Titolazioni redox. Esercizi svolti

Le titolazioni redox si basano 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. Come titolanti si usano una specie fortemente ossidanti come il permanganato di potassio, o una specie fortemente riducenti come il tiosolfato di sodio in modo che la reazione sia quantitativa.

Per risolvere gli esercizi relativi alle titolazioni redox bisogna innanzitutto conoscere la reazione bilanciata, poi si deve tenere presente il rapporto stechiometrico tra le specie. Supponiamo di avere la seguente reazione:

2 A + 5 B = 3 C + 4 D

Il rapporto stechiometrico tra A e B è di 2:5 ; ciò significa che 2 moli di A reagiscono con 5 moli di B. Se noi abbiamo  0.0300 moli di A per sapere le moli di B possiamo impostare una proporzione:

2 : 5 = 0.0300 : x

Da cui x = 0.0300 ∙ 5 / 2 = 0.0750

Ovviamente quando si prende pratica non c’è bisogno di impostare la proporzione tuttavia, anche se pedestre, questo è un metodo infallibile

Esercizi svolti sulle titolazioni redox

1)      Lo ione permanganato reagisce con il perossido di idrogeno secondo la reazione

2 MnO₄^– + 5 H₂O₂ + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 O₂ + 8 H₂O

Calcolare:

a)       la concentrazione di H₂O₂ se sono necessari 12.0 mL di una soluzione 0.100 M di KMnO₄  per titolare  25.0 mL di H₂O₂

b)      Il volume di una soluzione 0.100 M di KMnO₄ necessario per titolare 30.0 mL di una soluzione 0.0500 M di H₂O₂

a) Calcoliamo le moli di permanganato: moli di permanganato = M ∙ V = 0.100 mol/L ∙ 0.0120 L = 0.00120

Dai coefficienti stechiometrici della reazione sappiamo che 2 moli di permanganato reagiscono con 5 moli di perossido di idrogeno quindi le moli di perossido di idrogeno che reagiscono con 0.00120 moli di permanganato sono pari a:

moli di perossido di idrogeno = 5 ∙ 0.00120 / 2 =0.00300

la concentrazione del perossido di idrogeno è quindi pari a 0.00300 mol/ 0.0250 L = 0.120 M

b) Calcoliamo le moli di H₂O₂ : moli di perossido di idrogeno = 0.0500 mol/L∙0.0300 L = 0.00150

Le moli di permanganato necessarie sono pari a 0.00150 ∙ 2 / 5 =0.000600

Il volume di permanganato necessario è V = mol/M = 0.000600/ 0.100 = 0.00600 L = 6.00 mL

2)      Lo ione iodato reagisce con lo ione ioduro per dare iodio molecolare secondo la reazione:

IO₃^– + 5 I^– + 6 H⁺ → 3 I₂ + 3 H₂O

Lo iodio molecolare  reagisce con il tiosolfato per dare lo ione tetrationato secondo la reazione:

I₂ + 2 S₂O₃^2- → 2 I^– + S₄O₆^2-

Determinare la concentrazione di una soluzione di tiosolfato se 0.200 g di KIO₃ sono stati necessari per titolare 50.0 mL di una soluzione di tiosolfato.

Le moli di KIO₃ sono pari a 0.200 g/214.001 g/mol= 0.000935

Il rapporto stechiometrico tra lo ione IO₃^– e I₂ è di 1:3

Moli di I₂ ottenute = 0.000935 ∙ 3 =0.00281

Il rapporto stechiometrico tra I₂ e S₂O₃^2- è di 1:2

Moli di S₂O₃^2- = 0.00281 ∙ 2 =0.00562

Concentrazione della soluzione di S₂O₃^2- = 0.00562 mol/ 0.0500 L = 0.112 M

3)      Lo ione permanganato reagisce con lo ione ossalato secondo la reazione:

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

Calcolare la concentrazione della soluzione di permanganato sapendo che 30.0 mL di tale soluzione sono titolati da 25.0 mL di una soluzione 0.0500 M di ossalato di sodio

Moli di ossalato di calcio = M ∙ V = 0.0500 mol/L ∙ 0.0250 L = 0.00125

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

Moli di permanganato titolate = 0.00125 ∙ 2 / 5 = 0.000500

Concentrazione del permanganato = 0.000500 mol/ 0.0300 L = 0.0167 M

4)      Lo ione ferro (II) reagisce con il bicromato secondo la reazione;

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

Assumendo che 1.25 g di K₂Cr₂O₇ vengano sciolti in acqua e si ottengano 250 mL di soluzione e che 20.0 mL di tale soluzione siano necessari a titolare una soluzione di Fe(II) calcolare i grammi di Fe²⁺ presenti in tale soluzione

Le moli di K₂Cr₂O₇ sono pari a 1.25 g / 294.18 g/mol=0.00425

La concentrazione della soluzione di bicromato è pari a 0.00425 mol/ 0.250 L = 0.0170 M

Le moli di bicromato contenute in 20.0 mL di tale soluzione sono pari a: 0.0170 mol/L ∙ 0.0200 L = 0.000340

Il rapporto stechiometrico tra bicromato e ferro (II) è di 1 : 6

Moli di Fe(II) = 0.000340 ∙ 6 = 0.00204

Massa di Fe(II) = 0.00204 mol ∙ 55.847 g/mol = 0.114 g

5)      Lo iodio molecolare reagisce con lo ione S₂O₃^2- per dare ioduro e tetrationato:

I₂ + 2 S₂O₃^2- → 2 I^– + S₄O₆^2-

Lo ione ione ioduro prodotto reagisce con l’ipoclorito secondo la seguente reazione:

ClO^– + 2 I^– + 2 H⁺ → I₂ + Cl^– + H₂O

Determinare la quantità di NaClO in 100 mL di soluzione sapendo che 25.0 mL di una soluzione di ipoclorito di sodio richiedono  20.0 mL di una soluzione 0.100 M di Na₂S₂O₃

Le moli di Na₂S₂O₃ sono pari a 0.100 mol/L ∙ 0.0200 L = 0.00200

Il rapporto tra Na₂S₂O₃ e I^– è di 2:2 ovvero di 1:1 quindi le moli di I^– sono 0.00200

Dalla seconda reazione il rapporto tra ipoclorito e ioduro è di 1:2 quindi le moli di ipoclorito presenti in 25.0 mL sono 0.00200 / 2 = 0.00100

In 100 mL saranno presenti 0.00100 ∙ 100 mL/ 25.0 mL = 0.00400 moli di ipoclorito

La massa di ipoclorito di sodio è quindi pari a 0.00400 mol ∙ 74.44 g/mol = 0.298 g