LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE E INORGANICA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI MILANO Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea Triennale in Chimica CORSO DI: LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE E INORGANICA Docente: Dr. Alessandro Caselli Anno Accademico

2 CAPITOLO 5B Analisi volumetrica 1

3 Analisi volumetrica L analisi volumetrica è un metodo di analisi chimica quantitativa basato su reazioni che avvengono in soluzione. Nell analisi volumetrica la sostanza da analizzare viene trattata con un volume misurato di una soluzione di un reagente avente una concentrazione nota (soluzione standard o titolata). In generale, l analisi volumetrica (titolazione) viene eseguita gocciolando da una buretta (cilindro di vetro graduato) la soluzione a titolo noto in un recipiente contenente la soluzione a titolo incognito da analizzare. Per avere un idea del momento in cui la reazione quantitativa tra i due reagenti è completa (ovvero quando si è al punto di equivalenza), occorre aggiungere alla soluzione da titolare un opportuno indicatore (spesso si tratta di composti che cambiano colore). Il principio dell analisi volumetrica si può applicare a diversi tipi di reazioni chimiche: Buretta a) Reazioni di neutralizzazione (acido base); b) Reazioni di ossido-riduzione; c) Reazioni di precipitazione; d) Reazioni di complessazione. 2

4 Esercizio (Es Pag. 111, Schaum) Un campione di 48,4 ml di una soluzione di HCl richiede 1,240 g di CaCO 3 per la sua neutralizzazione completa. Sapendo che la reazione che avviene (da bilanciare) è: HCl + CaCO 3 CaCl 2 + CO 2 + H 2 O N.B. in realtà CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Calcolare la normalità della soluzione di HCl. (PM CaCO3 = 100) Bilanciamo la reazione: 2 HCl + CaCO 3 CaCl 2 + CO 2 + H 2 O Cominciamo calcolando il numero di equivalenti/mole (z e ) dei due reattivi: Siccome vale: Da cui: 3

5 Da notare che essendo z e = 1 eq/mol per l acido cloridrico, la normalità coincide con la molarità. Oppure per il calcolo posso usare le moli e solo successivamente passare alla normalità dalla molarità: Da cui: Come già detto, essendo z e = 1 eq/mol per l acido cloridrico, la molarità coincide con la normalità. 4

6 Esercizio (Es Pag. 112, Schaum) Quest esercizio è un esempio di retrotitolazione o titolazione indiretta!!! Un campione di 10,0 g di soluzione ammoniacale viene fatto bollire con un eccesso di NaOH e l ammoniaca gassosa che si forma viene fatta passare in 60,0 ml di una soluzione di H 2 SO 4 0,90 N. sono necessari esattamente 10,0 ml di una soluzione di NaOH 0,40 N per neutralizzare l eccesso di H 2 SO 4 non neutralizzato dall ammoniaca. Determinare la % in peso (% m/m) di NH 3 presente inizialmente nella soluzione esaminata. (PM NH3 = 17) Scriviamo le equazioni coinvolte bilanciate: 1) NH OH - NH 3 + H 2 O 2) 2 NH 3 + H 2 SO 4 2 NH SO 4 3) 2 NaOH + H 2 SO 4 2 Na + + SO H 2 O Deve valere: Da cui: Ma: 5

7 Siccome per l ammoniaca z e = 1 eq/mol, 50 meq equivalgono a 50 mmol (quindi mol) da cui: Oppure con le moli. Siccome per NaOH vale N = M (z e = 1 eq/mol): Le moli di H 2 SO 4 coinvolte nell equazione 3 sono: Mentre per l acido solforico M = N/2 (z e = 2 eq/mol)le moli di acido totali sono date da: Questo vuol dire che l ammoniaca sviluppata ha reagito, secondo l equazione 2, con: Da cui: Quindi: 6

8 Esercizio (Es. 80 pag 91, Sacco Freni) 0,3321 g di K 2 Cr 2 O 7 vengono portati in soluzione e trattati con un eccesso di KI. Si libera I 2 che richiede per la sua riduzione 68,2 ml di una soluzione di Na 2 S 2 O 3. Calcolare: a) La normalità della soluzione di tiosolfato di sodio; b) La molarità della soluzione di tiosolfato di sodio. (PM K2Cr2O7 = 294) Le reazioni coinvolte, non bilanciate, sono: 1) Cr I 2 + Cr 3+ 2 O 7 + I - + H + + H 2 O 2) I 2 + S 2 O 3 I - + S 4 O 6 Anche se non strettamente necessario per risolvere l esercizio utilizzando il concetto di equivalente, bilanciamo le due reazioni. Questo ci aiuterà a capire come calcolare il numero di equivalenti/mole (z e ) coinvolti nei processi. +6 Cr I Cr 3+ 2 O I H H 2 O 1) - 2 x 1e - = -2 e x 3e - = + 6 e - Devo moltiplicare per 3 la semireazione di ossidazione, aggiungere 14 H + a sinistra per bilanciare le cariche e quindi bilanciare idrogeno ed ossigeno aggiungendo 7 molecole di acqua a destra: Cr 2 O I H + 3 I Cr H 2 O 7

9 0 I S 2 O x 0,5e - = -2 e - +2,5 2 I - + S 4 O 6 2) + 2 x 1e - = + 2 e - In questo caso, bilanciati i numeri di ossidazione, la reazione risulta già bilanciata! Cr 2 O I - + H + I Cr 3+ + H 2 O Da queste due reazioni possiamo ricavare che: Posso anche scrivere le seguenti relazioni: Ma anche: Da cui: 8

10 Oppure con le moli (in questo caso è necessario aver bilanciato le reazioni): Da cui la molarità è: La normalità sarà uguale alla molarità: una molecola di S 2 O 3 2- scambia 1 elettrone. Esercizio (Es. 93 pag 193, Sacco Freni) 25 ml di una soluzione contenente una miscela di arsenito (AsO 3-3 ) e arseniato (AsO 3-4 ) vengono debolmente alcalinizzati e trattati con una soluzione di I 2 0,1 N. Per reazione quantitativa dell arsenito con lo iodio si consumano 32,1 ml della soluzione di I 2 (1 titolazione) Si fa bollire un secondo campione uguale di soluzione con anidride solforosa (SO 2 ) e si scalda fino a ridurre tutto l arseniato ad arsenito; in queste condizioni vengono anche eliminati tutti i vapori di SO 2 ; per la titolazione di questa soluzione occorrono ora 43,7 ml di una soluzione di I 2 0,1 N (2 titolazione). Calcolare il contenuto in g di anidirde arseniosa (As 2 O 3 ) e di anidride arsenica (As 2 O 5 ) per litro di soluzione originaria. (PM As2O3 = 197,8; PM As2O5 = 229,8) 9

11 Iniziamo scrivendo e bilanciando le reazioni coinvolte: AsO I 2 AsO I - 1) - 2 e x 1e - = + 2 e - Occorre bilanciare le cariche aggiungendo due OH - a sinistra e quindi idrogeni e ossigeni aggiungendo acqua a destra: AsO I OH - AsO I - + H 2 O AsO SO 2 AsO SO 4 2) + 2 e e- Anche in questo caso dobbiamo aggiungere 2 OH - acqua a destra: a sinistra e bilanciare con AsO SO OH - AsO SO 4 + H 2 O Dalle reazioni ricavo: Sostituendo i valori numerici: 10

12 Dalle reazioni ricavo che: Posso quindi ricavare le moli: Queste moli sono le moli contenute in 25 ml. Trovo le moli in 1 L: Ma le moli delle anidridi saranno la metà (2 atomi di As per ogni anidride): Da cui: 11