Problema di titolazione acido-base

Quello che segue è un tipico problema nell’analisi di titolazione acido-base di un campione reale. La risoluzione dettagliata del problema viene presentata con una spiegazione approfondita dei passaggi più importanti coinvolti e che può essere facilmente estrapolata alla risoluzione di qualsiasi altro problema di titolazione acido-base, così come altri tipi di titolazioni come precipitometrie o titolazioni redox.

Esistono diversi modi per risolvere questo tipo di problema, ma sottolineeremo l’uso della normalità e il numero di titoli ed equivalenti di titoli al punto finale della titolazione. Ciò consente di risolvere qualsiasi problema di questo tipo seguendo esattamente la stessa procedura, ma cambiando il numero di equivalenti per mole del titolante e il titolante a seconda del tipo di reazione coinvolta nella titolazione.

Il problema in questione consiste in due titolazioni acido-base: una per effettuare la standardizzazione del titolante utilizzando uno standard primario, e la seconda per effettuare l’analisi di un campione reale, quindi è un ottimo approccio al tipo di problemi che devono essere risolti in un vero laboratorio di analisi. Per semplicità non verranno presi in considerazione né gli errori sperimentali né l’analisi statistica dei risultati.

Problema: Analisi di un detergente per water mediante titolazione acido-base

Dichiarazione:

Si vuole analizzare un campione di disincrostante commerciale frequentemente utilizzato per la pulizia dei servizi igienici. Il principio attivo di questo prodotto è l’acido cloridrico (HCl) al 6,75% m/V, e viene analizzato mediante titolazione acido-base con idrossido di potassio.

La soluzione di idrossido di potassio è stata standardizzata titolando un campione contenente 0,4956 g di ftalato acido di potassio, KHC ₈ H ₄ O ₄ o KHP (MM=204,221 g/mol). Durante la titolazione, sono stati consumati 25,15 mL di KOH per raggiungere il punto finale.

Per analizzare il campione, sono stati prima prelevati 10,00 ml di detergente e diluiti a 250 ml con acqua distillata. Quindi, un’aliquota di 25,00 mL di questa soluzione è stata prelevata e titolata con la soluzione di idrossido di potassio precedentemente standardizzata usando fenolftaleina come indicatore. Il punto finale viene raggiunto dopo l’aggiunta di 17,50 mL di titolante. Qual è la concentrazione effettiva di HCl nel detergente per water?

Soluzione:

Come si può vedere, l’obiettivo principale del problema è determinare la concentrazione effettiva di HCl nel detergente per water, che dovrebbe essere intorno al 6,75% m/V. Poiché il campione è troppo concentrato per essere analizzato direttamente, viene diluito prima di essere titolato. Ciò significa che la titolazione del campione non ci darà direttamente la concentrazione che stiamo cercando, ma dobbiamo prima trovare la concentrazione della diluizione e poi, con questa concentrazione, calcoleremo l’effettiva concentrazione iniziale del detergente.

Per poter calcolare la concentrazione della soluzione diluita mediante la titolazione, è obbligatorio conoscere la concentrazione del titolante, in questo caso idrossido di potassio. Tuttavia, questa concentrazione non è fornita direttamente dall’esercizio, ma invece ci fornisce informazioni da un’altra titolazione effettuata con lo stesso agente titolante, ma su un campione noto di potassio idrogeno ftalato o KHP.

Dopo questa analisi, è chiaro che, per risolvere il problema, dobbiamo prima calcolare la concentrazione di idrossido di potassio utilizzando i dati della prima titolazione (la standardizzazione), quindi questo deve essere utilizzato per determinare la concentrazione del campione diluito e, infine, si determina la concentrazione della soluzione concentrata originaria, cioè del campione.

Dati:

• 1a titolazione (standardizzazione KOH)

Il numero di equivalenti per mole (W) di KOH è 1 poiché è una base che ha solo uno ione idrossido, mentre lo ftalato acido di potassio è un sale anfotero che in questo caso agisce come un acido (perché sta reagendo con una base) monoprotico (perché ha un solo protone), quindi ha anche 1 equivalente per mole.

La reazione di titolazione è:

• 2° grado (analisi del campione)

Come lo ftalato, anche l’acido cloridrico è un acido monoprotico, quindi anche il numero di equivalenti per mole di questo acido è 1.

In questo caso la reazione di titolazione è:

• Diluizione

calcoli

Lo scopo dell’utilizzo della normalità invece di un’altra unità di concentrazione quando si risolvono problemi di titolazione è che, al punto finale della titolazione, che si assume essere uguale al punto di equivalenza, è vero che gli equivalenti del titolante sono uguali al equivalenti di laurea. Questo è:

dove il numero di equivalenti può essere ottenuto dalla massa della sostanza e dal suo peso molecolare o dalla sua concentrazione normale come segue:

dove m è la massa, W è il numero di equivalenti per mole, MM è la massa molare, N è la concentrazione normale e V _sol è il volume della soluzione.

Queste tre equazioni sono generalmente sufficienti per risolvere qualsiasi problema di titolazione.

Standardizzazione della soluzione KOH

Le tre equazioni precedenti possono essere combinate in una sola per trovare la concentrazione normale della soluzione di idrossido di potassio, cioè del titolante. Al punto finale della standardizzazione, lo sostiene

Titolazione dell’aliquota del campione diluito

Ora che abbiamo la concentrazione del titolante, possiamo usarla per determinare la concentrazione di HCl nell’aliquota. Combinando ancora la relazione degli equivalenti al punto finale con la formula di normalità, possiamo scrivere:

Diluizione

Abbiamo già trovato la concentrazione dell’aliquota titolata, che corrisponde alla concentrazione della soluzione diluita del campione originale. Ora abbiamo solo bisogno di usare l’equazione di diluizione per determinare la concentrazione della soluzione madre originale.

Questo è l’accordo che stavamo cercando. Non resta che convertirlo in percentuale m/V per confrontarlo con il valore riportato in etichetta. Per questo, consideriamo che la soluzione contenga 1.689 equivalenti di HCl in 1 L = 1000 mL di soluzione. Questo, insieme alla massa molare dell’HCl e al numero di equivalenti per mole consentirà di calcolare la percentuale m/V:

La concentrazione effettiva di HCl nell’ablatore testato è di 6,158% m/V e questo è solo leggermente diverso dal nostro Se confrontiamo questo valore con i valori più probabilmente completi

Riferimenti

Ahumada Forigua, DA, Morales Erazo, LV, Abella Gamba, JP, & Gonzalez Cardenas, IA (2019). Tecniche di titolazione acido-base: considerazioni metrologiche. Giornale colombiano di chimica , 48 (1), 26–34. Estratto da https://www.redalyc.org/jatsRepo/3090/309058491010/309058491010.pdf

Saggezza (nd). Titolazione ACIDO-BASE ed esercizi di titolazione REDOX. Estratto da https://sapiencia-web.blogspot.com/p/itulacion.html

Skoog, DA, West, DM, Holler, J. e Crouch, SR (2021). Fondamenti di chimica analitica (9a edizione). Boston, Massachusetts: Cengage Learning.

Laboratorio Chimico TP. (2015, 15 novembre). Titolazioni acido-base . Estratto da https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/acidos-y-bases/titulaciones-acido-base.html

Jiménez, AG, e Hernández, AR (sf). Sostanze standard per la standardizzazione di acidi e basi Estratto da http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/DOCUMENTOPATRONESPRIMARIOSACIDOBASE_34249.pdf