Titolazioni redox: esercizi svolti e commentati

Le titolazioni redox costituiscono un importante metodo di analisi volumetrica quantitativa e, per risolvere gli esercizi relativi, spesso proposti anche nei testi di stechiometria, bisogna conoscere la reazione, bilanciarla e tener presente il rapporto stechiometrico tra le specie.

Analogamente alle titolazioni acido-base, le titolazioni redox consentono di determinare con precisione la concentrazione di un analita.

Esercizi sulle titolazioni redox

1)      Un minerale contenete ferro di massa 0.4891 g fu disciolto in HCl e tutto il ferro presente ridotto a ferro (II). Per la titolazione del ferro (II) sono stati necessari 36.92 mL di una soluzione 0.02153 M di K₂Cr₂O₇. Determinare la quantità di ferro presente nel campione espressa come % di Fe₂O₃.

Le semireazioni che avvengono sono:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1 e^–

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^–  → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

Per bilanciare la reazione è necessario che il numero di elettroni persi sia uguale al numero di elettroni acquistati e pertanto, dopo aver moltiplicato per 5 la prima semireazione e sommato membro a membro, si ha:

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

I coefficienti stechiometrici della reazione indicano che il rapporto stechiometrico tra  Fe²⁺ e Cr₂O₇^2-   è di 6:1 e ciò implica che 6 moli di Fe²⁺  reagiscono con 1 mole di Cr₂O₇^2-.

Le moli di Cr₂O₇^2-  sono pari a: 0.03692 L ∙ 0.02153 mol/L =  0.0007949

dal rapporto stechiometrico si ha:

moli di Fe²⁺ = 6 ∙ 0.0007949 = 0.004769

Le moli di Fe₂O₃ sono quindi pari a 0.004769 / 2=0.002384

La massa di Fe₂O₃ vale 0.002384 mol ∙ 159.69 g/mol = 0.3808 g

La % di Fe₂O₃ nel campione è quindi:

% di Fe₂O₃ = 0.3808 · 100/ 0.4891 = 77.86

2)      Per titolare un campione di ossalato di sodio Na₂C₂O₄  impuro di massa 0.5116 g sono stati necessari 35.62 mL di MnO₄^– 0.04000 M. Determinare la percentuale di ossalato di sodio contenuta nel campione

Le due semireazioni che avvengono sono:

C₂O₄^2- → 2 CO₂ + 2 e^–

MnO₄^–  + 8 H⁺ + 5 e^–  → Mn²⁺ + 4 H₂O

Per bilanciare la reazione è necessario che il numero di elettroni persi sia uguale al numero di elettroni acquistati pertanto moltiplichiamo la prima semireazione per 5 e la seconda per 2:

5 C₂O₄^2- → 10 CO₂ + 10 e^–

2 MnO₄^–  + 16 H⁺ + 10 e^–  →2  Mn²⁺ + 8 H₂O

Sommiamo membro a membro e semplifichiamo gli elettroni:

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

I coefficienti stechiometrici della reazione indicano che il rapporto stechiometrico tra  C₂O₄^2- e  MnO₄^–  è di 5:2

Calcoliamo le moli di MnO₄^– :

moli di MnO₄^– = 0.03562 L ∙ 0.04000 mol/L = 0.001425

da cui  moli di C₂O₄^2-  = 0.001425 · 5/2=0.003562

 la massa di Na₂C₂O₄ è pari a:

massa di Na₂C₂O₄ = 0.003562 mol ∙ 134.00 g/mol = 0.4773 g

la percentuale di Na₂C₂O₄ contenuta nel campione è:

percentuale di Na₂C₂O₄  = 0.4773 ∙ 100/ 0.5116 = 93.30 %

3)      Un volume di 25.00 mL di soluzione contenente ClO^– viene diluito a 1000 mL; 25.00 della soluzione diluita sono trattati con un eccesso di KI che riduce ClO^– a Cl^– e liberando I₃^–.

Lo ione I₃^– è stato determinato titolandolo con 8.96 mL di Na₂S₂O₃ 0.09892 M. Calcolare la percentuale m/V di NaClO contenuta nella soluzione

Le due reazioni che avvengono sono:

ClO^– +3 I^– + 2 H⁺ → Cl^– + I₃^– + 2 H₂O

I₃^– + 2 S₂O₃^2- → S₄O₆^2- + 3 I^–

Le moli di Na₂S₂O₃ sono pari a:

moli di Na₂S₂O₃ = 0.00896 L ∙ 0.09892 mol/L =  8.86 ∙ 10^-4

Dal rapporto stechiometrico tra I₃^– e S₂O₃^2- che è di 1:2 si ha:

moli di I₃^– = 8.86 ∙ 10^-4/2= 4.43 · 10^-4

Dal rapporto stechiometrico tra ClO^– e I₃^– che è di 1:1

Moli di ClO^– = 4.43 ∙ 10^-4

Massa di NaClO  in 25.0 mL = 4.43 ∙10^-4 mol ∙ 74.44 g/mol =  0.0330 g

La massa di NaClO in 1000 mL sono quindi 0.0330 ∙ 1000 /25.0 =1.32 g

Quindi nella soluzione iniziale avente volume di 25.0 mL sono contenuti 1.32 g di NaClO

% m/V = 1.32 ∙ 100/25.0=5.28

4)      Si vuole determinare la percentuale di etanolo in un liquore. L’etanolo CH₃CH₂OH viene ossidato ad acido etanoico CH₃COOH con un eccesso di bicromato di potassio K₂Cr₂O₇ che viene ridotto a Cr³⁺. L’eccesso di bicromato viene titolato con Fe²⁺ per dare Fe³⁺ e Cr³⁺ quali prodotti di reazione.

Un volume di 5.00 mL di liquore vengono diluiti a 500.0 mL e 10.00 mL della soluzione diluita vengono distillati per ottenere l’etanolo che viene raccolto in 50.00 mL di una soluzione acidificata di K₂Cr₂O₇ 0.0200 M. L’eccesso di bicromato viene titolato da 21.48 mL di una soluzione 0.1014 M di Fe^2+. Calcolare lapercentuale di etanolo contenuta nel liquore esprimendola come % m/V.

La reazione tra Fe²⁺ e Cr₂O₇^2- è:

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

Le moli di Fe²⁺ sono pari a:

moli di Fe²⁺ = 0.02148 L · 0.1014 mol/L = 0.002178

quindi le moli di Cr₂O₇^2- in eccesso sono:

moli di Cr₂O₇^2- in eccesso = 0.002178/6=0.0003630

Le moli di bicromato utilizzate sono: 0.0200 mol/L ∙ 0.05000 L = 0.001000

Quindi le moli di bicromato che hanno reagito con l’etanolo sono pari a 0.001000 – 0.0003630 =0.0006370

La reazione tra etanolo e bicromato è:

3 CH₃CH₂OH + 2 Cr₂O₇^2- + 16 H⁺ → 3 CH₃COOH + 4 Cr³⁺ + 11 H₂O

Il rapporto stechiometrico tra etanolo e bicromato è di 3:2

Moli di etanolo = 0.0006370 ∙ 3/2=0.0009555

La massa di etanolo è quindi:

massa di etanolo = 0.0009555 mol ∙ 46.50 g/mol =  0.04443 g

La massa di etanolo calcolata è presente in 10.00 mL della soluzione diluita quindi in 500.0 mL sono contenuti 0.04443 ∙ 500.0 / 10.00= 2.222 g

La massa di 2.222 g è pari a quella contenuta in 5.00 mL di soluzione iniziale pertanto:

% m/V = 2.222 ∙ 100/ 5.00 = 44.4 %