A fine titolazione la concentrazione iniziale della soluzione da titolare risulta essere stata pari a:

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1 Titolazione acido-base Nella pratica di laboratorio è frequente la determinazione del ph incognito di una soluzione. Pensiamo ad esempio di voler conoscere il ph di un campione acquoso derivante da uno scarico industriale. La procedura di analisi quantitativa utilizzata va sotto il nome di titolazione e consiste nell aggiunta alla soluzione da titolare di aliquote progressive di un altra soluzione detta titolante a concentrazione (titolo) noto. Una titolazione acido-base sfrutta una reazione di salificazione tra una sostanza acida e una sostanza basica; la reazione è detta anche di neutralizzazione, in quanto la base è in grado di neutralizzare l acido e viceversa. Supponiamo di voler determinare il ph di una soluzione di HCl a titolo incognito: si aggiungono aliquote via, via crescenti di una base forte a titolo noto (ad esempio NaOH 0,1 M) fino ad equivalenza, fino cioè a completa neutralizzazione dell acido. La reazione che avviene è la seguente: L equilibrio è completamente spostato a destra, trattandosi di una acido e di una base forti e quindi tutte le sostanze sono presenti in soluzione nella loro forma ionica che deriva da processi completi di ionizzazione e di dissociazione: Possiamo semplificare le specie ioniche che compaiono a sinistra e a destra della reazione come se fosse una equazione algebrica; la reazione si riduce a: che rappresenta la reazione inversa a quella di ionizzazione, il cui l equilibrio è quasi completamente spostato a destra. Supponiamo di aggiungere 10 ml di HCl a concentrazione incognita con di NaOH 0,1 M: la soluzione acida viene completamente neutralizzata; lo schema di reazione risulta il seguente: durante fine 0 mol dove il numero di moli di HCl è incognito ma facilmente ricavabile dal momento che è noto il numero di moli di titolante e che è data la stechiometria della reazione. Si ha pertanto che: A fine titolazione la concentrazione iniziale della soluzione da titolare risulta essere stata pari a: Il punto è detto di fine titolazione o di equivalenza e viene evidenziato mediante l impiego di indicatori acido-base che, come già sappiamo, sono molto sensibili a variazioni di ph. In questo caso il ph finale è quello dell acqua neutra. Esercizi: 1) Scrivi le seguenti in forma ionica complessiva e netta:

2 2) Dati i seguenti reagenti, scrivi le equazioni della reazione di neutralizzazione in forma molecolare: a). b). c). 3) Calcola il ph di 20 ml di HCl, neutralizzata da 15 ml di una soluzione o,1 M di NaOH. 4) Quanti ml di NaOH 0,2 M sono necessari per neutralizzare 30 ml di HCl 0,5 M? [40 ml].. 5) Da che volume iniziale di HCl si è partiti se per neutralizzare una soluzione di HCl 0,35 M sono serviti 20 ml di una soluzione di NaOH 0,2 M?.. 6) Calcola il ph di 30 ml di H 2 SO 4, completamente neutralizzata da 40 ml di KOH 0,2 M... 7) Quanti ml di una soluzione di KOH (M=0,15 mol/l) sono necessari per neutralizzare 20 ml di una soluzione di (M=0,15 mol/l)? 8) Calcola le moli di presenti in una soluzione che viene neutralizzata da 15,0 ml di una soluzione di LiOH 0,200 M [1, mol]. 9) In una titolazione 25,0 ml di una soluzione di HCl sono stati neutralizzati da 11,5 ml di una soluzione di NaOH 0,200 M. Qual è la concentrazione della soluzione di acido cloridrico? [0,092 M] 10) In una titolazione 20,0 ml di una soluzione di sono stati neutralizzati da 32,8 ml di una soluzione di KOH 0,100 mol/l. Qual è la concentrazione della soluzione di acido solforico? [0,082 M] 11) Calcola la massa di NaOH disciolta in una soluzione di che viene neutralizzata da 25,0 ml di una soluzione di 0,200 M.

3 12) In una titolazione 40,0 ml di una soluzione di ono stati neutralizzati da 14,7 ml di una soluzione di HCl 0,01000 M. Qual è la concentrazione della soluzione di idrossido di bario espressa in g/l? 13) Calcola la costante di equilibrio della reazione inversa a quella di auto ionizzazione dell acqua... La curva di titolazione Proviamo a calcolare il ph di una soluzione di HCl a cui vengono progressivamente aggiunte aliquote crescenti di NaOH e a riportare i valori ottenuti in funzione del volume di titolante aggiunto. Supponiamo di partire da 10 ml di HCl 0,1 M a cui aggiungiamo via, via 1,2,3,. ml di NaOH 0,1 M. Se inizialmente il ph=1, dopo l aggiunta di 1 ml di una soluzione 0,1 M di NaOH, lo stesso aumenta. Le moli di ioni idrossido aggiunte si calcolano a partire dai dati di volume e molarità, per cui: Le moli di ioni presenti sono invece: Trascuriamo ancora l esiguo numero di moli di ioni idrossido presenti in soluzione per autoionizzazione dell acqua nonché l acqua liquida che si forma: durante - fine 0 mol La soluzione risulta sicuramente acida, dal momento che la quantità di base aggiunta non è stata in grado di neutralizzare tutte le moli di acido presenti. Il calcolo del ph parte proprio dal numero di moli di ioni e dal nuovo volume di soluzione che è diventato pari a 20 ml: Per aggiunta di 2,0 ml di soluzione basica il ph salirà a 1,18, per aggiunta di 3,0 ml sarà invece di 1,27, come risulta dalla tabella che segue. Esercizio: dimostra tutti i valori di ph riportati in ultima colonna per aggiunta di 2, 3, ml di NaOH e completa la tabella che segue. ml NaOH aggiunti mol HCl mol NaOH mol in eccesso [H ] [OH-] ph 0,0 1,0E-03 0,0E00 1,0E-03 1,0E-01 1,0E-13 1,00 1,0 1,0E-03 1,0E-04 9,0E-04 8,2E-02 1,2E-13 1,09 2,0 1,18 3,0 1,27 4,0 1,37 5,0 1,48

4 6,0 1,60 7,0 1,75 8,0 1,95 9,0 2,28 Per aggiunta di 10 ml di NaOH 0,1 M la soluzione acida viene completamente neutralizzata: durante - fine 0 mol E il ph sarà quello dell acqua neutra cioè pari a 7. La soluzione risultante non sarà pertanto né acida né basica, non contenendo alcun eccesso di alcuno dei due reattivi. Per aggiunta di aliquote crescenti di NaOH si passa in ambiente basico, infatti, se i ml di NaOH diventano 11,0 e le corrispondenti moli 1,1 si ha che: durante - fine 0,1 mol Il ph sale bruscamente a 11,68, infatti: Esercizio: dimostra tutti i valori di ph riportati in ultima colonna per aggiunta di 12, 13,0 ml di NaOH e completa la tabella che segue. ml NaOH 0,1 mol HCl mol mol in [H] [OH-] ph M NaOH eccesso 11,0 1,0E-03 1,1E-03 1,0E-04 2,1E-12 4,8E-03 11,68 12,0 11,96 13,0 12,12 14,0 12,22 15,0 12,30 16,0 12,36 17,0 12,41 18,0 12,46 19,0 12,49 20,0 12,52

5 ph Nel grafico seguente, che riporta il ph in funzione del volume di NaOH aggiunto, si osserva come la variazione di ph sia molto lenta prima e dopo il punto di equivalenza corrispondente a ph=7: basteranno allora piccole aliquote di titolante per far variare di molto il valore di ph nell intorno del punto di equivalenza. 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 V NaOH Il salto di ph in corrispondenza del punto di equivalenza (tanto più grande quantoto maggiori sono la forza e la concentrazione dell acido o della base da titolare) viene evidenziato mediante l impiego di indicatori. Nel grafico che segue è stata utilizzata la fenolftaleina: la soluzione incolore fino a ph=8,3 diventa rapidamente rosa a ph superiori, indicando la fine della titolazione. L errore commesso sul volume di titolante aggiunto potrebbe essere leggermente in eccesso. L utilizzo del blu di bromotimolo che vira nell intervallo di ph: 6 7,7 permette di osservare una brusco passaggio dal colore giallo al colore blu, con eventuale piccolo errore in difetto sulla determinazione del volume di NaOH aggiunto. L andamento della curva si ribalta nel caso la soluzione da titolare sia basica e il titolante aggiunto sia acido.

6 Esercizi 1) Determina il ph di una soluzione ottenuta mescolando 14 ml di HCl 0,2 M con 37 ml di NaOH 0,5 M 2) Determina il ph di una soluzione ottenuta mescolando 30 ml di H 2 SO 4 0,5 M con 30 ml di NaOH 0,1 M..