Purezza di un campione di anidride cromica
Esercizio sul calcolo della purezza di un campione di Cr2O3
Determinare la % di Cr2O3 (Mm = 151,99 g/mol) in un campione impuro di 0,2410 g.
A questo scopo si sottopone il campione a una serie di trattamenti.
Dopo un attacco iniziale con acidi, si ossida il cromo a Cr(VI) e poi, dopo avere eliminato ogni altro ossidante, si tratta la soluzione con 6,9802 g di FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O (Mm = 392,14 g/mol).
L'eccesso di Fe(II) viene infine titolato con 25,00 mL di una soluzione di bicromato di potassio (K2Cr2O7) 0,5932 N.
Si sappia infine che il sale FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O è detto sale di Mohr; reagendo con un ossidante, lo ione Fe2+ provenienete dal sale viene ossidato a Fe3+.
Svolgimento dell'esercizio
Il procedimento di calcolo per esercizi di questo genere è il seguente:
Si determina il numero di equivalenti della sostanza titolata.
Dagli equivalenti, tramite l'opportuno fattore n (ne-, nH+, NOH-, n+), si ricavano le corrispondenti moli di sostanza (si veda: da equivalenti a moli).
Tenendo conto dei rapporti molari che si verificano nelle reazioni di attacco e trattamento del campione, dalle moli della sostanza titolata si ricavano il numero di moli della sostanza richiesta.
Ifine si esprimono i risultati come richiesto dal testo del problema (in termini di massa, di composizione percentuale, ecc.).
Applichiamo questo schema generale al nostro caso.
Le reazioni utilizzate in questa analisi possono essere suddivise in due gruppi:
a) reazioni di attacco e trattamento del campione, con formazione di Cr(VI):
Cr2O3 → Cr3+ → Cr(VI)
b) reazioni per determinare la quantità di Cr(VI):
b.1) Cr(VI) + eccesso di Fe2+ → Cr3+ + Fe3+
b.2) K2Cr2O7 + Fe2+ in eccesso → Cr3+ + Fe3+
Calcoliamo inizialmente gli equivalenti di Fe2+ aggiunti a Cr(VI) nella reazione b.1):
Dato che nella reazione Fe2+ → Fe3+ si ha che ne- = 1 eq/mol. La massa equivalente meq del sale di Mohr è quindi:
meq = Mm / ne- = (392,14 g/mol) / (1 eq/mol) = 392,14 g/eq
Calcoliamo gli equivalenti di sale aggiunti nella reazione b.1):
neq = mg / meq = (6,9802 g) / (392,14 g/eq) = 0,0178 eq
Calcoliamo gli equivalenti di K2Cr2O7 utilizzati per titolare Fe2+ in eccesso nella reazione b.2):
neq (K2Cr2O7) = N · Vsoluzione = 0,5932eq/L · 0,025 L = 0,01483 eq
Gli equivalenti di K2Cr2O7 sono uguali agli equivalenti di Fe2+ in eccesso.
Calcoliamo gli equivalenti di Fe2+ reagiti nella reazione b.1):
eq Fe2+ reagiti = 0,0178 - 0,01483 = 2,97 · 10-3 eq
Gli equivalenti di Fe2+ reagiti sono uguali agli equivalenti di Cr(VI).
Nella reazione di titolazione Cr(VI) passa a Cr3+, pertanto ne- = 3 e quindi le moli di Cr(VI) sono:
(2,97 · 10-3 eq) / (3 eq/mol) = 9,9 · 10-4 mol Cr(VI)
Come già detto le reazioni di attacco e trattamento del campione, con formazione di Cr(VI) sono le seguenti:
Cr2O3 → Cr3+ → Cr(VI)
È possibile notare che il rapporto tra le moli di ossido Cr2O3 e le moli di Cr è 1:2 cioè le moli di ossido nel campione corrispondono alla metà delle moli di Cr:
mol Cr / 2 = 9,9 · 10-4 / 2 = 4,95 · 10-4 mol Cr2O3
Determiniamo la massa di Cr2O3:
mg = nmol · Mm = 4,95 · 10-4 mol · 151,99 g/mol = 7,524 · 10-2 g
Calcoliamo infine la percentuale richiesta:
% Cr2O3 = (7,524 · 10-2 / 0,2410) · 100 = 31,22 %
Pertanto la % di Cr2O3 nel campione impuro è del 31,22%.
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