Lamina di platino immersa in soluzione di ioni Fe2+/Fe3+
Potenziale assunto da una lamina di platino immersa in soluzione di ioni Fe2+/Fe3+
50 mL di una soluzione 0,1 N di ioni Fe2+ vengono fatti reagire con 10 mL di una soluzione di permanganato di potassio 0,01 N (KMnO4 ossida gli ioni Fe2+ a ioni Fe3+).
Calcolare a 25°C il potenziale assunto da una lamina di platino immersa nella soluzione risultante.
E°Fe3+/Fe2+ = 0,77 V.
Svolgimento dell'esercizio
Dopo l'aggiunta di KMnO4 alla soluzione parte degli ioni ferrosi Fe2+ si sono convertiti in ioni ferrici Fe3+.
Poiché KMnO4 è stato aggiunto in difetto rispetto agli ioni Fe2+ iniziali, gli equivalenti residui degli ioni Fe2+ sono ottenuti sottraendo da quelli iniziali, gli equivalenti di permanganato aggiunti, e cioè:
EqFe2+(finali) = EqFe2+(iniziali) - EqKMnO4(aggiunti)
mentre gli equivalenti di ioni Fe3+ formati, sono uguali agli equivalenti di permanganato aggiunti, e cioè:
EqFe3+(finali) = EqKMnO4(aggiunti)
Per effettuare i calcoli, bisogna tenere conto che gli equivalenti (Eq) di un soluto contenuti in un volume V (espresso in litri) di soluzione la cui normalità sia N, si ottengono mediante la relazione:
Eq = N · V
e pertanto:
EqFe2+(finali) = EqFe2+(iniziali) - EqKMnO4(aggiunti) = 0,1 eq/L · 0,05 L - 0,01 eq/L · 0,01 L = 0,0049 eq
mentre:
EqFe3+(finali) = EqKMnO4(aggiunti) = 0,01 eq/L · 0,01 L = 0,0001 eq
La lamina di platino immersa nella soluzione contenente ioni Fe3+ e ioni Fe2+ costituisce un elettrodo redox, il cui potenziale alla temperatura di 25°C è espresso dalla seguente relazione:
E = E°Fe3+/Fe2+ + (0,059/1) · log ([Fe3+] / [Fe2+])
Per determinare il potenziale dell'elettrodo è necessario determinare la molarità degli ioni Fe3+ e Fe2+.
Poiché il rapporto fra gli equivalenti di un soluto e il volume V (espresso il litri) della soluzione in cui essi sono contenuti, coincide con la normalità N del soluto nella soluzione, e cioè:
N = Eq / V
e dato che il soluzione finale della soluzione è 0,06 L, otteniamo:
NFe2+ = 0,0049 eq / 0,06 L = 0,082 eq/L
NFe3+ = 0,0001 eq / 0,06 L = 0,0017 eq/L
Poiché nella reazione
Fe2+ → Fe3+ + 1e−
viene messo in gioco un solo elettrone, allora la normalità coincide con la molarità e possiamo scrivere:
[Fe2+] = 0,082 mol/L
[Fe3+] = 0,0017 mol/L
Sostituendo infine questi dati nella formula di Nernst,
E = E°Fe3+/Fe2+ + (0,059/1) · log ([Fe3+] / [Fe2+])
otteniamo:
E = 0,77 + 0,059 · log (0,0017 / 0,082) = 0,67 V
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