Problemi di chimica analitica svolti e commentati
I problemi di chimica analitica sono i più svariati e attengono le determinazioni gravimetriche o volumetriche di alcune specie presenti sia allo stato solido che in soluzione. Sono proposti alcuni problemi di chimica analitica in cui è presente, oltre allo svolgimento, anche la strategia necessaria per ottenere la risposta richiesta. Per risolvere i problemi di chimica analitica bisogna innanzi tutto bilanciare le reazioni eventualmente presenti per determinare i coefficienti stechiometrici
Problemi di chimica analitica
1) Un sale di ferro (II) avente massa 8.25 g è sciolto in acqua e si ottengono 250 cm3 di soluzione. Tre aliquote di tale soluzione ciascuna avente volume di 25.0 cm3 sono titolate con permanganato di potassio 0.0200 M. Le tre titolazioni richiedono rispettivamente 23.95 cm3, 23.80 cm3 e 23.85 cm3 di permanganato. Calcolare la massa di ferro presente nel sale e la sua percentuale.
Per prima cosa si deve scrivere la reazione per conoscere i rapporti tra i coefficienti stechiometrici. La reazione tra ferro (II) e permanganato in ambiente acido è la seguente:
MnO4– + 5 Fe2+ + 8 H+ → Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O
In genere il testo degli esercizi suggeriscono, oltre ai reagenti anche i prodotti della reazione per cui basta solo bilanciare la reazione.
Avere la reazione bilanciata significa conoscere il rapporto in termini di moli delle varie specie: nel nostro caso 1 mole di MnO4– reagisce con 5 moli di Fe2+.
A questo punto conviene calcolare il volume medio di titolante facendo la media aritmetica dei volumi:
volume = 23.95 + 23.80 + 23.85 / 3 = 23.87 cm3
Conoscendo il volume, dopo averlo convertito in dm3, possiamo determinare le moli di MnO4– occorse per la titolazione:
moli di MnO4– = 0.0200 mol/dm3 · 0.02387 dm3 = 0.000477
dal rapporto tra i coefficienti stechiometrici determiniamo le moli di Fe2+ contenute in 25.0 cm3:
moli di Fe2+= 0.000477 ∙ 5 = 0.00239
le moli di Fe2+ contenute in 250 cm3 sono pertanto uguali a:
moli di Fe2+ in 250 cm3 = 0.00239 ∙ 250/ 25.0= 0.0239
La massa di ferro contenuta nel sale è quindi pari a:
massa di ferro = 0.0239 mol ∙ 55.847 g/mol= 1.33 g
La percentuale di ferro contenuta nel campione è data da:
% Fe = 1.33 ∙ 100/ 8.25 =16.1%
2) Una roccia di ematite contenente Fe2O3 di massa 2.83 g è sciolta in acido cloridrico concentrato e la soluzione è diluita fino ad un volume di 250 cm3. Il ferro contenuto in un’aliquota di 25.0 cm3 di tale soluzione è ridotto a Fe2+ da cloruro di stagno (II) che si ossida a Sn4+. Tale soluzione richiede 26.4 cm3 di una soluzione di bicromato di potassio 0.0200 M per la completa ossidazione del ferro (II) a ferro (III). Calcolare la percentuale di ferro (III) e la percentuale di Fe2O3 contenuto nella roccia.
Il ferro contenuto in Fe2O3 ha numero di ossidazione +3 e viene ridotto a Fe2+ nella reazione con lo stagno (II):
2 Fe3+ + Sn2+ → 2 Fe2+ + Sn4+
Lo ione ferro (II) viene ossidato a ferro (III) dal bicromato di potassio secondo la reazione:
Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ → 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O
Le moli di bicromato sono pari a: 0.0264 dm3 ∙ 0.0200 M = 0.000528
Dal rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) che è di 1 : 6 si ha che le moli di Fe2+ contenute in 25.0 cm3 sono pari a: 0.000528 x 6 =0.00317
Le moli di Fe2+ contenute in 250.0 cm3 sono pari a: 0.000528 ∙ 250.0/ 25.0 = 0.0317
che sono uguali alle moli di Fe3+
massa di Fe3+ = 0.0317 mol ∙ 55.847 g/mol = 1.77 g
% Fe (III) = 1.77 ∙ 100/ 2.83 = 62.5 %
Le moli di Fe2O3 sono pari a 0.0317/2 =0.0159
La massa di Fe2O3 è pari a 0.0159 mol ∙ 159.69 g/mol = 2.54 g
% di Fe2O3 = 2.54 ∙ 100/ 2.83 = 89.7 %
3) Un campione impuro di K2Cr2O7 di massa 1.01 g è sciolto in acido solforico diluito fino a un volume di 250.0 cm3. A un’aliquota di 25.0 cm3 di tale soluzione è aggiunto ioduro di potassio. Lo iodio ottenuto è titolato con 20.0 cm3 di una soluzione 0.100 M di tiosolfato di sodio. Calcolare la massa di bicromato e la sua percentuale contenuta nel campione iniziale.
La reazione tra bicromato e ioduro in ambiente acido è:
Cr2O72- + 14 H+ + 6 I– → 2 Cr3+ + 3 I2 + 7 H2O (1)
Lo iodio prodotto da tale reazione è titolato dal tiosolfato secondo la reazione:
2 S2O32- + I2 → S4O62- + 2 I– (2)
Le moli di tiosolfato sono pari a 0.0200 dm3 ∙ 0.100 = 0.00200
Dal rapporto stechiometrico tra tiosolfato e iodio calcoliamo le moli di iodio presenti nell’aliquota di 25.0 cm3:
moli di I2 = 0.00200 /2 = 0.00100
il rapporto stechiometrico tra I2 e I– nella reazione (1) è di 6:3 pertanto le moli di I– sono:
moli di I– = 0.00100 ∙ 6 /3 = 0.00200
il rapporto stechiometrico tra I– e Cr2O72- nella reazione (1) è di 1:6
moli di Cr2O72- = 0.00200/6 = 0.000333
la massa di K2 Cr2O7 presente in 25.0 cm3 è pari a 0.000333 mol ∙ 294.185 g/mol = 0.0980 g
La massa di K2Cr2O7 presente in 250.0 cm3 è pari a 0.0980 ∙ 250.0/ 25.0 = 0.980 g
La percentuale di K2Cr2O7 nel campione è di 0.980∙ 100/1.01 = 97.0 %
