Es: consideriamo una soluzione contenente acido K = 1, [CH 3 COOH]

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1 SOLUZIONI TAMPONE Una soluzione tampone è una soluzione che contiene quantità paragonabili (dello stesso ordine di grandezza) di un acido debole e della sua base coniugata o di una base debole e del suo acido coniugato. Il ph di una soluzione tampone dipende solo dal valore di K a o K b e dal rapporto tra le concentrazioni stechiometriche dell acido/base e della base/acido coniugata Il ph di una soluzione tampone varia in modo poco apprezzabile per piccole aggiunte di acidi o di basi forti Il ph non varia al variare della diluizione. 1 Es: consideriamo una soluzione contenente acido acetico (CH 3 COOH) e acetato di sodio (CH 3 COONa). Deve valere l equazione: [CH a 3 COO - ][H 3 O ] Considerando la debole acidità di CH 3 COOH e la presenza in soluzione dello ione CH 3 COO - nell espressione della K a si può considerare eq iniziale [CH 3 COO - ] eq [CH 3 COONa] iniziale [H 3 O ] K a [CH 3 COO - ] ph pk a log [CH 3 COO - ] 2

2 ESERCIZIO 1 Calcolare il ph di una soluzione 0,05 M di CH 3 COOH e 0,075 M di CH 3 COONa. K a 1, mol/l. [CH a 3 COO - ][H 3 O ] eq iniziale 0,05 M [CH 3 COO - ] eq [CH 3 COONa] iniziale 0,075 M 0,075 [H a 3 O ] 0,05 [H 1, ,05 3 O ] 1, M 0,075 ph -log [H 3 O ] - log 1, ,92 3 ESERCIZIO 2 Calcolare il ph di una soluzione 0,32 M di NH 3 e 0,21 M di NH 4 Cl. 1, mol/l. NH 3 H 2 O NH 4 OH - [OH b - ] 4 ] eq iniziale 0,32 M 4 ]eq 4 Cl] iniziale 0,21 M 0,21 [OH - ] 0,32 1, , ,32 [OH - ] 2, M 0,21 poh -log [OH - ] - log 2, ,55 ph 14 4,55 9,45 4

3 ESERCIZIO 3 10 g di CH 3 COONa sono sciolti in una soluzione di acido acetico e il volume è portato ad 1 l. La concentrazione dell acido nella soluzione finale è 0,22 M. Calcolare il ph della soluzione. K a 1, mol/l. K a [CH 3 COO - ][H 3 O ] 1, n CH3 COONa 10 g / 82 (g/mol) 0,122 mol [CH 3 COONa] 0,122 mol / 1l 0,122 M eq iniziale 0,22 M [CH 3 COO - ] eq [CH 3 COONa] iniziale 0,122 M K a 0,122 [H 3 O ] 0,22 1, , ,22 [H 3 O ] 3, M 0,122 ph -log [H 3 O ] - log 3, ,49 5 ESERCIZIO ml di una soluzione di NH 3 0,1 M sono mescolati a 593 ml di una soluzione di NH 4 Cl 0,1 M. Calcolare il ph della soluzione risultante. 1, mol/l. n NH3 0,107 l. 0,1 mol/l 0,0107 mol n NH4 n NH4 Cl 0,1 mol/l. 0,593 l 0,0593 mol V 0,107 0,593 0,7 l 0,0107 mol / 0,7 l 0,0153 M 4 ] 0,0593 mol / 0,7 l 0,0847 M NH 3 H 2 O NH 4 OH - [OH b - ] 4 ] eq iniziale 0,0153 M 4 ]eq 4 ]iniziale 0,0847 M 0,0847 [OH - ] 0,0153 1,

4 1, ,0153 [OH - ] 3, ,0847 poh -log [OH - ] - log 3, ,48 ph 14 5,48 8,52 7 ESERCIZIO 5 Calcolare il ph di una soluzione 0,25 M di CH 3 COOH e 0,35 M di CH 3 COONa. Calcolare inoltre la variazione di ph che si ha se ad 1 l della soluzione tampone sono aggiunte 0,00625 moli di NaOH o 0,00625 moli di HCl. K a (CH 3 COOH) mol/l. K a [CH 3 COO - ][H 3 O ] 1, eq iniziale 0,25 M [CH 3 COO - ] eq [CH 3 COONa] iniziale 0,35 M 0,35 [H a 3 O ] 0,25 [H 1, ,25 3 O ] 1, M 0,35 ph -log [H 3 O ] - log 1, ,89 8

5 Aggiungiamo 0,00625 moli di NaOH cioè 0,00625 moli di OH -. La reazione che avviene è: CH 3 COOH OH - CH 3 COO - H 2 O reazione tra acido debole e base forte: è quantitativa n CH3 COOH 0,25 mol/l. 1 l 0,25mol 0,00625 moli di OH - sono neutralizzate da 0,00625 moli di CH 3 COOH portando alla formazione di 0,00625 moli di CH 3 COO -. eq (0,25 0,00625) M [CH 3 COO - ] eq (0,35 0,00625) M (0,350,00625) [H a 3 O ] 0,25-0, , (0,25-0,00625) [H 3 O ] 0,350, , ph -log [H 3 O ] - log 1, ,91 9 Aggiungiamo 0,00625 moli di HCl cioè 0,00625 moli di H. La reazione che avviene è: CH 3 COO - H CH 3 COOH reazione tra base debole e acido forte: è quantitativa n CH3 COO - 0,35 mol/l. 1 l 0,35mol 0,00625 moli di H sono neutralizzate da 0,00625 moli di CH 3 COO - portando alla formazione di 0,00625 moli di CH 3 COOH. eq (0,25 0,00625) M [CH 3 COO - ] eq (0,35-0,00625) M (0,35-0,00625) [H a 3 O ] 0,250, , (0,250,00625) [H 3 O ] 0,35-0, , ph -log [H 3 O ] - log 1, ,87 10

6 ESERCIZIO 6 0,50 g di NaOH sono sciolti in 1 dm 3 di una soluzione 0,25 M di NH 3 (K b NH 3 1, mol/l) e 0,200 M di (NH 4 ) 2 SO 4. Calcolare la variazione di ph. (NH 4 ) 2 SO 4 2 NH 4 SO 2-4 NH 3 H 2 O NH 4 OH - [OH - ] 4 ] 1, eq iniziale 0,25 M 4 ]eq 2 [(NH 4 ) 2 SO 4 ] iniziale 2. 0,2 0,4 M 0,4 [OH - ] 0,25 1, [OH - ] 1, ,25 1, M 0,4 poh -log [OH - ] - log 1, ,94 ph 14 4,94 9,06 11 Aggiungiamo 0,5 g di NaOH cioè 0,5 g / 40(g/mol) 0,0125 moli di NaOH cioè 0,0125 moli di OH -. La reazione che avviene è: NH 4 OH - NH 3 H 2 O reazione tra acido debole e base forte: è quantitativa n NH4 0,4 mol/l. 1 l 0,4 mol 0,0125 moli di OH - sono neutralizzate da 0,0125 moli di NH 4 portando alla formazione di 0,0125 moli di NH 3. eq (0,25 0,0125) M 4 ]eq (0,4-0,0125) M (0,4-0,0125) [OH K 1, b - ] 0,250,0125 [OH - ] 1, (0,250,0125) 1,25 0,4-0, poh -log [OH - ] - log 1, ,9 ph 14 4, 9 9,1 12

7 ESERCIZIO 7 30 cm 3 di HCl 0,151 M sono aggiunti a 125 cm 3 di una soluzione 0,225 M di CH 3 COONa e 0,202 M di CH 3 COOH. Calcolare di quanto varia il ph della soluzione per l aggiunta dell acido. K a 1, mol/l [CH a 3 COO - ][H 3 O ] eq iniziale 0,202 M [CH 3 COO - ] eq [CH 3 COONa] iniziale 0,225 M K a 0,225 [H 3 O ] 0,202 1, [H 1, ,202 3 O ] 1, M 0,225 ph -log [H 3 O ] - log 1, ,79 13 Aggiungiamo 0,03 l di HCl 0,151 M 0,03 l. 0,151 mol/l 0,00453 moli di HCl cioè 0,00453 moli di H. La reazione che avviene è: CH 3 COO - H CH 3 COOH reazione tra base debole e acido forte: è quantitativa n CH3 COO - 0,225 mol/l. 0,125 l 0,0281 mol n CH3 COOH 0,202 mol/l. 0,125 l 0,0252 mol 0,00453 moli di H sono neutralizzate da 0,00453 moli di CH 3 COO - portando alla formazione di 0,00453 moli di CH 3 COOH. V 0,03 0,125 0,155 l eq (0,0252 0,00453)mol/ 0,155 l 0,192 M [CH 3 COO - ] eq (0,0281-0,00453)mol/ 0,155 l 0,152 M 0,152 [H a 3 O ] 0,192 [H 1, ,192 3 O ] 2,27 0, M ph -log [H 3 O ] - log 2, ,64 14

8 ESERCIZIO 8 0,15 g di Ca(OH) 2 sono aggiunti a 0,1 l di una soluzione acquosa di CH 3 COOH 0,065 M. Calcolare il ph della soluzione risultante. K a 1, mol/l Ca(OH) 2 Ca 2 2 OH - n Ca(OH)2 0,15 g / 74,09 g/mol 0,002 n OH - 2 n Ca(OH)2 2. 0,002 0,004 mol La reazione che avviene é: CH 3 COOH OH - CH 3 COO - H 2 O reazione tra acido debole e base forte: è quantitativa n CH3 COOH 0,065 mol/l. 0,1 l 0,0065mol 0,004 moli di OH - sono neutralizzate da 0,004 moli di CH 3 COOH portando alla formazione di 0,004 moli di CH 3 COO In definitiva in soluzione si hanno: 0,004 moli di CH 3 COO - 0,0065 0,004 0,0025 moli di CH 3 COOH si tratta di una soluzione tampone [CH a 3 COO - ][H 3 O ] eq 0,0025 mol / 0,1 l 0,025 M [CH 3 COO - ] eq 0,004 mol / 0,1 l 0,04 M K a 0,04 [H 3 O ] 0,025 1, , ,025 [H 3 O ] 1, ,04 ph -log [H 3 O ] - log 1, ,95 16

9 ESERCIZIO 9 0,385 l di di una soluzione 0,121 M di HCl sono aggiunti a 0,615 l di una soluzione 0,089 M di NH 3. Il volume finale è 1 l. Calcolare il ph della soluzione risultante. 1, mol/l n HCl 0,385 l. 0,121 mol/l 0,0466 mol n H n HCl 0,0466 mol n NH 3 0,089 mol/l. 0,615 l 0,0547 mol La reazione che avviene è: NH 3 H NH 4 reazione tra base debole e acido forte: è quantitativa 0,0466 moli di H reagiscono con 0,0466 moli di NH 3 dando luogo a 0,0466 moli di NH 4. Al termine della reazione in soluzione si hanno 0,0466 moli di NH 4 e 0,0547-0,0466 0,00813 moli di NH 3 si tratta di una soluzione tampone 17 NH 3 H 2 O NH 4 OH - [OH - ] 4 ] 1, V 0,385 0,615 1 l eq 0,00813 mol / 1 l 0,00813 M 4 ]eq 0,0466 mol / 1 l 0,0466 M 0,0466 [OH - ] 0, , [OH - ] 1, , , M 0,0466 poh -log [OH - ] - log 3, ,49 ph 14 5,49 8,51 18

10 ESERCIZIO 10 Si calcoli in che rapporto debbono essere le concentrazioni di CH 3 COOK e CH 3 COOH (K a 1, mol/l) per avere una soluzione tampone a ph 5,5. [CH a 3 COO - ][H 3 O ] Vogliamo che ph 5,5 -log [H ] 5,5 [H ] 10-5,5 3, M [CH 3 COO - ] 1, [H 3 O ] 1, , M 5,7 19 ESERCIZIO 11 Calcolare quanti g di cloruro di ammonio occorre sciogliere in 100 cm 3 di una soluzione 0,15 M di ammoniaca ( 1, mol/l ) per ottenere una soluzione tampone a ph 9,5. Si ammetta che il volume della soluzione resti invariato dopo l aggiunta del sale. NH 3 H 2 O NH 4 OH - [OH - ] 4 ] 1, Vogliamo che ph 9,5 poh 14-9,5 4,5 -log [OH - ] 4,5 [OH - ] 10-4,5 3, M ] 1, , [OH - ] 3, ,

11 0,15 M 4 ] 0,57 4 ] 0,57. 0,15 M 0,0855 M Quanti g di NH 4 Cl occorre aggiungere in 0,1 l della soluzione di NH 3 per avere 4 ] 0,0855 M? n NH4 0,0855 mol/l. 0,1 l 0,00855 mol n NH4 Cl che occorre aggiungere g NH4 Cl 0,00855 mol. 53,45 g/mol 0,46 g 21

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