Esercizi sulle titolazioni di ossidoriduzione: titolazione iodometrica, permanganometrica, bicromatometrica

Si propongono esercizi sulle titolazioni di ossidoriduzione che costituiscono un tipo di analisi volumetrica che si basa 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.

Le titolazioni di ossidoriduzione sono un efficace metodo di analisi chimica quantitativa di tipo volumetrico che consentono, nota la concentrazione del titolante e il volume impiegato per il raggiungimento del punto finale di conoscere la concentrazione dell’analita.

Esse, pur basandosi sullo stesso principio, sono di vari tipi come le titolazioni acido-base, le titolazioni complessometriche, le titolazioni redox e quelle per precipitazione.

Tra le titolazioni di ossidoriduzione vi sono quelle iodometriche, permanganometriche, bicromatometriche. Per risolvere gli esercizi sulle titolazioni redox bisogna conoscere la reazione e bilanciarla per sapere i coefficienti stechiometrici.

Sia a livello teorico che a livello pratico ci si imbatte nei calcoli per la determinazione della concentrazione dell’analita
In linea di massima per risolvere gli esercizi sulle titolazioni di ossidoriduzione si consiglia innanzi tutto di bilanciare la reazione e di considerare il rapporto stechiometrico delle specie coinvolte.

Esercizi sulle titolazioni di ossidoriduzione

Titolazione iodometrica

Lo iodio reagisce con il tiosolfato riducendosi a ioduro e ossidando il tiosolfato a tetrationato. Calcolare la molarità di una soluzione di iodio se per titolare 25.0 cm³ di soluzione sono occorsi 26.5 cm³ di una soluzione di tiosolfato 0.0950 M

La reazione bilanciata è:

2 S₂O₃^2- + I₂ → S₄O₆^2- + 2 I^–

Le moli presenti in 26.5 cm³ della soluzione di tiosolfato sono:

Moli di S₂O₃^2- = 0.0265 dm³ ∙ 0.0950 M = 0.00252

Il rapporto stechiometrico tra tiosolfato e iodio è di 2:1

Moli di iodio = 0.00252/2= 0.00126

Molarità della soluzione di iodio = 0.00126 mol/0.0250 dm³ =0.0504 M

Titolazione permanganometrica

1. Nella determinazione permanganometrica del ferro (II) si usa quale titolante il permanganato di potassio che riduce il ferro (II) a ferro (III) riducendosi a manganese (II). Una quantità pari a 8.25 g di un sale di ferro (II) è stata sciolta in acqua e portata al volume di 250 cm³. Un’aliquota avente volume 25.0 cm³ è stata titolata da una soluzione di permanganato di potassio 0.0200 M. sono state effettuate tre titolazioni e il volume di titolante è stato: 23.95 cm³, 23.80 cm³ e 23.85 cm³.

Calcolare la quantità di ferro presente in termini percentuali

La reazione bilanciata è:

MnO₄^– +5 Fe²⁺ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 5 Fe³⁺ + 4 H₂O

Calcoliamo il volume medio di titolante:
V = 23.95 + 23.80 + 23.85 /3 = 23.87 cm³

Le moli di permanganato utilizzate sono:

moli di MnO₄^– = 0.02387 dm³ ∙ 0.0200 M = 0.0004773

il rapporto stechiometrico tra permanganato e ferro (II) è di 1:5

moli di Fe²⁺ in 25.0 cm³ = 5 ∙ 0.0004773 = 0.002387

moli di Fe²⁺ in 250 cm³ = 0.002387 ∙ 250/25.0=0.02387

massa di ferro = 0.02387 mol ∙ 55.845 g/mol=1.333 g

La percentuale di ferro presente nel campione è quindi:
% Fe = 1.333 · 100/8.25 = 16.1

2) Un campione contenente ferro (III) di massa 13.2 g è solubilizzato in acqua acidificata con acido solforico e ridotto a ferro (II) dallo zinco. La soluzione è filtrata e portata a un volume di 500 cm³. Un’aliquota di 20.0 cm³ di tale soluzione è  titolata con 26.5 cm³ di permanganato di potassio 0.0100 M. Determinare la percentuale di ferro (III) presente nel campione

Le reazioni coinvolte sono:

Zn +2 Fe³⁺ → Zn²⁺ + 2 Fe²⁺

MnO₄^– +5 Fe²⁺ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 5 Fe³⁺ + 4 H₂O

Moli di permanganato di potassio = 0.0265 dm³ ∙ 0.0100 M = 0.000265

Il rapporto stechiometrico tra permanganato e ferro (II) è di 1:5

Moli di ferro (II) contenute in 20.0 cm³ = 0.000265 ∙ 5 = 0.00133

Moli di ferro (II) contenute in 500 cm³ = 0.00133 ∙ 500/20.0 = 0.0331 = moli di ferro (III) contenute nel campione

Massa di ferro (III) = 0.0331 mol ∙ 55.845 g/mol =1.85 g

% Fe = 1.85 · 100/ 10.0 = 18.5 %

3)  Il permanganato di potassio ossida lo ione nitrito a nitrato riducendosi a manganese (II). Una soluzione acidificata di permanganato di potassio 0.0250 M avente volume 25.0 cm³ è titolata con 24.2 cm³ di nitrito di potassio. Calcolare la concentrazione del nitrito di sodio espressa in g/dm³

La reazione bilanciata è:

2 MnO₄^– + 5 NO₂^– + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 NO₃^– + 3 H₂O

Moli di permanganato di potassio = 0.0250 dm³ ∙ 0.0250 M =0.000625

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

Moli di nitrito = 0.000625 ∙ 5 /2 = 0.00156

Massa di nitrito di sodio in 24.3 cm³ = 0.00156 mol ∙ 68.9953 g/mol = 0.108 g

Massa di NaNO₂ in 1 dm³ = 1000 cm³ = 0.0108 ∙ 1000/ 24.3 = 4.43 g/dm³

Titolazione bicromatometrica

1. Un campione impuro di ossido di ferro (III) avente massa 2.83 g viene sciolto in acido cloridrico concentrato e la soluzione viene diluita a 250 cm³. Un’aliquota di 25.0 cm³ di tale soluzione viene trattata con eccesso di cloruro di stagno (II) che riduce il ferro (III) a ferro (II) mentre lo stagno si ossida a stagno (IV). La soluzione di ferro (II) viene titolata con 26.4 cm³ di soluzione di bicromato di potassio 0.0200 M. Calcolare la percentuale di ossido di ferro (III) presente nel campione

Le reazioni coinvolte sono:

Sn²⁺+ 2 Fe³⁺ → Sn⁴⁺+ 2 Fe²⁺

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

Moli di bicromato di potassio = 0.0264 dm³ ∙ 0.0200 M = 0.000528

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

Moli di ferro (II) = 0.000528 ∙ 6 = 0.00317

Dalla prima reazione il rapporto stechiometrico tra ferro (III) e ferro (II) è di 2:2 ovvero di 1:1

Moli di ferro (III) = 0.00317

Moli di Fe₂O₃ = 0.00317/2=0.00158

Massa di Fe₂O₃ = 0.00158 mol ∙ 159.69 g/mol = 0.253 g

La massa di Fe₂O₃ ricavata è quella presente in 25.0 cm³

Massa di Fe₂O₃ in 250.0 cm³ = 0.253 ∙ 250/25.0 = 2.53 g

% Fe₂O₃ = 2.53 · 100/2.83 = 89.4 %

2) Un campione di 10.0 g di ferro (II) ammonio solfato idrato è solubilizzato in 250 cm³ di soluzione acidificata. Un’aliquota di 25.0 cm³ è  titolata con 21.25 cm³ di una soluzione di bicromato di potassio 0.0200 M. Determinare l’acqua di idratazione presente in FeSO₄(NH₄)₂SO₄∙ xH₂O

La reazione tra ferro (II) e bicromato è:

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

Moli di bicromato = 0.02125 dm³ ∙ 0.0200 M = 0.000425

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

Moli di ferro(II) in 25.0 cm³ = 0.000435 ∙ 6 = 0.00255 = moli di FeSO₄(NH₄)₂SO₄∙ xH₂O

moli di FeSO₄(NH₄)₂SO₄∙ xH₂O in 250 cm³ = 0.00255 ∙ 250/25.0 = 0.0255

Peso molecolare di FeSO₄(NH₄)₂SO₄∙ xH₂O = 10.0 g/0.0255 mol = 392.2 g/mol

Il peso molecolare di FeSO₄(NH₄)₂SO₄ è di 284.1 g/mol

392.2 – 284.1 = 108.1

Ciò implica che in 392.2 g di moli di FeSO₄(NH₄)₂SO₄∙ xH₂O vi sono 108.1 g di acqua

Moli di acqua = 108.1 g/18.02 g/mol = 6

La formula del composto idrato è quindi moli di FeSO₄(NH₄)₂SO₄∙ 6 H₂O