Un calcolo di purezza di un campione di dicromato di potassio

Gioia ha scritto:
Chiedo a lei di poter risolvere questo esercizio che non mi riesce in nessun modo. La ringrazio.
Un campione di 1,780 g contiene dicromato di potassio più impurezze. Dopo averlo completamente disciolto, il dicromato viene ridotto a ione Cr(III) in ambiente acido utilizzando 8,942 g di solfato ferroso. La quantità di solfato ferroso in eccesso viene poi fatta reagire completamente in ambiente acido con 0,802 g di KMnO₄.

1. Calcola la % di purezza di dicromato di potassio nel campione iniziale.
2. Sapendo che il volume di soluzione in cui è stato disciolto il campione è pari a 250 mL , determina anche la molarità di tale soluzione.

[risposte del libro: 92,3%; 0,0223 M]

La risoluzione è questa:

L’equazione in forma ionica della reazione redox che avviene in ambiente acido tra gli ioni dicromato e gli ioni ferro(II) è:

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

Poiché il solfato ferroso è aggiunto in eccesso, è necessario determinare quanti ioni ferro(II) rimangono in soluzione dopo che tutti gli ioni dicromato sono stati ridotti a Cr³⁺; per farlo, gli ioni ferro(II) in eccesso sono ossidati a ferro(III) dagli ioni permanganato in ambiente acido. L’equazione in forma ionica di questa seconda reazione che, oltre agli ioni ferro(III), porta alla formazione di ioni manganese(II), è:

8 H⁺ + 5 Fe²⁺ + MnO₄^-   →  Mn²⁺ +  5 Fe³⁺ +  4 H₂O

Conoscendo la massa di permanganato usata per ossidare il ferro(II) e tenendo conto dei rapporti molari di reazione, si riesce a determinare l’eccesso di solfato ferroso. Per differenza tra la quantità di solfato ferroso aggiunta e quella in eccesso si ottiene la quantità di solfato ferroso che ha reagito con il dicromato. Conoscendo la quantità in moli di solfato ferroso che ha reagito e considerando i rapporti molari della prima reazione, si risale alla quantità in moli e alla massa di dicromato effettivamente presenti nel campione iniziale.

Rapportando il risultato ottenuto alla massa del campione si calcola, infine, la percentuale di purezza; la molarità della soluzione si calcola, invece, facendo il rapporto tra la quantità in moli di dicromato e il volume (in litri) di soluzione in cui esso è disciolto.

I calcoli nel dettaglio sono questi:

n FeSO₄ = m/m_molare = 8,942 g/151,908 g/mol = 5,8865·10^-2 mol = n_aggiunta Fe²⁺

n KMnO₄ = m/m_molare = 0,802 g/158,034 g/mol = 5,075·10^-3 mol = n MnO₄^-

n Fe²⁺ = 5·n MnO₄^- = 5×5,075·10^-3 mol = 2,5374·10^-2 mol = n_eccesso Fe²⁺

n_reagita Fe²⁺ = n_aggiunta Fe²⁺ – n_eccesso Fe²⁺ = (5,8865·10^-2 – 2,5374·10^-2) mol = 3,349·10^-2 mol =

n Cr₂O₇^2- = n_reagita Fe²⁺/6 = 3,349·10^-2 mol/6 = 5,582·10^-3 mol = n K₂Cr₂O₇

m K₂Cr₂O₇= n·m_molare = 5,582·10^-3 mol×294,185 g/mol = 1,642 g

purezza % = (m_effettiva/m_campione)×100 = (1,642 g/1,780 g)×100 = 92,3%

concentrazione soluzione K₂Cr₂O₇ = n/V(L) = 5,582·10^-3 mol/0,250 L = 0,0223 mol/L

Ecco fatto…i risultati sono quelli attesi!