La normalità di una soluzione in una reazione redox

Efrem ha scritto:
Le chiedo di spiegare questo problema.

Una soluzione contiene, in 500 mL, 0,830 g di KI. La reazione  è:

MnO₄^-  +  I^-  +  OH^-  =  MnO₄^2-  +  IO₄^-  +  H₂O

1. Bilancia la reazione.
2. Calcola la normalità della soluzione.

La ringrazio molto.

Rispondo così:

In merito al punto a., si può procedere a bilanciare la reazione redox con il metodo ionico-elettronico in ambiente basico.

• scrivere le semireazioni                

  MnO₄^-  →  MnO₄^2-                          I^- → IO₄^-

• bilanciare l’ossigeno

  MnO₄^-  →  MnO₄^2-                          I^- + 4 H₂O  → IO₄^-

• bilanciare l‘idrogeno (aggiungendo H₂O per ogni idrogeno che manca e altrettanti OH^- dalla parte opposta)      

  MnO₄^-  →  MnO₄^2-                          I^- + 4 H₂O + 8 OH^- → IO₄^- + 8 H₂O

• semplificare i termini simili

  MnO₄^-  →  MnO₄^2-                          I^- +  8 OH^- → IO₄^- +  4 H₂O

• bilanciare la carica elettrica

  MnO₄^-  +  e^-  →  MnO₄^2-                  I^- +  8 OH^- → IO₄^- +  4 H₂O  +  8 e^-

• bilanciare gli elettroni scambiati

  8 · (MnO₄^-  +  e^-  →  MnO₄^2-)           I^- +  8 OH^- → IO₄^- +  4 H₂O  +  8 e^-

• sommare le semireazioni

8 MnO₄^-  +  I^- +  8 OH^-  →  8 MnO₄^2- +  IO₄^- + 4 H₂O

Il bilanciamento complessivo pertanto è:

8 MnO₄^-  +  I^- +  8 OH^-  →  8 MnO₄^2- +  IO₄^- + 4 H₂O

Per quel che riguarda il punto b., invece, devi tenere presente che la normalità, N, di una soluzione indica il numero di equivalenti di soluto contenuto in un litro di soluzione e che, in una reazione redox come questa, un equivalente è una quantità di sostanza che scambia una mole di elettroni.

Considerando che nella tua reazione una mole di ioni I^- cede 8 moli di elettroni e che tali ioni provengono dalla dissociazione del reagente KI, puoi dedurre che una mole di KI corrisponde a 8 equivalenti (eq) e che la quantità di reagente che scambia una sola mole di elettroni è pari a un ottavo di mole. Per questa reazione, allora, la massa di un equivalente del reagente KI, m_eq KI, è:

m_eq KI = m_molare KI / 8 = 166,00 g/mol / 8 eq/mol = 20,75 g/eq

Ora non resta che calcolare il numero di equivalenti, n_eq, contenuti in 0,830 g di KI e rapportarlo al volume di soluzione in cui sono disciolti:

n_eq KI = m/m_eq = 0,830 g/20,75 g/eq = 0,0400 eq

N = n_eq / V = 0,0400 eq/0,500 L = 0,0800 eq/L

In conclusione, la concentrazione della soluzione di KI è 0,0800 N.