Esercizi svolti di chimica analitica

Spesso sono proposti esercizi svolti di chimica analitica che prendono spunto da tecniche analitiche  che spesso mettono in difficoltà gli studenti

Esercizi

1)      Per determinare il contenuto di magnetite Fe3O4  presente in una roccia un campione di 1.5419 g è disciolto in acido cloridrico concentrato e si ottengono ioni Fe2+ e Fe3+. Dopo aver aggiunto acido nitrico per ossidare tutto il ferro (II) a ferro (III) e diluito con acqua il ferro (III) viene fatto precipitare come Fe(OH)3. Dopo aver filtrato, lavato e trattato il precipitato si ottengono 0.8525 g di Fe2O3. Calcolare il percento massa/massa di Fe3O4 presente nel campione.

Il testo appare lungo e complesso, ma analizziamo i dati: la massa della roccia serve alla fine dell’esercizio una volta determinata la massa di Fe3O4 in essa presente quindi l’unico dato su cui lavorare è la massa di Fe2O3.

Le moli di Fe2O3 sono pari a 0.8525/ 159.69 g/mol=0.005338

0.005338 moli di Fe2O3 forniscono 0.005338 ∙ 2 = 0.01068 moli di Fe

Tali moli di ferro ci vengono fornite da 0.01068/3 moli di Fe2O3 ovvero da 0.003559 moli che corrispondono a 0.003559 ∙ 231.54 g/mol= 0.8240 g

Determinata la massa di Fe2O3 possiamo calcolarne la sua percentuale nel campione:

% m/m = 0.8240 ∙ 100/ 1.5419 =  53.44 %

2)      Una lega di massa 0.611 g contenente alluminio e magnesio è disciolta e l’alluminio e il magnesio vengono precipitati con l’ 8-idrossichinolina. Il precipitato avente massa 7.815 g è costituito da Al(C9H6NO3)3 e da Mg(C9H6NO)2. Trattando opportunamente il precipitato si ottengono 1.002 g di Al2O3 e di MgO. Calcolare la massa percentuale di alluminio e di magnesio contenuti nella lega.

Dal testo dell’esercizio ricaviamo che:

massa di Al(C9H6NO3)3 + massa di Mg(C9H6NO)2 = 7.815 g

massa di Al2O3 + massa di MgO = 1.002 g

abbiamo così 2 equazioni con quattro incognite. Dobbiamo trovare altre relazioni che ci consentano di risolvere l’esercizio.

Le moli di Al(C9H6NO3)3 sono pari a massa di Al(C9H6NO3)3 /459.45 g/mol.

Le moli di Al2O3 sono pari a moli di Al(C9H6NO3)3 / 2 ovvero a massa di Al(C9H6NO3)3 / 459.45 x 2.

La massa di Al2O3 è quindi pari  a:  massa di (Al(C9H6NO3)3 / (459.45 ∙ 2 ) (101.96 g/mol) =

= massa di (Al(C9H6NO3)3 ∙ 0.11096

Analogamente le moli di Mg(C9H6NO)2  sono pari a massa di Mg(C9H6NO)2 / 312.61 g/mol che sono pari alle moli di MgO

La massa di MgO è quindi pari a: (massa di Mg(C9H6NO)2 / 312.61 g/mol) (40.304 g/mol) =

= massa di Mg(C9H6NO)2 ∙ 0.12893 

Sostituendo tali espressioni nelle due equazioni iniziali si ha:

massa di Al(C9H6NO3)3 + massa di Mg(C9H6NO)2 = 7.815 g

massa di (Al(C9H6NO3)3 ∙ 0.11096 + massa di Mg(C9H6NO)2 ∙ 0.12893   = 1.002

detta x = massa di Al(C9H6NO3)3

detta y = massa di Mg(C9H6NO)2

si ha:

x + y = 7.815

0.11096 x + 0.12893 y = 1.002

Da cui : x = 7.815 –y

Sostituendo tale valore nella seconda equazione:

0.11096 ( 7.815 – y) + 0.12893 y = 1.002

0.86715 – 0.11096 y + 0.12893 y = 1.002

0.13485 = 0.01797 y

Ovvero:

y = 7.504 g = massa di Mg(C9H6NO)2

x = 7.815 – 7.504 =0.3110 g = massa di Al(C9H6NO3)3

moli di Mg(C9H6NO)2 = 7.504 g/312.61 g/mol = 0.02400 = moli di Mg contenute nella lega

massa di Mg = 0.02400 mol ∙ 24.305 g/mol= 0.5834 g

% Mg nella lega = 0.5834 g ∙ 100 / 0.611 g=  95.5

Moli di Al(C9H6NO3)3 = 0.3110 g/459.45 g/mol=0.0006769 = moli di Al contenute nella lega

Massa di Al = 0.0006769 mol ∙ 26.9815 g/mol= 0.01826 g

% Al = 0.01826 g ∙ 100/ 0.611 g = 2.99 %

3)      Un campione impuro contenente Na3PO3 di massa 0.1392 g è messo in 25 mL di acqua. Una soluzione contenente al 3% m/v di HgCl2 avente volume di 50 mL è unita a 20 mL di una soluzione al 10% m/v di acetato di sodio e a 5 mL di acido acetico glaciale. Aggiungendo la soluzione di Na3PO3  a quest’ultima soluzione si verifica l’ossidazione di PO33- a PO43- e la precipitazione di Hg2Cl2. Il precipitato ha massa di 0.4320 g. Calcolare la percentuale di Na3PO3 nel campione.

La strategia per risolvere questo esercizio consiste nello scrivere la reazione di ossido-riduzione cosa non difficile in quanto sono dati sia i reagenti che i prodotti della reazione. Inoltre non è difficile capire che, a causa della presenza di acido acetico glaciale la reazione avviene in ambiente acido:

PO33-(aq) + 2 HgCl2(aq) + 3 H2O(l) ⇄ Hg2Cl2(s) + 2 H3O+(aq) + PO43-(aq) + 2 Cl(aq)

Le moli di Hg2Cl2 sono pari a 0.4320 g/472.09 g/mol= 0.0009151

Poiché nella reazione bilanciata il rapporto tra PO33- e Hg2Cl2 è di 1:1 si ha:

moli di PO33- = moli di Na3PO3 = 0.0009151

da cui massa di Na3PO3 = 0.0009151 mol ∙ 147.94 g/mol= 0.1354 g

la percentuale di Na3PO3 nel campione è pertanto 0.1354 ∙ 100/ 0.1392 = 97.25%

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