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Problemas de química analítica

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Volumetrías redox

1. Una masa de 0,5000 g de un elemento puro X, se transforma en X(+4) y necesitó 50,00 ml de permanganato de potasio 0,2000 M, para pasar a
 XO4(-1). Halla la masa atómica de X.
 
X(+4)  +  MnO4(-)  +  H(+)  ===   XO4(-)  +  Mn(+2)  +  H2O(sin ajustar)
 
Cátodo: MnO4(-)  + 8H(+)  + 5e-  ==   Mn(+2)  + 4 H2O
 
Ánodo:  X(+4)  +  4H2O           ===  XO4(-)  + 8H(+)  + 3 e-
 
Normalidad del permanganato= 0,2 mol/L x 5 eq/mol = 1,000 N
 
El punto final de la valoración se toma como punto de equivalencia y se cumple:
 nº de eq. reductor = nº eq oxidante = VxN
nº eq reductor = 0,05L x 1 eq/L = 0,05 eq
 
masa / Peso eq  = nº eq
 
0,5 / (Pa/3) = 0,05
 
Pa = 30,00 uma
 
2. Una muestra de acero de masa 1,800 g se disuelve convenientemente hasta tener Mn(+2) en disolución.
Se valora con una disolución de KMnO4 0,01200 M siendo necesarios 25,00 ml para alcanzar el punto final. Halla el % de manganeso en la muestra.
 
Reacción sin ajustar:
 
Mn(+2) + MnO4(-) + H(+) ==   MnO2  +  H2O
 
Ánodo:  Mn(+2)  + 2 H2O  ===   MnO2  + 4H(+) + 2e-
 
Cátodo: MnO4(-) + 4H(+) + 3e-  === MnO2 + 2 H2O
 
La normalidad del MnO4(-) será:
 
N= 0,012 mol/L x 3 eq /mol = 0,03600 N
 
nº eq ox = nº eq red
 
0,025L x 0,036 eq/L = 9E-4 eq red
 
masa de Mn = 9E-4 eq x (55,00/2) g/eq = 0,02475 g Mn
 
% peso = 0,02475/1,8  x 100  = 1,38 %.
 
 
3. Un acero al cromo de masa 0,5000 g se disuelven en un ácido oxidante, formando cromato. A la disolución se le añade 50,00 ml de hierro(II) 0,1000N.
El hierro(II) sobrante se valora con Ce(IV) 0,08300 precisando 33,40 ml para su valoración. Halla el % de cromo en el acero.
 
Reacción sin ajuste:
 
CrO4(-2)  + Fe(II) + H(+) == Cr(III) + Fe(III) + H2O
 
Cátodo: CrO4(-2) + 8H(+) +3e- == Cr(III) + 4H2O
 
Ánodo: Fe(II)  ===  Fe(III) + 1e-
 
nº eq cromato= nº eq totales - nº eq exceso
 
nº eq CrO4(-2) = 0,05L x 0,1eq/L - 0,083eq/Lx0,0334 L
 
nº eq CrO4(-2) = 2,228E-3 eq
 
masa Cr = 2,228E-3eqx(PMCrO4/3)g/eq x
x 1PM(Cr)/1PM(CrO4)
 
masa Cr = 2,228E-3x 52 /3 = 0,03966 g Cr
 
% peso = 0,03966/0,5  x 100 = 7,72% 
 
4. Una disolución ácida  contiene cromato de talio, Tl2CrO4. Se valora con Fe(II) 0,1004 N, precisando 40,60 ml para alcanzar el punto final.
Hallar la masa de talio en la disolución primitiva.
 
Reacción sin ajuste:
CrO4(-2) + Fe(II) + H(+) ===  Cr(III) + Fe(III)  + H2O
 
Cátodo: CrO4(-2) + 8 H(+) + 3e- ===  Cr(III) + 4H2O
 
nº eq oxidante = nº eq de reductor
 
nº eq ox = 0,0406L x 0,1004 eq/L = 4,076E-3 eq
 
m cromato de talio = 4,076E-3 eq x (PM(cromato)/3) g/eq
m talio = 4,076E-3 x PMcromato/3 x 2PMtalio/PMcromato
 
m talio = 4,076E-3 x 2/3 x 204,4 = 0,5554 g talio.
 
 
5.  Un acero al manganeso de masa 2,000 g se trata convenientemente hasta obtener Mn(II); a continuación se oxida hasta MnO4(-) y se valora con una disolución de arsenito sódico 0,04000 M , gastándose 43,80 ml. Halla el % de manganeso en la muestra.
 
Reacción sin ajuste:
MnO4(-) + AsO2(-) + H(+) == Mn(II) + AsO3(-) + H2O
 
Cátodo: MnO4(-) + 8H(+) +5e-== Mn(II) + 4H2O
 
Ánodo: AsO2(-) + H2O ==AsO3(-) + 2H(+) + 2e-
 
N arsenito = 0,04mol/L x 2 eq /mol=0,08000 N
 
nº eq oxidante = nº eq reductor
 
nº eq ox = 0,0438L x 0,08 eq/L =
 0,003504 eq MnO4(-)
 
masa Mn = 0,003504 eq MnO4(-) x(PM permang/5)g/eq x 55 g Mn/PMpermang = 0,03854 g Mn
 
% peso Mn = 0,03854/2  x 100 = 1,927%
 
6. Una muestra impura de arsénico de masa 0,4191 g se trata con un reductor en medio ácido, formando cloruro arsenioso que se valora con yodo(triyoduro) 0,04489 M gastándose 37,06 ml. Halla el % de arsénico en forma de trióxido de diarsénico.
 
Reacción sin ajuste : As(+3) + I2  ===  As(+5)  + I(-)
 
el I2 está en forma de I3(-)
 
Cátodo:   I2  + 2e- ==  2I(-)
 
Ánodo:  As(+3)  ==  As(+5)  + 2e-
 
Normalidad I2=0,04489 mol/L x 2 eq/mol = 0,08978 N
 
 
nº eq red = nº eq ox
 
nº eq red = VxN= 0,03706L x 0,08978eq/L = 3,327E-3 eq
 
As2O3 + 2H2O === As2O5  + 4H(+) + 4e-
 
masa As2O3= 3,327E-3eq x (197,84/4)g/eq=0,1646 g
 
%peso As2O3= 0,1646/0,4191 x100 = 39,26 %
 
 
7. Halla la masa de As2O3 que se debe utilizar para preparar 200,00 ml de disolución de arsenito sódico 0,1000N.
 
AsO2(-) +H2O    == AsO3(-) + 2H(+) +2e-
 
m= 0,1eq/L x 0,2L x (PMarsenito/2)g/eq x
x 1PMAs2O3/2PMarsenito
 
m = 0,1 x 0,2 x 197,82/4 =  0,9891 g As2O3
 
 
7. Una muestra de masa 0,4000g contiene óxido arsenioso y óxido arsénico e inertes. Se disuelve en una base fuerte y se valora con yodo 0,1010N gastándose 32,04 ml. Después se añade ácido fuerte e yoduro  en exceso, el yodo liberado se tituló con tiosulfato sódico 0,1000N consumiendo 38,93 ml hasta el punto final.
Hallar los % en la muestra.
 
AsO2(-) + I2  ===  AsO3(-)  + I(-)
 
nº eq oxidante = nº eq reductor
 
nº eq red= 0,03204L x 0,1010eq/L = 3,236E-3 eq
 
masa As2O3= 3,236E-3eq x (197,84/4)g/eq = 0,1600 g  
 
%peso As2O3=0,16/0,4 x 100 = 40,00%
 
 
AsO3(-)   +  I(-)  ==  I2  + AsO2(-)
 
I2  +  S2O3(-2)  ==  I(-)  +  S4O6(-2)
 
nº eq S2O3(-2) = nº eq I2 = nº eq totales
 
 nº eq totales=nº eq As(+3)  +  nº eq As(+5)
 
0,03893Lx0,1eq/L = 3,236E-3 eq  + nº eq As(+5)
 
nº eq As(+5) = 6,54E-4 eq
 
masa As2O5 = 6,54E-4 eq x (229,84/4)g/eq= 0,03758 g
 
% As2O5 = 0,03758/0,4 x100 =9,395% As2O5
 
 
8. Una muestra de 0,2000 g  de X2O3 se disuelve en ácido  y se valora con KMnO4 0,1582 N gastándose 42,97 ml. Halla la masa atómica de X.
 
X2O3 + 2H2O === X2O5 + 4H(+) + 4e-
 
nº eq ox = nº eq red
 
0,04297 L x 0,1582 eq/L = 6,799E-3 eq
 
masa = nº eq x Peq
0,2 = 6,799E-3 eq x Peq
Peq= 29,42 g/eq
Peq=Pm/4
Pm= 117,7
2xPa + 3x16 = 117,7
Pa= 34,83 uma
 
 
9. Una muestra de masa 0,3600 g sólo contiene un óxido de hierro. Se Trata y se valora en medio ácido con K2CrO4 0,01750M, gastándose 44,40 ml hasta el punto final.
Halla la fórmula empírica del óxido.
 
Reacción sin ajuste:
 
Fe(+2) + Cr2O7(-2) +14H(+) = Fe(+3) + Cr(+3) + H2O
 
Cátodo: Cr2O7(-2) +14H(+) +6e- == 2Cr(+3) +7H2O
 
Ánodo: Fe(+2) ===  Fe(+3) +1e-
 
N dicromato=0,01750eq/Lx6eq/mol= 0,1050 N
 
nº eq red = nº eq ox
 
nº eq red= 0,4662L x0,1050 eq/L =46,62E-4 eq Fe(+2)
 
masa Fe(+2) = 46,62E-4 eq x 55.85 g/eq= 0,2604 g
 
masa oxígeno= 0,3600-0,2604= 009963 g
 
Fe: 0,2604/55,85 = 4,662E-3 mol----- 1------- 3
O: 0,09963/16= 6,226E-3 mol--------1,33----- 4
 
Fórmula empírica: Fe3O4
 
 
10. Un litro de disolución contiene sólo agua y etanol. Se toma una alícuota de 25,00 ml y se destila, recogiendo los vapores de eatanol sobre un exceso conocido de dicromato potásico, 50,00 ml 0,02000M.
A continuación, se le añaden 20,00 ml de Fe(+2)
0,1253 N y el exceso de hierro se valora con 7,46 ml de dicromato potásico 0,02000M hasta el punto final.
Halla la masa de etanol en la disolución original.
 
Reacciones sin ajuste:
CH3CH2OH + Cr2O7(-2) == CH3COOH + Fe(+3) 
 
Cr2O7(-2) + Fe(+2) ==  Cr(+3) +Fe(+3)
 
Ánodo: CH3CH2OH + H2O = CH3COOH + 4H(+) +4e-
 
nº eq dicromato= nº eq etanol + nº eq hierro neto
 
nº eq hierro total=nº eq neto + nº eq exceso
 
Ndicromato = 0,02 mol/L x 6 eq/mol = 0,1200 N
 
0,02Lx 0,1253eq/L = nº eq neto + 0,00746Lx0,12eq/L
nº eq neto= 1,611E-3 eq Fe(+2)
 
nº eq etanol = 0,05Lx0,12 eq/L - 1,611E-3 eq
nº eq etanol= 4,389E-3
 
Factor alícuota= 1000/25
nº eq etanol inicial = 0,1756 eq
 
masa = 0,1756 eq x(46/4) = 2,019 g etanol
 
 
11. Una alícuota de 50,00 ml contiene Mn(II) se valora en medio ligeramente básico con permanaganato de potasio 0,01200M, gastándose 27,75 ml hasta el punto final.
Halla la concentración del Mn(II) expresada en g/L.
 
Cátodo: MnO4(-) + 2H2O + 3e- = MnO2 + 4OH(-)
 
Ánodo: Mn(II) + 4OH(-) == MnO2 + 2H2O + 2e-
 
N permanaganto= 0,012 mol/L x 3eq/mol = 0,03600 N
 
nº eq ox = nº eq red
 
nº eq red = 0,02775eq x 0,036 eq/L = 0,001000 eq
 
g/l = 0,001 eq X (54,94/2) g/eq x 1 / 0,05L =0,5494 g/L
 
Concentración Mn(II) = 0,5494 g/L
 
12. Una muestra de acero  de 2,100 g que cotiene manganeso, se oxida con bismutato en medio ácido. Se le añade 50,00 ml de ion ferroso0,02949 N y su exceso se valora con permanganato potásico 0,03000N gastándose 37,70 ml.
Halla el % de manganeso en el acero.
 
Reacciones sin ajuste:
MnO4(-) + Fe(+2) + H(+) === Mn(+2) + Fe(+3)
 
Cátodo: MnO4(-) + 8H(+) + 5e- == Mn(+2) + 4H2O
 
Ánodo: Fe(+2) == Fe(+3) + 1e-
 
nº eq Mn = nº eq total - nº eq exceso
nº eq Mn = 0,05Lx0,0294eq/L  - 0,03777Lx0,03eq/L
nº eq Mn= 3,391E-4 eq
 
masa Mn = 3,391E-4 eq x (55/5)g/eq= 3,730E-3 g
% peso = 3,730E-3/2,1 x 100 = 17,70E-2%
 
13. Una muestra de acero que contiene 1,800% de manganeso se oxida con persulfato, el permanganato que se forma se titula con arsenito sódico 0,02000M gastándose 16,36 ml.
Halla en nº de oxidación final del manganeso.
 
reacción sin ajuste:
 
AsO2(-) + MnO4(-)  == AsO3(-) + Mn(+n)
 
Ánodo: AsO2(-) + H2O ==  AsO3(-) + 2H(+) + 2e-
 
nº eq ox = nº red
nº eq ox = 0,01636L x 0,04 eq/L = 65,44E-5 eq MnO4(-)
 
masa Mn= 1,8/100 x 0,5 = 0,009 g
 
Peq = masa/nº eq
Peq = 0,009/65,44E-5
Peq= 55/n
 
n = 4e-
 
MnO4(-) + 8H(+) + 4e- ==  Mn(+n) + 4H2O
nº oxidación final = 3
 
14. Una muestra pura de As2O3 de masa 0,2005 g de As2O3 se valora con Ce(IV) N normal, gastándose 42,20 ml.
En otro ensayo, 20 ml de Ce(IV) se trata con ioduro potásico y el yodo liberado se titula con tiosulfato N normal, gastándose 25,68 ml.
halla el volumen de disolución de Na2S2O3 necesario para valorar el yiodo liberado a partir de 0,1000 g KIO3, ioduro en exceso en medio ácido.
 
1º.Cálculo de la normalidad del Ce(IV)
 
As2O3 + Ce(+4) ===  As2O5  + Ce(+3)
 
nº eq red = nº eq ox= masa/Peq
nº eq Ce(IV) = 0,2005g/(197,84/4)g/eq=4,060E-3 eq
 
N (Ce+4) = 4,060E-3 eq/42,2E-3 L = 0,09612N
 
2º. Cálculo de la normalidad del tiosulfato
 
Ce(+4) + I(-) == Ce(+3) + I2
 
I2 + S2O3(-2) ===  I(-) + S4O6(-2)
 
nº eq ox= nº eq red
 
nº eq tiosulfato= 0,02L x 0,09612 eq/L = 1,920E-3 eq
 
N(S2O3(-2)) = 1,920E-3 eq/25,68E-3L = 0,07482 N
 
3º. Cálculo del volumen de tiosulfato.
 
IO3(-) + 5I(-) + 6H(+) == 3 I2  + 3H2O
 
Peq(KIO3) = (214/6) g/eq
nº eq red= nº eq ox
nº eq red = masa/Peq = 0,1000 g / (214/6)g/eq
nº eq red= 2,800E-3 eq
Volumen = 2,800E-3 eq x 1000 ml/0,07482 eq = 37,48 ml
Volumen de S2O3(-2) = 37,48 ml