Esercizi sulle titolazioni di livello difficile

Spesso gli esercizi proposti sulle titolazioni spaziano oltre richiedendo altri calcoli derivanti da contenuti precedenti che vanno opportunamente vagliati

Esercizi sulle titolazioni

1)      Un campione di 0.3017 g di un acido diprotico avente peso molecolare di 126.07 g/mol dopo dissoluzione in acqua è  titolato con 37.26 mL di NaOH.

24.05 mL della stessa soluzione di NaOH  sono stati adoperati per titolare 0.2506 g di un acido monoprotico. Calcolare il peso molecolare di tale acido

Per rispondere a tale quesito dobbiamo innanzi tutto determinare la concentrazione di NaOH che sappiamo è stato usato per titolare 0.3017 g dell’acido diprotico.

Le moli di acido diprotico sono pari a:

Moli di acido diprotico = 0.3017 g/ 126.07 g/mol = 0.002393

La reazione che avviene tra l’acido diprotico che per semplicità denotiamo con H₂A e NaOH è la seguente:

H₂A + 2 NaOH → Na₂A+ 2 H₂O

Pertanto le moli di NaOH occorse per la titolazione sono il doppio rispetto a quelle di H₂A stante il rapporto stechiometrico di 1:2

Moli di NaOH = 2 ∙ 0.002393 =0.004786

La concentrazione della soluzione di NaOH è quindi:

M = 0.004786 mol/ 0.03726 L = 0.1284

Calcoliamo ora le moli di NaOH che hanno titolato l’acido monoprotico:

Moli di NaOH = 0.1284 mol/L ∙ 0.02405 L = 0.003089

Il rapporto stechiometrico tra NaOH e un acido monoprotico detto HA è di 1:1 stante la reazione di neutralizzazione:

HA + NaOH → NaA + H₂O

Le moli di HA sono quindi uguali a quelle di NaOH occorse per la titolazione ovvero 0.003089.

Il peso molecolare di HA è quindi:
PM = 0.2506 g / 0.003089 mol = 81.13 g/mol

2)      Per trovare la concentrazione massa/massa di una soluzione di acido solforico sono  messi in 100.0 g di tale soluzione 7.00 g di marmo che si assume costituito esclusivamente da carbonato di calcio. Dopo che è avvenuta la reazione il pezzo di marmo restante è   rimosso dalla soluzione e asciugato e il suo peso è  2.20 g. Calcolare  il % massa/massa dell’acido

Il carbonato di calcio che ha reagito con l’acido solforico è pari a 7.00 – 2.20  = 4.80 g

La moli di carbonato di calcio corrispondenti sono quindi 4.80 g/ 100.09 g/mol = 0.04796

La reazione tra carbonato di calcio e acido solforico è:
CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂

Quindi il rapporto stechiometrico tra il carbonato di calcio e l’acido solforico è di 1:1 pertanto le moli di acido solforico sono uguali a quelle di carbonato di calcio ovvero 0.04796

Massa di acido solforico = 0.04796 mol ∙ 98.081 g/mol=  4.704 g

% m/m = 4.704 ∙ 100 / 100.0 = 4.074

3)      Una soluzione 0.100 M di Ca(OH)₂ avente volume pari a 60.0 mL è unita a una soluzione 0.100 M di HNO₃ avente volume pari a 50.0 mL. Calcolare il volume di H₂SO₄ 0.100 M necessario per la neutralizzazione

Calcoliamo le moli di Ca(OH)₂:

moli = 0.100 M ∙ 0.0600 L = 0.00600

Calcoliamo le moli di HNO₃:

moli = 0.100 M ∙ 0.0500 L = 0.00500

dalla reazione acido-base bilanciata:

2 HNO₃ + Ca(OH)₂ → Ca(NO₃)₂ + 2 H₂O

Sappiamo che 1 mole di idrossido di calcio viene neutralizzata da 2 moli di acido nitrico quindi le moli di acido nitrico presenti nella soluzione potranno neutralizzare 0.00500/2 = 0.00250 moli di idrossido di calcio. Rimarranno quindi in eccesso 0.00600 – 0.00250 = 0.00350 moli di idrossido di calcio.

Quest’ultimo reagisce con l’acido solforico secondo la reazione:

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2 H₂O

In un rapporto 1:1 quindi le moli di acido solforico necessarie sono pari a 0.00350 e il volume è quindi pari a:
V = 0.00350 mol/ 0.100 mol/L = 0.0350 L = 35.0 mL

4)      Un campione di 4.65 g di idrossido di cobalto Co(OH)₂ viene sciolto in acqua fino a un volume di 500.0 mL . Un campione di un acido incognito di massa 3.64 g è disciolto in acqua fino a un volume di 250.0 mL.

Per titolare 25.0 mL di soluzione di tale acido sono stati necessari 18.115 mL della soluzione di idrossido di cobalto.  Calcolare il peso molecolare dell’acido supponendo che esso sia monoprotico.

Moli di Co(OH)₂ = 4.65 g / 92.9468 g/mol= 0.0500

La concentrazione della soluzione di idrossido di cobalto risulta quindi:
M = 0.0500 mol/ 0.500 L = 0.100 M

Le moli di base necessarie a titolare l’acido sono pari a:

moli di base necessarie a titolare l’acido = 0.100 mol/L ∙ 0.018115 L = 0.00181

Essendo l’acido monoprotico che possiamo indicare con HX la sua reazione con l’idrossido di cobalto è:

2 HX + Co(OH)₂ → CoX₂ + 2 H₂O

Dal rapporto stechiometrico tra l’acido e l’idrossido di cobalto che è di 2:1 possiamo ottenere le moli di HX che sono pari a:

moli di HX = 0.00181 ∙ 2 = 0.00362

tali moli sono presenti in 25.0 mL quindi le moli di acido presenti in 250.0 mL sono pari a:

0.00362 ∙ 250.0/ 25.0 = 0.0362

Il peso molecolare dell’acido HX è quindi pari a:

3.64 g/ 0.0362 mol=  100.6 g/mol