Il significato dei volumi nell’acqua ossigenata: esercizi pratici

Nel mondo della chimica, la concentrazione di una soluzione di acqua ossigenata (con un peso molecolare di 34.014 g/mol) viene espressa in volumi, ovvero i litri di ossigeno a STP che si sviluppano da 1.0 L di soluzione di H2O2. Questo metodo rende nota la quantità di ossigeno prodotta dalla decomposizione del perossido di idrogeno. Tale decomposizione avviene secondo la reazione:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

Da questo rapporto stoechiometrico, si deduce che 2 moli di perossido di idrogeno corrispondono a 2 moli di acqua e 1 mole di ossigeno molecolare. La massa di perossido di idrogeno corrispondente a due moli è pari a: massa di acqua ossigenata = 2 mol ∙ 34.014 g/mol = 68.03 g. Dalla stessa quantità di perossido di idrogeno si ottiene 1 mole di ossigeno, che alle condizioni standard (temperatura di 273 K e pressione di 1 atm) corrisponde a un volume di 22.4 L (volume molare in condizioni standard).

Esercizi pratici

1)

Calcolo della concentrazione in volumi di una soluzione acquosa di acqua ossigenata con concentrazione molare pari a 1.75 M:

Con una concentrazione di 1.75 M, la soluzione contiene 1,75 moli di H2O2 in 1 L di soluzione. Pertanto, la massa di acqua ossigenata è: 1.75 mol ∙ 34.014 g/mol = 59.52 g. Dato che da 68.03 g di acqua ossigenata si ottengono 22.4 L di ossigeno, il volume di ossigeno sarà 22.4 L ∙ 59.52 g/ 68.03 g= 19.6 L. Quindi, il rapporto tra il volume di ossigeno prodotto e il volume di soluzione è 19.6 L / 1 L = 19.6, indicando che la concentrazione della soluzione equivale a 19.6 volumi.

2)

Calcolo della concentrazione in volumi di una soluzione acquosa di perossido di idrogeno al 12% (m/V):

Una soluzione al 12% (m/V) contiene 12 g di H2O2 in 100 mL di soluzione, quindi in 1 L di soluzione si ha un contenuto di 120 g di H2O2. Utilizzando il rapporto tra la massa di acqua ossigenata e il volume di ossigeno, otteniamo un valore di 39.5 volumi per la concentrazione della soluzione.

3)

Determinazione della concentrazione in g/L di una soluzione di acqua ossigenata titolata a 24 volumi:

Con un titolo di 24 volumi, un litro di soluzione sviluppa 24 L di O2, che corrispondono a 24/ 22.4 = 1.07 moli di O2. Di conseguenza, la concentrazione di tale soluzione è di 72.8 g/L.

4)

Calcolo della concentrazione in volumi di una soluzione acquosa di perossido di idrogeno 4.0 N:

In una soluzione 4.0 N di acqua ossigenata, ci sono 4.0 equivalenti per litro di soluzione, dove l’equivalente è pari al rapporto tra la massa di soluto e il peso equivalente. Utilizzando la formula P.E. = peso molecolare/n, con n uguale a due per l’acqua ossigenata, si trova che il peso equivalente dell’acqua ossigenata è 17.0. Di conseguenza, in una soluzione 4.0 N ci sono 68.0 g di acqua ossigenata. Utilizzando il rapporto tra la massa di acqua ossigenata e il volume di ossigeno, si ottiene una concentrazione della soluzione corrispondente a 22.4 volumi.

Questi esercizi pratici mostrano come calcolare e comprendere la concentrazione della soluzione di acqua ossigenata in volumi, permettendo una migliore comprensione delle applicazioni pratiche di questo importante concetto chimico.