Calcoli quantitativi in chimica analitica: esercizi

La chimica analitica si occupa, oltre che della determinazione qualitativa di un campione, anche di quella quantitativa di un campione utilizzando le tecniche più svariate dall’analisi gravimetrica a quella volumetrica, dall’analisi strumentale che sfrutta metodi elettrochimici a quella che si avvale dell’interazione radiazione materia fino alle tecniche cromatografiche.

Nell’ambito dell’analisi volumetrica si usano le titolazioni che possono essere di vari tipi tra cui acido-base, ossidimetriche, complessometriche, per precipitazione.

Vengono proposti alcuni problemi relativi alla determinazione quantitativa di un analita utilizzando una tecnica volumetrica.

Esercizi

• Un campione di massa 0.4891 g contenente ferro viene solubilizzato con HCl e tutto il ferro in esso presente viene portato a ferro (II) che viene titolato con bicromato di potassio. Calcolare la percentuale di ferro nel campione espressa come % m/m in Fe₂O₃ se sono stati impiegati 36.92 mL di bicromato di potassio 0.02153 M per raggiungere il punto finale

Occorre innanzi tutto scrivere la reazione tra il ferro (II) e il bicromato di potassio:

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

Le moli di bicromato utilizzate per raggiungere il punto finale sono pari a:

moli di bicromato = 0.03692 L ∙ 0.02153 mol/L = 0.0007949

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

Moli di Fe²⁺ = 0.0007949 ∙ 6 = 0.004769

Moli di Fe₂O₃ = 0.004769/2 = 0.002385

Massa di  Fe₂O₃ = 0.002385 mol ∙ 159.69 g/mol = 0.3808 g

% m/m di Fe₂O₃ nel campione = 0.3808 ∙ 100/0.4891 = 77.86

• Un campione di candeggina avente volume pari a 25.00 mL viene diluito a 1000 mL. Vengono prelevati 25.0 mL della e posti in una beuta un eccesso di ioduro di potassio il quale riduce lo ione ClO^– a Cl^– trasformandosi in I₃^–. Lo ione triioduro ottenuto viene titolato con 8.96 mL di una soluzione di tiosolfato di sodio 0.09892 M. Determinare la quantità di ipoclorito di sodio presente nel campione espressa in % m/V

Occorre scrivere:

1. a) la reazione tra ipoclorito e ioduro:

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

1. b) la reazione del triioduro con il tiosolfato

I₃^– + 2 S₂O₃^2- → 3 I^– + S₄O₆^2-

Le moli di tiosolfato utilizzate nella titolazione del triioduro sono:

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

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

Moli di triioduro = 8.86 ∙ 10^-4/2 = 4.43 ∙ 10^-4

Il rapporto stechiometrico tra triioduro e ipoclorito è di 1:1 pertanto le moli di ipoclorito presenti in 25.0 mL della soluzione diluita sono 4.43 ∙ 10^-4

Le moli di ipoclorito contenute in 1000 mL sono pari a 1000 ∙  4.43 ∙ 10^-4/25.0 = 0.0177

La massa di ipoclorito di sodio è quindi pari a 0.0177 mol ∙ 74.44 g/mol = 1.32 g che corrisponde alla massa di ipoclorito contenuta nella soluzione iniziale di 25.00 mL

% m/V = 1.32 x 100/25.00= 5.28

• La concentrazione del biossido di azoto presente nell’aria viene determinata ossidando NO₂ a HNO₃ con una soluzione di perossido di idrogeno e titolando l’acido nitrico con NaOH. Calcolare la concentrazione di NO₂ in mg/L se 5.00 L di aria richiedono 9.14 mL di NaOH 0.01012 M per raggiungere il punto finale

La reazione di ossidazione del biossido di azoto con perossido di idrogeno è:

2 NO₂ + H₂O₂ → 2 HNO₃

In cui il rapporto tra NO₂ e HNO₃ è di 2:2 ovvero di 1:1

La reazione che avviene nel corso della titolazione è:

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O

In cui il rapporto tra acido nitrico e idrossido di sodio è di 1:1

Moli di NaOH = 0.00914 ∙ 0.01012 mol/L = 9.25 ∙ 10^-5

Moli di NaOH = moli di HNO₃ = moli di NO₂ = 9.25 ∙ 10^-5

Massa di NO₂ = 9.25 ∙ 10^-5 ∙ 46.0047 g/mol = 0.00426 g = 4.26 mg

Concentrazione di NO₂ = 4.26 mg/5.00 L = 0.852 mg/L