per 5 e la seconda per 2:
5 C2O42- → 10 CO2 + 10 e–
2 MnO4– + 16 H+ + 10 e– →2 Mn2+ + 8 H2O
Sommiamo membro a membro e semplifichiamo gli elettroni:
5 C2O42- + 2 MnO4– + 16 H+ → 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O
I coefficienti stechiometrici della reazione indicano che il rapporto stechiometrico tra C2O42- e MnO4– è di 5:2
Calcoliamo le moli di MnO4– :
moli di MnO4– = 0.03562 L ∙ 0.04000 mol/L = 0.001425
da cui moli di C2O42- = 0.001425 · 5/2=0.003562
la massa di Na2C2O4 è pari a:
massa di Na2C2O4 = 0.003562 mol ∙ 134.00 g/mol = 0.4773 g
la percentuale di Na2C2O4 contenuta nel campione è:
percentuale di Na2C2O4 = 0.4773 ∙ 100/ 0.5116 = 93.30 %
3) Un volume di 25.00 mL di soluzione contenente ClO– viene diluito a 1000 mL; 25.00 della soluzione diluita sono trattati con un eccesso di KI che riduce ClO– a Cl– e liberando I3–.
Lo ione I3– è stato determinato titolandolo con 8.96 mL di Na2S2O3 0.09892 M. Calcolare la percentuale m/V di NaClO contenuta nella soluzione
Le due reazioni che avvengono sono:
ClO– +3 I– + 2 H+ → Cl– + I3– + 2 H2O
I3– + 2 S2O32- → S4O62- + 3 I–
Le moli di Na2S2O3 sono pari a:
moli di Na2S2O3 = 0.00896 L ∙ 0.09892 mol/L = 8.86 ∙ 10-4
Dal rapporto stechiometrico tra I3– e S2O32- che è di 1:2 si ha:
moli di I3– = 8.86 ∙ 10-4/2= 4.43 · 10-4
Dal rapporto stechiometrico tra ClO– e I3– che è di 1:1
Moli di ClO– = 4.43 ∙ 10-4
Massa di NaClO in 25.0 mL = 4.43 ∙10-4 mol ∙ 74.44 g/mol = 0.0330 g
La massa di NaClO in 1000 mL sono quindi 0.0330 ∙ 1000 /25.0 =1.32 g
Quindi nella soluzione iniziale avente volume di 25.0 mL sono contenuti 1.32 g di NaClO
% m/V = 1.32 ∙ 100/25.0=5.28
4) Si vuole determinare la percentuale di etanolo in un liquore. L'etanolo CH3CH2OH viene ossidato ad acido etanoico CH3COOH con un eccesso di bicromato di potassio K2Cr2O7 che viene ridotto a Cr3+. L'eccesso di bicromato viene titolato con Fe2+ per dare Fe3+ e Cr3+ quali prodotti di reazione.
Un volume di 5.00 mL di liquore vengono diluiti a 500.0 mL e 10.00 mL della soluzione diluita vengono distillati per ottenere l'etanolo che viene raccolto in 50.00 mL di una soluzione acidificata di K2Cr2O7 0.0200 M. L'eccesso di bicromato viene titolato da 21.48 mL di una soluzione 0.1014 M di Fe2+. Calcolare lapercentuale di etanolo contenuta nel liquore esprimendola come % m/V.
La reazione tra Fe2+ e Cr2O72- è:
6 Fe2+ + Cr2O72- + 14 H+ → 6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H2O
Le moli di Fe2+ sono pari a:
moli di Fe2+ = 0.02148 L · 0.1014 mol/L = 0.002178
quindi le moli di Cr2O72- in eccesso sono:
moli di Cr2O72- in eccesso = 0.002178/6=0.0003630
Le moli di bicromato utilizzate sono: 0.0200 mol/L ∙ 0.05000 L = 0.001000
Quindi le moli di bicromato che hanno reagito con l'etanolo sono pari a 0.001000 – 0.0003630 =0.0006370
La reazione tra etanolo e bicromato è:
3 CH3CH2OH + 2 Cr2O72- + 16 H+ → 3 CH3COOH + 4 Cr3+ + 11 H2O
Il rapporto stechiometrico tra etanolo e bicromato è di 3:2
Moli di etanolo = 0.0006370 ∙ 3/2=0.0009555
La massa di etanolo è quindi:
massa di etanolo = 0.0009555 mol ∙ 46.50 g/mol = 0.04443 g
La massa di etanolo calcolata è presente in 10.00 mL della soluzione diluita quindi in 500.0 mL sono contenuti 0.04443 ∙ 500.0 / 10.00= 2.222 g
La massa di 2.222 g è pari a quella contenuta in 5.00 mL di soluzione iniziale pertanto:
% m/V = 2.222 ∙ 100/ 5.00 = 44.4 %
