Calcolo del ph di soluzioni di acidi e basi monoprotici

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Eloisa Federici
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1 ESERCITAZIONE 6 1

2 Calcolo del ph di soluzioni di acidi e basi monoprotici ACIDI e BASI FORTI Un litro di soluzione acquosa contiene moli di HClO 4. Calcolare il ph della soluzione e le concentrazioni di tutte le specie presenti. 1. Individuare le reazioni presenti: HClO 4 + H O H 3 O + + ClO 4. Individuare le concentrazioni note e quelle incognite: La concentrazione iniziale di HClO 4 è: [HClO 4 ] 0 = ( mol / 1 l) = mol/l H O H 3 O + + OH Dal momento che HClO 4 è un acido forte, completamente dissociato in soluzione, risulta: [ClO 4 ] = [HClO 4 ] 0 = c 0 = mol/l Le concentrazioni incognite sono: [H 3 O + ] e [OH ]

3 3. Scrivere un numero di equazioni pari al numero delle incognite: a) K W = [H 3 O + ] [OH ] = prodotto ionico dell acqua b) [H 3 O + ] = [OH ] + [ClO 4 ] = [OH ] + c 0 condizione di elettroneutralità della soluzione 4. Risoluzione del sistema a equazioni e incognite: dalla b): [OH ] = [H 3 O + ] c 0 sostituendo nella a): K W = [H 3 O + ] ([H 3 O + ] - c 0 )= si ricava: K W = [H 3 O + ] - c 0 [H 3 O + ] [H 3 O + ] - c 0 [H 3 O + ] K W = 0 ( ) c c 4K [H 3 O + 0 ± 0 + W ] = 3

4 5. Si può scegliere una risoluzione approssimata: ipotesi semplificativa: la soluzione avrà un carattere acido. Se [H 3 O + ]>> [OH ] è possibile trascurare [OH ] nella equazione b): quindi, [H 3 O + ] = [ClO 4 ]. Questa approssimazione significa trascurare gli ioni H 3 O + derivanti dall autoprotolisi dell acqua. [H 3 O + ] = [ClO 4 ] = c 0 = M ph = -Log 10 [H 3 O + ] = 3.00 (ph acido) Dalla a): [OH ] = K W / [H 3 O + ] = 1, / 1, =1, mol/l da cui: [OH ] << [H 3 O + ] (ipotesi verificata) Questa risoluzione approssimata è lecita per valori di c 0 > 1, mol/l. Infatti nell equazione di secondo grado [H 3 O + ] = c ( c 4K ) 0 ± 0 + W per c 0 > mol/l il secondo termine sotto radice (4K W ) è trascurabile rispetto 4 al primo (c 0 ), per cui: [H 3 O + ] = c 0

5 Quindi per acidi e basi forti, se la concentrazione iniziale della acido [Acido] 0 o della base [Base] 0 è > 10-6 M, si possono trascurare gli ioni H 3 O + o OH - derivanti dall autoprotolisi dell H O. Allora: per soluzioni acide: [H 3 O + ] = [Acido] 0 ph = -Log 10 [Acido] 0 per soluzioni basiche: [OH - ] = [Base] 0 poh = -Log 10 [Base] 0 Se la concentrazione iniziale è < 10-6 M, non si può trascurare l autoprotolisi dell H O e quindi non si possono fare approssimazioni e si risolve l equazione di grado. 5

6 Calcolare il ph di una soluzione di HCl M. Il ph non può essere calcolato applicando direttamente la relazione: ph = -Log 10 [Acido] 0 = - Log = 8.00 perché la soluzione risulterebbe basica. In questo esempio, data la bassa concentrazione dell acido, non si può trascurare l autoprotolisi dell acqua. 1. Individuare le reazioni presenti: HCl + H O H 3 O + + Cl H O H 3 O + + OH. Individuare le concentrazioni note e quelle incognite: Dal momento che HCl è un acido forte, completamente dissociato in soluzione, risulta: [Cl ] = [HCl] 0 = c 0 = mol/l Le concentrazioni incognite sono: [H 3 O + ] e [OH ] 3. Scrivere un numero di equazioni pari al numero delle incognite: a) K W = [H 3 O + ] [OH ] = prodotto ionico dell acqua b) [H 3 O + ] = [OH ] + [Cl ] = [OH ] + c 0 condizione di elettroneutralità della soluzione 6

7 4. Risoluzione del sistema a equazioni e incognite: dalla b): [OH ] = [H 3 O + ] c 0 sostituendo nella a): K W = [H 3 O + ] ([H 3 O + ] c 0 )= si ricava: K W = [H 3 O + ] - c 0 [H 3 O + ] [H 3 O + ] - c 0 [H 3 O + ] K W = 0 [H 3 O + ] = mol/l ph = - Log 10 [H 3 O + ] = 6.98 (ph leggermente acido) [OH ] = K W / [H 3 O + ] = (1, / 1, ) = mol/l 7

8 BASE FORTE Calcolare il ph di una soluzione di NaOH M. 1. Individuare le reazioni presenti: NaOH Na + + OH H O H 3 O + + OH. Individuare le concentrazioni note e quelle incognite: Dal momento che NaOH è una base forte, completamente dissociata in soluzione, risulta: [Na + ] = [NaOH] 0 = c 0 = mol/l Le concentrazioni incognite sono: [H 3 O + ] e [OH ] 3. Scrivere un numero di equazioni pari al numero delle incognite: a) K W = [H 3 O + ] [OH ] = prodotto ionico dell acqua b) [H 3 O + ] + [Na + ] = [OH ] condizione di elettroneutralità della soluzione 8

9 4. Si possono fare delle ipotesi semplificative: la soluzione avrà un carattere basico. Se: [OH ]>> [H 3 O + ] posso trascurare [H 3 O + ] nella equazione b): quindi, [Na + ] = [OH ]. Questa approssimazione significa trascurare gli ioni OH derivanti dall autoprotolisi dell acqua. [Na + ] = [OH ] = M poh = 1.08 ph = 14- poh = 1.9 (ph basico) 9

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