LEZIONE 4 IDROLISI DEI SALI

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1 LEZIONE 4 IDROLISI DEI SALI IDROLISI DEI SALI Nelle lezioni precedenti abbiamo considerato gli acidi e le basi sia forti che deboli ed abbiamo calcolato il PH delle loro soluzioni. Ma, cosa succede se facciamo reagire un acido con una base? La risposta è semplice: si forma sempre un sale ed acqua. Se infatti facciamo reagire HCl con NaOH si ha la reazione tra un ACIDO FORTE + BASE FORTE: HCl + NaOH > NaCl + H?O si è formato il sale cloruro di sodio e acqua. Fecendo reagire acido acetico CH?COOH ed idrossido di sodio abbiamo una reazione tra un ACIDO DEBOLE ED UNA BASE FORTE CH?COOH + NaOH CH?COONa + H?O Si è formato il sale acetato di sodio ed acqua. Se consideriamo la reazione HCl+ NH?OH avremo una reazione tra un ACIDO FORTE ED UNA BASE DEBOLE HCl+ NH?OH > NH?Cl + H?O si è formato il sale cloruro di ammonio ed acqua. se abbiamo la reazione tra CH3COOH ed NH4OH si formerà il sale CH3COONH4 acetato di ammonio CH3COOH+NH4OH CH3COONH4 + H?O si è formato quindi un SALE DI ACIDO DEBOLE E BASE DEBOLE Ciò stabilito, ci chiediamo quale sarà il PH delle soluzioni in cui poniamo IL SALE DI UN ACIDO FORTE CON UNA BASE FORTE 1 / 10

2 IL SALE DI UN ACIDO DEBOLE CON UNA BASE FORTE IL SALE DI UN ACIDO FORTE CON UNA BASE DEBOLE IL SALE DI UN ACIDO DEBOLE CON UNA BASE DEBOLE Esaminiamole una per una: ACIDO FORTE CON UNA BASE FORTE es HCl + NaOH ----->NaCl + H?O il sale formato da un acido forte ed una base forte come ad es. NaCl, essendo completamente dissociato in soluzione non può modificare il PH della soluzione perché NON MODIFICA né [H+] né [OH-] della soluzione. Nota: quando I CATIONI Na+ K+ Rb+ Cs+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ si uniscono agli anioni Cl- Br- I-, ClO4- BrO4- ClO3- NO3- FORMANO SALI NEUTRI CHE NON INFLUENZANO IL PH DELLE SOLUZIONI. ACIDO DEBOLE CON UNA BASE FORTE 1. CH?COOH + NaOH > CH?COONa + H?O si è formato in questo caso l' acetato di sodio che reagirà con l acqua dissociandosi CH?COONa----- >CH?COO? + Na? CH?COO? reagisce con l acqua formando: CH?COO? + H?O CH?COOH + OH? Quindi questo sale provoca una scissione (IDROLISI) dell'acqua causando un aumento di [OH-] per cui la soluzione risultante sarà basica. Trattandosi di un equilibrio in soluzione, avremo Ki = [CH?COOH] [ OH?]/ [CH?COO?] [H?O] Dove Ki= costante diidrolisi Poiché [H?O] si può ritenere costante allora [ OH?]= Ki [CH?COO?]/[CH?COOH] 2 / 10

3 Ma [ OH?] [H?] = Kw [ OH?]=Kw/[H?] Ki = [CH?COOH] [ OH?]/ [CH?COO?] Ki= [CH?COOH] Kw/ [CH?COO?][ [H?] Ma [CH?COOH]/ [CH?COO?][H?] =Ka quindi [ OH?] = [CH?COOH]x Kw / [CH?COO?] x Ka [CH?COO?] = Cs = concentrazione analitica del sale E trascurando la dissociazione dell acqua [CH?COOH] = [ OH?] Quindi [ OH?] = Kw Cs/ Ka [ OH?] [ OH?] ²= Kw Cs /Ka (Kw/[H?])² = Kw Cs/ Ka [H?]² = Kw x Ka / Cs Pertanto si hanno le due relazioni [H?]=?KwKa/Cs [ OH?] =?KwCs/Ka PH= ½ ( PKa + PKb Cs) POH = ½ (PKa+ PCs Pka) PKa+PKb= 14 Facciamo un esempio numerico Calcolare la [Na+], [CH?COO?], [H+] and [OH-] di una soluzione in cui sono sciolte 0.100moli /litro di CH?COONa. (Ka = 1.8x 10??) Soluzione La reazione dell acetato in acqua è : CH?COO? + H?O > CH?COOH + OH? 3 / 10

4 Se inizialmente vi sono 0,1 moli /l, dopo l idrolisi si saranno formate x moli/l di CH?COOH ed x moli/l di OH? Cioè CH?COO? + H?O > CH?COOH + OH? Cs- x x x Kb = Kw/Ka = 10?¹? / 1.8x 10?? = X² / Cs X = X² / (0,1 X) Kb = 5,6 x 10?¹? = X² / (0,1 x) Kb x (0,1 X) = X² 0,1Kb KbX = X² da cui X² + Kb X -0,1Kb =0 X = = 7,5 x 10?? moli /l Possiamo approssimare la formula se x è trascurabile rispetto a Cs allora [OH-]² / Cs x Kb da cui [OH-] =?Kb x Cs [OH-]=? 5,6 x 10?¹? x 0,1= 7,5 x 10?? moli /l ricordando che nella reazione di idrolisi si formano quantità uguali di CH?COOH ed [OH-] si ha : [OH-] = [CH?COOH] = 7.5x 10-6 poiché[ Na+] non si modifica nel corso dell'idrolisi allora [Na+]= concentrazione iniziale del sale = 0,1 moli/l mentre [CH?COO?]= Cs x [CH?COO?]= 0,1 7,5 x 10?? = 0,1 POH = -log [OH-] = -log 7,5x 10?? = 6 0,87 = 5,12 4 / 10

5 altro esempio Se POH= 5,12 PH=14-POH = 14 5,12 = 8,88 [H+]= 10???? = colog 0,2 10?? = 1,3 x 10??moli /l Calcolare il PH di una soluzione 0,2 M di Formiato di calcio Ca(HCOO)? Ka= 1,78 x10?? soluzione: la reazione di idrolisi è : 2 HCOO? + 2 H?O 2 HCOOH + 2 OH? quindi poiché si formano 2 ioni HCOO? la concentrazione di [HCOO?] è2 volte la Concentrazione analitica perciò [HCOO?] = 2 x 0,2 = 0,4 M Pertanto sapendo che [H?]=?KwKa/Cs [H?]=? 10?¹? x 1,78 x10?? /0,4 [H?]=? 4,45 x 10?¹? [H?]=2,11 x 10?? PH = -log 2,11 x 10?? = 9- log 2,11 = 8,66 ACIDO FORTE CON UNA BASE DEBOLE Se consideriamo la reazione tra l'acido forte HCl e la base debole NH?OH (idrossido di ammonio) di cui è noto il Kb (Ka=Kw/Kb) HCl+ NH?OH > NH?Cl + H?O il sale NH?Cl si dissocia in NH?+ e Cl- NH?+ reagisce con l'acqua idrolizzandola NH?+ +H?O NH?OH + H+ e si ha la relazione Kb = [NH?OH] [ H+] / [NH?+] [H?O] cioè Ka = [NH?OH] [ H+] / [NH?+]. Se Cs è la concentrazione analitica del sale allora possiamo calcolare [ H+] dalla relazione Ka x (0,1 X) = X² 5 / 10

6 X² + Ka X -0,1Ka =0 dove X =[H+] e se Cs >> x allora x è trascurabile rispetto a Cs perciò [H+]² = Ka x Cs da cui [H+] =?Ka x Cs esempio Qual è la concentrazione delle specie NH 4 +, NH 3, ed H + in una soluzione M di NH 4 NO 3? (Kb NH?OH=1.8x 10?? ) dalla relazione Ka= Kw/Kb calcoliamo il Ka =10?¹? / 1.8x 10?? = 5,6 x 10?¹? il sale NH?NO3 si dissocia in NH?+ e NO3 - NH?+ reagisce con l'acqua idrolizzandola NH?+ +H?O NH3+ H3O+ e si ha la relazione Ka = [NH3] [ H3o+] / [NH?+] [H?O] cioè Ka = [NH3] [ H30+] / [NH?+]. sia [NH 3 ] = x, quindi anche [H 3 O + ] = x e Cs = 0,1 = [NH?+] pertanto + NH 4 + H 2 O = NH 3 + H 3 O x x x x 2 5,6 x 10?¹? = x poichè però la Cs >> Ka allora possiamo usare la formula approssimata cioè [H+] =?Ka Cs [H+] =?0.100 x 5,6 x 10?¹?= 7,56 x 10-6 poichè [NH4+] = [H+] = x allora 6 / 10

7 [NH4+]= 7,5 x 10-6 PH = -log 7,56 x 10-6 ph = -log7.5 x 10-6 = 5.12 [NH 4+ ] = M Essendo il ph = 5.12,il contrib uto all' [H + ] dovuto alla ionizzazione dell'acqua può essere trascurato ACIDO DEBOLE CON UNA BASE DEBOLE un esempio è dato dalla reazione CH?COOH + NH?OH >CH?COONH? + H?O pertanto si avrà la reazione : CH?COO? + NH4+ + H2O CH?COOH + NH?OH Keq = [CH?COOH] [NH?OH] / [CH?COO?] [NH4+] ma Ka= [CH?COO?][H+] / [CH?COOH] per cui [CH?COOH]= [CH?COO?][H+] /Ka Kb = [NH4+][OH-]/ [NH?OH] per cui [NH?OH]= [NH4+][OH-] /Kb sostituendo questi valori nella Keq si ha Keq = [CH?COOH] [NH?OH] / [CH?COO?] [NH4+] ([CH?COO?][H+] /Ka) ([NH4+][OH-] /Kb ) Keq = [CH?COO?] [NH4+] 7 / 10

8 essendo [OH-]= Kw/ [H+] e semplificando si ha [H+]=?Kw x Ka / Kb pertanto, per un sale formato da acido debole e base debole il PH non dipende dalla concentrazione del sale ma dipende solo dai valori di Ka e Kb. se Ka > Kb la soluzione risulta acida se Ka se Ka = Kb la soluzione risulta neutra nel caso dell'esempio dell acetato di ammonio CH3COONH4 sia Ka che Kb sono dello stesso ordine di grandezza che è 10-5 per cui le concentrazioni dell acido libero e della base libera risultano uguali qualunque sia la concentrazione del sale. Infatti [H+] =?kw = 1 x 10??M Invece per il sale NH4CN si ha : NH4+ + CN- + H2O NH4OH + HCN e quindi in tal caso Ka HCN è 6.2 x mentre Kb NH4OH = 1.8 x 10-5 pertanto la soluzione risulterà basica essendo Kb > Ka [H+]=?1x10?¹? x 6,02x 10?¹? /1,8 x10??? [H+]=?3,44x 10?¹? [H+]=5,8x 10?¹? PH= -log [H+]= 10-log 5,8 = 10-0,76= 9,23 ESERCIZI SULL'IDROLISI DEI SALI 8 / 10

9 1. Il PH di 250 ml di soluzione contenente NH4Cl è 5,13. Calcolare quanti grammi di NH4Cl vi sono nella soluzione. Ka=5,68 x 10?¹0 PM= 53,49 gr Soluzione essendo il PH = 5,13 la corrispondente [H+] = 10??? = 10?? ¹³ = 7,54 x 10?? moli/ litro. Essendo NH4 Cl un sale di BASE DEBOLE ED ACIDO FORTE, sappiamo che [H+] =?Ka x Cs =?5,68 x 10?¹0 x Cs= 7,54 x 10?? pertanto [H+]² = 5,68 x 10?¹0 x Cs = (7,54 x 10?? )² da cui Cs = 56,85 x 10?¹² /5,68 x 10?¹0 Cs= 0,1 moli/l quindi se in un litro vi sono 0,1 moli di NH4Cl in 250 ve ne saranno 250x 0,1/1000 = 0,025 moli in 250 ml dalle moli risaliamo ai grammi gr NH4Cl= 0,1 x 53,49 = 5,35 gr in 250 ml di soluzione 2) Il PH di una soluzione di Na F (fluoruro di sodio) è 8,47 calcolare quanti grammi dinaf vi sono in soluzione. Kb= 1,8 x 0?¹¹ PM = 41,98 gr soluzione In questo caso il sale proviene da una BASE FORTE E ACIDO DEBOLE NaOH ed HF essendo il PH 8,47 allora POH = 14- PH POH = 14-8,47 =5,5 [OH-] = 10??º? =10???? = 3 x10?? e sapendo che per un sale formato da Base forte e Acido debole [OH-]² = Kb x Cs (3 x10??)²= 1,8 x 0?¹¹ x Cs cs= 9 x10?¹² /1,8x = 0,5 moli/l cioè 0,5 x PM = 0,5 x 41,98 =20,99 gr /l NOTA : SALE DERIVATO DA UNA BASE FORTE ED UN ACIDO DEBOLE POLIPROTICO 9 / 10

10 Powered by TCPDF ( prima di affrontare questo esempio, devi studiare la lezione sul PH degli ACIDI POLIPROTICI! L' esempio che discuteremo è quello del sale Na?S cioè il SOLFURO DI SODIO 0,001 M. Calcoliamo il PH. (per l'acido solfidrico H2S le costanti di dissociazione sono: k1 =9.55?10??, K2 = 1.26?10?¹?). Siccome Ka x Kb = Kw allora Kb1=7,94 x 10?¹ Kb2 =1,05 x 10?? S2- (aq) + H2O (solv) = HS? (aq) + OH? (aq) Kb1 = 7,94 x 10?¹ = [HS? ] [OH?] / [S?²] [H? O ] SH? (aq) + H2O (solv) = H2S (aq) + OH? (aq) ] Kb2 = 1,05 x 10?? = [H? S][OH?]/[[H S?] [H? O [H S?] [OH?] [HS? ] 2[S?²] [H? O ] [Na? ] [HS ] [H? S] essendo H2O (solv) = costante e che Kw =[OH?][H?O?] Kb1 =[H S?] [OH?]/[S?²] Kb2= [H? S] [OH?] / [[H S?] per l' elettroneutralità eve essere [H S?]+ [OH?]+2[S?²] = [H?O?]+ [Na?] e la Csale = [S?²]+ [H S?]+[H? S] Csale= 2 [Na?] possiamo trascurare [H?O?] nell'espressione dell'elettroneutralità Inoltre, siccome Kb2 10 / 10