A um estudante é dada uma amostra em pó contendo uma mistura de \mathrm{As}_{2} \mathrm{O}_{3} e \mathrm{As}_{2} \mathrm{O}_{5}, junto com outras impurezas inertes. O estudante pesou 1,0150 \mathrm{~g} desta amostra e dissolveu cuidadosamente em uma solução ácida, tamponou em pH e titulou com uma solução de iodo 0,0510 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}. A viragem da cor do amido aconteceu com 28,50 \mathrm{~mL} da soluçāo de iodo.Em seguida, a soluçāo é tornada fortemente ácida com HCl e um excesso de KI é adicionado. O iodo liberado foi titulado com uma solução padrão de tiossulfato de sódio 0,4550 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}, gastando-se 12,50 \mathrm{~mL} para se atingir o ponto final com a viragem de cor do iodo. Quais são as porcentagens de \mathrm{As}_{2} \mathrm{O}_{3} e \mathrm{As}_{2} \mathrm{O}_{5} na amostra?

Passo 1

O enunciado dá uma amostra de massa total 1,0150\,\mathrm g contendo apenas \mathrm{As_2O_3}, \mathrm{As_2O_5} e impurezas inertes. Primeiro titula-se com \mathrm{I_2} em meio ácido tamponado, o que oxida só o \mathrm{As(III)} de \mathrm{As_2O_3} a \mathrm{As(V)}. Depois, em meio fortemente ácido, adiciona-se excesso de \mathrm{KI}, reduzindo o \mathrm{As_2O_5} a \mathrm{As_2O_3} e liberando \mathrm{I_2}, que se volta a titular com tiossulfato. Vamos usar reações redox, volumes e concentrações das titulantes para achar os mols de cada óxido e daí suas massas e porcentagens.

Passo 2

No 1º ensaio, o \mathrm{I_2} oxida o \mathrm{As_2O_3} segundo as semi-reações:
\text{Oxidação: } \mathrm{As_2O_3\to As_2O_5 + 4e^-}çã
\text{Redução: } \mathrm{I_2 + 2e^- \to 2I^-}çã
Para remover 4 elétrons é preciso 2 mol de \mathrm{I_2} por mol de \mathrm{As_2O_3}.
Volume de \mathrm{I_2}:
V_1 = 28{,}50~\mathrm{mL}=0{,}02850~\mathrm L,\quad C_1=0{,}0510~\mathrm{mol\,L^{-1}}
Mols de \mathrm{I_2}:
n(\mathrm{I_2})_1 = V_1\,C_1 = 0{,}02850\cdot0{,}0510 = 0{,}0014535~\mathrm{mol}
Logo, mols de \mathrm{As_2O_3}:
n(\mathrm{As_2O_3}) = \frac{n(\mathrm{I_2})_1}{2} = \frac{0{,}0014535}{2} = 0{,}00072675~\mathrm{mol}

Passo 3

No 2º ensaio, em forte ácido o \mathrm{I^-} reduz o \mathrm{As_2O_5} a \mathrm{As_2O_3} liberando \mathrm{I_2}:
\mathrm{As_2O_5 + 4I^- + 4H^+ \to As_2O_3 + 2I_2 + 2H_2O}
Cada mol de \mathrm{As_2O_5} gera 2 mol de \mathrm{I_2}. Títula-se esse \mathrm{I_2} com \mathrm{S_2O_3^{2-}} pela reação
\mathrm{I_2 + 2\,S_2O_3^{2-} \to 2I^- + S_4O_6^{2-}}
Volume de tiossulfato:
V_2 = 12{,}50~\mathrm{mL}=0{,}01250~\mathrm L,\quad C_2=0{,}4550~\mathrm{mol\,L^{-1}}
Mols de \mathrm{S_2O_3^{2-}}:
n(\mathrm{S_2O_3^{2-}}) = V_2\,C_2 = 0{,}01250\cdot0{,}4550 = 0{,}0056875~\mathrm{mol}
Isso corresponde a
n(\mathrm{I_2})_2 = \frac{n(\mathrm{S_2O_3^{2-}})}{2} = \frac{0{,}0056875}{2} = 0{,}00284375~\mathrm{mol}
e daí
n(\mathrm{As_2O_5}) = \frac{n(\mathrm{I_2})_2}{2} = \frac{0{,}00284375}{2} = 0{,}001421875~\mathrm{mol}

Passo 4

Agora convertemos mols em massa e depois em porcentagem na amostra de 1,0150\,\mathrm g.
Massa molar de \mathrm{As_2O_3}:
M(\mathrm{As_2O_3}) = 2\cdot74{,}92 + 3\cdot16 = 197{,}84~\mathrm{g/mol}
Massa de \mathrm{As_2O_3}:
m(\mathrm{As_2O_3}) = 0{,}00072675\cdot197{,}84 = 0{,}1438~\mathrm g
Massa molar de \mathrm{As_2O_5}:
M(\mathrm{As_2O_5}) = 2\cdot74{,}92 + 5\cdot16 = 229{,}84~\mathrm{g/mol}
Massa de \mathrm{As_2O_5}:
m(\mathrm{As_2O_5}) = 0{,}001421875\cdot229{,}84 = 0{,}3269~\mathrm g
Porcentagens:
\%\mathrm{As_2O_3} = \frac{0{,}1438}{1{,}0150}\times100 = 14{,}17\%\quad\%\mathrm{As_2O_5} = \frac{0{,}3269}{1{,}0150}\times100 = 32{,}20\%

Resposta

A amostra contém 14,17 % de \mathrm{As_2O_3} e 32,20 % de \mathrm{As_2O_5}.

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