Retrotitolazione: esempi, esercizi svolti e commentati

Una retrotitolazione è un metodo di titolazione in cui la concentrazione  di un analita è determinata facendolo reagire con una quantità nota di reagente in eccesso. Il reagente in eccesso rimanente è quindi titolato con un altro secondo reagente. Una retrotitolazione è utilizzata quando il punto finale di una titolazione è individuato con difficoltà.

Tipici esempi in cui è utilizzata una retrotitolazione

• titolazione acido debole-base debole
• presenza di un reagente volatile come l’ammoniaca
• acido o base poco solubile come il carbonato di calcio

Esercizi

1) Un campione di carbonato di potassio di massa 0.6000  g viene solubilizzato in acqua fino ad ottenere una soluzione avente volume 200.0 mL.

A un’aliquota di tale soluzione di volume pari a 20.00 mL vengono aggiunti 20.00 mL di HCl 0.1700 M.

La soluzione risultante viene retrotitolata con NaOH 0.1048 M

Calcolare il volume di NaOH necessario

Le moli di K₂CO₃ disciolte in 200.0 mL sono pari a 0.6000 g/138.2055 g/mol =0.004341

Quindi in 20.00 mL sono contenute 0.004341 · 20.00/200.0 =0.0004341 moli

Il carbonato di potassio reagisce con HCl secondo la reazione

K₂CO₃ + 2 HCl = 2 KCl + H₂O+ CO₂

Il rapporto tra carbonato di potassio e HCl è di 1:2 pertanto richiedono 0.0004341 x 2 = 0.0008682 moli di HCl

Le moli di HCl adoperate sono pari a 0.02000 L · 0.1700 M = 0.003400

Risulteranno quindi in eccesso 0.003400 – 0.0008682 = 0.002532 moli di HCl che richiedono altrettante moli di NaOH per essere titolate. Infatti il rapporto stechiometrico tra HCl e NaOH è di 1:1 secondo la reazione:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Il volume di NaOH necessario per retrotitolare l’eccesso di HCl è quindi:
V = 0.002532/0.1048 = 0.02416 L  ovvero 24.26 mL

2)  Un campione di M₂CO₃ di massa 0.6181 g è solubilizzato in acqua fino ad ottenere una soluzione avente volume 100.0 mL.

A un’aliquota di tale soluzione di volume pari a 10.00 mL vengono aggiunti 25.00 mL di HCl 0.1842 M.

La soluzione risultante viene retrotitolata con 19.90 mL di NaOH 0.1473 M. Individuare il metallo M

Il carbonato del metallo reagisce con HCl secondo la reazione

M₂CO₃ + 2 HCl = 2 MCl + H₂O+ CO₂

Le moli di HCl adoperate sono pari a 0.02500 L · 0.1842 M =0.004605

Quelle di NaOH occorse per neutralizzare l’eccesso di HCl  sono pari a 0.01990 L · 0.1473 M = 0.002931

Le moli di HCl che hanno reagito con M₂CO₃ sono quindi 0.004605 – 0.002931  =0.001674

Il rapporto tra M₂CO₃ e HCl è di 1:2

Quindi le moli di M₂CO₃ presenti in 10.00 mL di soluzione sono 0.001674/2 =0.0008370

Le moli di M₂CO₃ presenti in 100.00 mL di soluzione sono 0.0008370  · 100.00/10.00 = 0.008370

Il peso molecolare di M₂CO₃ vale 0.6181 g/0.008370 =73.847 g/mol

Detto x il peso atomico di M si ha

2x + 12.011 + 3( 15.999) = 73.847

2x = 13.839

Da cui x = 6.92 che corrisponde al litio

3) Un campione di Fe(OH)_n di massa 1.0101 g viene mescolato a 20.00 mL di HCl 2.000 M e diluito con acqua fino a raggiungere il volume di 200.0 mL.

Un’aliquota di 25.00 mL di tale soluzione viene titolata con 14.56 mL di KOH 0.1000 M.

Determinare il valore di n

Le moli di HCl contenute in 200.0 mL di soluzione sono pari a 0.02000 L · 2.000 M = 0.04000

Quindi le moli di HCl contenute in 25.00 mL di soluzione sono 0.04000 · 25.00/ 200.0 =0.005000

Le moli di KOH sono pari a 0.01456 L · 0.1000 M = 0.001456

Pertanto le  moli di HCl occorse per reagire con Fe(OH)_n sono 0.005000 – 0.001456 = 0.003544

Le moli di HCl occorse per reagire con Fe(OH)_n  in 200.0 mL sono 0.003544 · 200.0 / 25.00 = 0.02835

Il ferro ha due numeri di ossidazione ovvero +2 e +3 quindi forma due idrossidi: Fe(OH)₂  (PM = 89.86) e Fe(OH)₃  (PM = 106.867)

Le due possibile reazioni sono:
Fe(OH)₂ + 2 HCl = FeCl₂ + 2 H₂O

Fe(OH)₃ + 3 HCl = FeCl₃ + 3 H₂O

Nel primo caso le moli di Fe(OH)₂ sono 0.02835/2 =0.01418

Il peso molecolare di Fe(OH)₂ deve valere 1.0101 g/ 0.01418 mol = 71.25 ben diverso da quello reale

Nel secondo caso le moli di Fe(OH)₃ sono 0.02835/3 = 0.009450 e il peso molecolare deve valere

1.0101 g/ 0.009450 = 106.9 g/mol che corrisponde a quello reale

Quindi n = 3

4)  Per determinare la concentrazione di una soluzione di ammoniaca commerciale sono stati prelevati 25.00 mL di tale soluzione e diluiti fino a 250.0 mL e uniti a 50.00 mL di HCl 0.1000 M.

L’eccesso di HCl è stato titolato con 21.50 mL di Na₂CO₃ 0.05000 M.

Calcolare la concentrazione di ammoniaca

Le moli di carbonato di sodio sono pari a 0.02150 L · 0.05000 L =0.001075

Dalla reazione:

Na₂CO₃ + 2 HCl = 2 NaCl + H₂O+ CO₂

Si ha che le moli di HCl necessarie a reagire con il carbonato di sodio sono 0.001075 x 2 = 0.002150

Le moli di HCl aggiunte sono 0.05000 L · 0.1000 M = 0.005000

Quindi le moli di HCl che hanno reagito con l’ammoniaca sono 0.00500 – 0.002150 =0.002850

Dalla reazione

NH₃ + HCl = NH₄Cl

In cui il rapporto tra ammoniaca e HCl è di 1:1 si ha che le moli di NH₃ sono 0.002850 quindi la concentrazione di NH₃ vale 0.002850/ 0.02500 L=0.1140 M

5) Un campione avente massa 0.1250 g contiene carbonato di calcio. Per calcolare la massa di carbonato di calcio presente nel campione esso è  trattato con 50.00 mL di HCl 0.2000 M.

L’eccesso di HCl è  titolato con 32.12 mL di NaOH 0.2500 M

Si calcoli la quantità di carbonato di calcio  presente nel campione

Le moli di NaOH sono pari a 0.03212 L · 0.2500 M=0.008030

Le moli di HCl sono pari a 0.05000 L · 0.2000 M = 0.01000

Quindi le moli di HCl che hanno reagito con CaCO₃ secondo la reazione

CaCO₃ + 2 HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂

Sono pari a 0.01000 – 0.008030 =0.001970

Il rapporto tra carbonato di calcio e HCl è di 1:2 quindi le moli di carbonato di calcio sono pari a 0.001970/2 = 0.0009850

La massa di carbonato di calcio presente nel campione è quindi pari a 0.0009850 mol · 100.09 g/mol = 0.09859 g