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 PO₃^3- a PO₄^3- 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:

PO₃^3-_(aq) + 2 HgCl_2(aq) + 3 H₂O_(l) ⇄ Hg₂Cl_2(s) + 2 H₃O⁺_(aq) + PO₄^3-_(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 PO₃^3- e Hg₂Cl₂ è di 1:1 si ha:

moli di PO₃^3- = 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%