Esercitazione 4 - Relazione 4 chimica analitica classica PDF

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Relazione 4 chimica analitica classica...

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INTRODUZIONE Lo scopo dell’esperienza è il dosaggio del sale di Mohr in miscela incognita titolando con una soluzione standard di permanganato di potassio. Per standardizzare KMnO4 viene impiegato come standard assoluto l’ossalato di sodio. Il permanganato standardizzato viene utilizzato come ossidante in molte titolazioni redox riducendosi a seconda delle condizioni di reazione a diversi stadi di ossidazione (+6, +4, +3, +2). In ambiente prettamente acido, come nel caso che si andrà a descrivere, il permanganato si riduce a Mn2+secondo la reazione: MnO4 + 8H+ + 5e  Mn2+ + 4H2O Nella procedura di standardizzazione il permanganato reagisce con l’ossalato secondo la reazione: 2MnO4 + 5C2O42 + 16H+

2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O

La reazione tra le due specie avviene molto lentamente a temperatura ambiente, pertanto occorre scaldare per alcuni minuti la soluzione contenente l’ossalato prima di procedere con la titolazione. Una volta standardizzato il permanganato viene adoperato nuovamente come ossidante in una titolazione redox con il sale di Mohr. La reazione porta all’ossidazione del ferro (II) a ferro (III ): 5Fe2+ + MnO4 + 8H+  5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Le moli di Fe (II) scambiate nella reazione col permanganato verranno sfruttate per il calcolo della percentuale di sale presente nel campione.

STRUMENTAZIONE                  

Nº 3 pesafiltri Bilancia tecnica digitale (sensibilità: 0.01 g/digit) Bilancia analitica digitale (sensibilità: 0.0001 g/digit) Beuta da 300 ml Cilindro graduato da 50 ml Cilindro graduato da 5 ml Becker da 500 ml Becker da 800 ml Buretta da 25 ml Sostegno completo di pinza a ragno Pipetta tarata a doppia tacca da 25 ml Imbuto di vetro Bottiglia di vetro scuro Matraccio tarato da 250 ml Essiccatore Lana di vetro Spatola Spruzzetta in polietilene da 250 ml

  

Nº 2 vetrini ad orologio Piastra riscaldante Palla di peleo

REAGENTI      

permanganato di potassio KMnO4 P.M. = 158.03 g/mol ossalato di sodio Na2C2O4 P.M. = 134.00 g/mol acqua distillata H2PO4(85 %) H2SO4 (1 : 4) miscela contenente sale di Mohr Fe (NH4 )2 (SO4) · 6H2O

P.M. = 392.14 g/mol

PROCEDIMENTO PREPARAZIONE E STANDARDIZZAZIONE DI UNA SOLUZIONE 0.1 N DI KMnO4 Iniziamo con la preparazione di una soluzione 0.1 N di KMnO4 prelevando in un vetrino ad orologio circa 1.6 g di sale pesati mediante bilancia tecnica e trasferendo quantitativamente il tutto all’interno di un becker da 800 ml in cui vengono aggiunti anche 500 ml di acqua distillata, copriamo la soluzione con un vetrino ad orologio e la lasciamo bollire dolcemente sulla piastra magnetica agitante e riscaldante per almeno trenta minuti. Questa operazione permetterà di ossidare le sostanze riducenti presenti nell’acqua distillata che potrebbero ridurre il permanganato a biossido di manganese. Terminato il riscaldamento facciamo raffreddare la soluzione con dell’acqua corrente, mescoliamo più volte per inversione al fine di rendere la soluzione omogenea e la conserviamo sotto la postazione di lavoro per evitare la sua decomposizione. Ritiriamo dalla stufa il pesafiltri contenente la sostanza madre Na2C2O4 e il pesafiltri vuoto facendoli raffreddare in essiccatore. Preleviamo dal pesafiltri contenente l’ossalato di sodio una quantità pari a 1.3 – 1.4 g da porre nel pesafiltri vuoto e servendoci di un imbuto si riversi il sale prelevato all’interno di un matraccio tarato da 250 ml, aggiungiamo acqua distillata e nel contempo agitiamo per consentire la completa solubilizzazione del sale. Sciolto tutto il sale portiamo a volume la soluzione e la rendiamo omogenea agitand, come sempre, per inversione. Mediante pipetta tarata da 25 ml preleviamo in un becker da 500 ml 25 ml di soluzione di ossalato di sodio e aggiungiamo contemporaneamente acqua distillata per diluire la soluzione, fino ad un volume finale di 100 ml, e 20 ml di acido solforico (1: 4) per acidificare l’ambiente di reazione. Facciamo riscaldare dolcemente la soluzione su piastra al fine di aumentare la velocità di reazione della titolazione. A questo punto titoliamo la soluzione di ossalato fino ad una debole colorazione rosa persistente per almeno 30 secondi. Qualora bastassero poche gocce per osservare il rosa interrompiamo la titolazione riportando la soluzione a riscaldamento per farle raggiungere la temperatura ideale. Annotiamo il volume aggiunto e calcoliamo il titolo della soluzione di KMnO4 eseguendo almeno tre prove indipendenti.

DOSAGGIO DEL SALE DI MOHR IN MISCELA INCOGNITA

Dopo aver ritirato il pesafiltri contenente il sale di Mohr impuro e averlo fatto raffreddare in essiccatore procediamo col dosaggio pesando per differenza circa 1 g di campione incognito. Questa quantità serve ad eseguire una prima analisi che consentirà di calcolare la massa di campione da prelevare per utilizzare nelle seguenti un volume di titolante compreso tra 20 – 22 ml. Trasferiamo il contenuto in una beuta da 300 ml aggiungendo prima 20 – 30 ml di acqua distillata per solubilizzarlo, poi 20 ml di H2SO4 e 5 ml di H2PO4 per acidificare l’ambiente di reazione. Avvinata e azzerata con precisione la buretta si proceda con la titolazione come descritto precedentemente per la standardizzazione fino alla percezione di un lieve ma persistente colore rosa. Dal volume di KMnO4 consumato nella titolazione, dal suo titolo e dalla quantità di campione pesato inizialmente possiamo calcolarci la percentuale media di sale di Mohr delle tre prove effettuate.

DATI SPERIMENTALI PREPARAZIONE E STANDARDIZZAZIONE DI UNA SOLUZIONE 0.1 N DI KMnO4 m ( massa ossalato di sodio ) = 1.3109 g NUMERO PROVA PROVA 1 PROVA 2 PROVA 3

VOLUME IPOTETICO (ml) 14.20 14.10 14.10

CORREZIONE DI VOLUME (ml) 0.0191 0.0191 0.0191

VOLUME CORRETTO (ml) 14.22 14.12 14.12

DOSAGGIO DEL SALE DI MOHR IN MISCELA INCOGNITA NUMERO PROVA NUMERO PROVA 1 PROVA2 PROVA PROVA 3 PROVA 1 PROVA 2 PROVA 3

MASSA PESAFILTRI INIZIALE (g) VOLUME 19.0046 IPOTETICO 18.2039(ml) 16.5220 10.00 21.10 20.90

MASSA PESAFILTRI FINALE (g) CORREZIONE 18.2026 DI VOLUME 16.5197 (ml) 14.8342 0.0089 0.0191 0.0191

MASSA MISCELA PRELEVATA (g) VOLUME 0.8020 CORRETTO (ml) 1.6902 1.6878 10.01 21.12 20.92

ELABORAZIONE DATI SPRIMENTALI PREPARAZIONE DI UNA SOLUZIONE 0.1 N DI KMnO4

Conoscendo la concentrazione e il volume della soluzione diluita da preparare e inoltre la massa equivalente del permanganato di potassio si può risalire alla quantità in grammi di sale da prelevare sfruttando la seguente relazione: Cdiluito × Vdiluito = eq (KMnO4) Cdiluito = 0.1 N Vdiluito = 500 ml M.E. = P.M. / neq = ( 158.03 g / mol ) / ( 5 eq / mol ) = 31.61 g / eq M ( KMnO4 ) = eq ( KMnO4 ) × M.E. ( KMnO4 ) = 1.58 g ≈ 1.6 g

CALCOLO DELLA NORMALITA’ DELLA SOLUZIONE DI Na2C2O4 Conoscendo il volume finale della soluzione di ossalato, la massa d’ossalato prelevata e la sua massa equivalente si calcola la concentrazione della soluzione contenuta nel matraccio: Vfin = 250 ml M (Na2C2O4) = 1.3071 g M.E. = P.M. / η = (134.00 g / mol) / (2 eq / mol) = 67.0 g / eq

CN = (M / M.E.) / Vfin = 0.0780 N

STANDARDIZZAZIONE DELLA SOLUZIONE 0.1 N DI KMnO4 Al punto equivalente  CN (Na2C2O4) × V (Na2C2O4 ) = CN (KMnO4) × V (KMnO4) Ciò implica  eq (Na2C2O4) = eq (KMnO4) Avendo prelevato 25 ml (V˚) della soluzione di ossalato per formare una soluzione diluita con acqua distillata fino a 100 ml, possiamo determinare gli equivalenti di ossalato presenti in soluzione: eq (KMnO4) = eq (Na2C2O4) = CN (Na2C2O4) × V˚ = 1.95 × 10-3 eq CN (KMnO4) = eq (KMnO4) / V (KMnO4)

NUMERO PROVA

EQUIVALENTI KMnO4 (eq)

VOLUME CORRETTO KMnO4 (ml)

NORMALITA’ KMnO4 (N)

PROVA 1 PROVA 2 PROVA 3

1.95 × 10-3 1.95 × 10-3 1.95 × 10-3

14.22 14.12 14.12

0.1371 0.1381 0.1381

< CN >

0.1377 N

DOSAGGIO DEL SALE DI MOHR IN MISCELA INCOGNITA Al punto equivalente  eq ( sale di Mohr ) = × V (KMnO4)

NUMERO PROVA PROVA 1 PROVA 2 PROVA 3

VOLUME CORRETTO KMnO4 (ml) 10.01 21.12 20.92

NORMALITA’ MEDIATA KMnO4 (N) 0.1377 0.1377 0.1377

EQUIVALENTI SALE DI MOHR (eq) 1.38 × 10-3 2.90 × 10-3 2.88 × 10-3

M: massa miscela prelevata M’: quantità sale di Mohr riscontrata M.E. (sale di Mohr) = P.M. / η = (392.14 g / mol) / (1 eq / mol) = 392.14 g / eq M’ = eq (sale di Mohr) × M.E. (sale di Mohr)

NUMERO PROVA PROVA 1 PROVA 2 PROVA 3

EQUIVALENTI SALE DI MOHR (eq) 1.39 × 10-3 2.90 × 10-3 2.88 × 10-3

QUANTITA’ SALE DI MOHR RISCONTRATA (g) 0.5411 1.1372 1.1293

% sale di Mohr = (M’ / M) × 100

NUMERO PROVA PROVA 1 PROVA 2

QUANTITA’ SALE DI MOHR RISCONTRATA (g) 0.5411 1.1372

MASSA MISCELA PRELEVATA (g) 0.8020 1.6902

PERCENTUALE SALE DI MOHR (%) 67.50 67.30

PROVA 3

1.1293

1.6878

< % sale di Mohr> =

67.00

67.27 %

CONCLUSIONI Dalle tre prove distinte sono stati riscontrati i seguenti valori percentuali di sale di Mohr: 1. % sale di Mohr = 67.5 2. % sale di Mohr = 67.3 3. % sale di Mohr = 67.0 La media delle tre prove permette di osservare una quantità in percentuale di sale di Mohr pari al 67.3 %, la cui deviazione standard risulta essere: 0.2055...