Clcolo del ph Acidi forti In soluzioni cquose diluite (quntità inferiori d 1 M) l'cido forte è completmente ionizzto. HA + H 2 O H 3 O + + A - Abbimo quindi: [H 3 O + ] = [HA] = C ph = - log [H 3 O + ] = - log [HA] = -log C dove C è l concentrzione molre dell'cido forte: Esercizio1 Clcolre il ph di: ) un soluzione di HCl 0,005M [2,31] b) un soluzione di HNO 3 0,01M [2] c) un soluzione di H 2 SO 4 0,002 M [2,4] Attenzione!! I clcoli precedenti sono stti bsti sul ftto che si è trscurt l concentrzione di H 3 O + provenienti dll dissocizione dell'cqu. Tuttvi qundo l concentrzione dell'cido è estremmente piccol, questi non possono più essere trscurti. Per cpire questo ftto ricorrimo d un esempio numerico. Si vogli clcolre il ph di un soluzione 5.10-8 M di HCl. Operndo come di consuetudine si ottiene: ph = -log C = -log 5.10-8 7,3 Nturlmente questo srebbe un risultto ssurdo poiché l'cido cloridrico non può vere crttere bsico. Si osserv che essendo l concentrzione dell'cido estremmente piccol, per il clcolo del ph bisogn tener conto nche degli H 3 O + provenienti dll dissocizione dell'cqu. Inftti chimt x l concentrzione degli H 3 O + provenienti dll'cqu, è nche x l concentrzione degli OH -, per cui: K w = [H 3 O + ][OH - ] = 10-14 (x + 5.10-8 ) x = 10-14 x = 7,8. 10-8 L concentrzione totle di H 3 O + è pertnto: 5.10-8 + 7,8.10-8 = 1,28.10-8 ph = - log 1,28.10-7 = 6,89 Pgin 1
Bsi forti In soluzioni cquose diluite (quntità inferiori d 1 M) l bse è completmente ionizzt: B + H 2 O BH + + OH - Abbimo quindi: [OH - ] = [B] = C b poh = - log [OH - ] = - log [B] = -log C b dove C b è l concentrzione molre dell bse forte. M siccome ph = 14 poh, ottenimo ph = 14 + log C b Esercizio2 Clcolre il ph di: ) un soluzione cquos 0,003M di NOH [11,47] b) un soluzine cquos 10-4 M di KOH [10] c) un soluzione cquos 0,025M di B(OH) 2 [12,69] Acidi deboli L ionizzzione di un cido debole non è complet e può essere descritt dll'equilibrio: HA + H 2 O H 3 O + + A - L'espressione dell LAM corrispondente questo equilibrio è: Siccome: ottenimo: d cui: K = + - [H3 O ][A ] [HA] + - [H3 O ] = [A ] [H3 O ] K = [HA] + 2 [H O ] = K [HA] K C + 3 ph = 1 2 pk - 1 2 log C Esercizio 3 Clcolre il ph di un soluzione cquos di cido cetico 0,1 M (K = 1,8.10-5 ) [2,87] Pgin 2
Bsi deboli L ionizzzione di un bse debole non è complet e può essere descritt dll'equilibrio: B + H 2 O HB + + OH - Applicndo l LAM si ottiene: m: quindi: d cui: K = b + - [BH ][OH ] [B] + - [BH ] = [OH ] [HB ] K b = [B] + 2 - [OH ] = K b [B] Kb Cb poh = 1 2 pk b - 1 2 log C b ph = 14-1 2 pk b + 1 2 log C b Esercizio 4 Clcolre il ph di un soluzione cquos di NH 3 0,01M (K b = 1,8.10-5 ) [10,63] Acidi poliprotici Un cido poliprotico può liberre due o più ioni idronio. L dissocizione vviene in fsi successive: (1) H 2 A + H 2 O H 3 O + + HA - (2) HA - + H 2 O H 3 O + + A 2- Le espressione dll LAM corrispondenti i due equilibri sono: K = 1 + - [H3 O ][HA ] [H A] 2 + 2- [H3 O ][A ] 2 - K = [HA ] Siccome spesso K 1 >> K 2, gli ioni H 3 O + provenienti dll second dissocizione sono trscurbili e il ph può essere clcolto impiegndo l prim costnte di dissocizione Esercizio 5 Clcolre il ph di un soluzione 0,01 M di H 2 SO 3 (K 1 = 1,7.10-2, K 2 = 5.10-6 ) [1,88] Pgin 3
Idrolisi I sli derivti dll'nione di un cido forte (come HCl) e dl ctione di un bse forte (come NOH) come per esempio il cloruro di sodio NCl sono in soluzione cquos completmente dissociti: i loro ioni non hnno lcun tendenz legre gli ioni idronio e idrossido provenienti dll dissocizione dell'cqu e quindi non provocno lcun vrizione del ph dell soluzione. Quindi tli soluzioni sono neutre come l'cqu pur. Non ltrettnto vviene per i sli costituiti d un componente forte e d uno debole. Si osserv inftti che i sli che derivno d un cido debole e un bse forte o d un cido forte e un bse debole dnno soluzione bsiche nel primo cso e cide nel secondo cosicché possimo fre le seguenti ffermzioni di ordine qulittivo: ) i sli di cidi deboli e bsi forti, per esempio K 2 CO 3, KCN, CH 3 COON dnno luogo soluzioni bsiche; b) i sli di cidi forti e bsi deboli, per es. NH 4 Cl, Al(NO 3 ) dnno luogo soluzioni cide. Lo studio di questo fenomeno detto di idrolisi permette di spiegre le cuse di questo comportmento e fornisce il mezzo per clcolre pprossimtivmente gli effetti dell'idrolisi qundo si conoscno l concentrzione dell soluzione e l costnte K dell'cido debole oppure quell K b dell bse debole. Sli di cidi deboli e bsi forti Considerimo il sle KCN derivto dll'cido HCN l cui costnte K = 4.10-10. Questo sle è un elettrolit forte e in soluzione cquos è totlmente dissocito in ioni K + e CN -. KCN (s) + H 2 O K + (q) + CN - (q) Tuttvi, dto che HCN è un cido molto debole, l su bse coniugt CN - è, secondo l teori di Brønsted, un bse forte e può quindi regire con l'cqu cquistndo un protone. CN - + H 2 O HCN + OH - M il sottrrre ioni idrogeno ll'cqu, equivle d umentre l concentrzione di ioni OH - poiché K w deve restre costnte, l soluzione pertnto divent bsic. L rezione CN - + H 2 O HCN + OH - è tnto più spost destr tnto più forte è l bse (in questo cso CN - ), cioè tnto più debole è l'cido d cui ess deriv (in questo cso HCN). L costnte di equilibrio per l rezione precedente (inglobndo H 2 O in quest costnte) è l seguente: Pgin 4
- [HCN][OH ] i - K = [CN ] K i viene dett costnte di idrolisi del sle Esprimimo [OH - ] in funzione di [H 3 O + ] con l relzione K w = [H 3 O + ] [OH - ] d cui [OH - ] = K [H O ] w + 3 Sostituendo nell'equzione si h M e quindi si può scrivere [HCN] K K = [CN ][H O ] w i - + 3 [HCN] 1 = [CN ][H O ] K - + 3 K w K i = K Riprendimo l costnte di idrolisi, K i - [HCN][OH ] i - K = [CN ] ed osservimo che [OH - ] = [HCN], mentre [CN - ] può essere in prim pprossimzione pres come ugule ll concentrzione totle del sle di prtenz (C s ) in qunto il sle è totlmente dissocito. Si h llor - - 2 K w [HCN][OH ] [OH ] K i = = = - K [CN ] C d cui - 2 Kw [OH ] = Cs K [OH ] = - w K C K s s Esercizio 6 Clcolre il ph di un soluzione 0,308M di KCN (K = 4.10-10 ) [11,44] Pgin 5
Sli di bsi deboli e cidi forti Considerimo il sle NH 4 Cl derivto dll'cido forte HCl e dll bse debole NH 3 (K b = 1,85.10-5 ) Il sle è totlmente dissocito per cui NH 4 Cl (s) + H 2 O NH 4 + (q) + Cl - (q) m NH 4 +, secondo Brønsted, è un cido bbstnz forte per cui può cedere un protone ll'cqu secondo l rezione. pertnto l soluzione divent cid. NH 4 + + H 2 O NH 3 + H 3 O + Procedendo in modo nlogo l cso precedente si può dimostrre che: K [H O ] = C K + w 3 s b Esercizio7 Clcolre il ph di un soluzione 0,117M di NH 4 Cl (K b = 1,85.10-5 ) [5] Le soluzioni tmpone ed il controllo del ph Se ll'cqu pur viene ggiunt un piccol quntità di un cido o di un bse, il ph dell soluzione subisce un drstic vrizione. In molte rezioni chimiche e in prticolre nei sistemi biologici è importnte mntenere il ph entro limiti definiti. Il flusso snguigno degli esseri umni è mntenuto ph= 7,4 ± 0,2 e stti di cidosi o lclosi oltre questo intervllo possono essere ftli. Il controllo del ph è importnte nche per l regolzione dell'ttività enzimtic. Inftti l mggior prte degli enzimi h un intervllo ottimle di ph ll'interno del qule essi funzionno meglio e l di fuori del qule l'efficienz ctlitic è drsticmente ridott. Molti processi industrili procedono con l mssim efficienz o ll mssim velocità solo certi vlori di ph. E' quindi importnte vere disposizione dei sistemi in grdo di limitre il più possibile le vrizioni di ph. L rispost ciò st nell'uso di sistemi tmponi cido- bse. Si chim soluzione tmpone un soluzione cpce di opporsi brusche vrizioni del ph qundo vengono ggiunte d esse piccole quntità di un cido o di un bse. Le più comuni soluzione tmpone sono costituite d un cido debole in presenz di un suo sle con un bse forte (d esempio cido cetico e cetto di sodio) oppure d un bse debole e un sle di quest bse con un cido forte (d esempio mmonic e cloruro di mmonio). Pgin 6
Per ggiunt di piccole quntità di cido o bse si intende che l quntità di cido o di bse che può essere ggiunt d un sistem tmpone senz che si bbino lterzioni del ph deve essere tle d non provocre un vrizione superiore l 20-30 % dell concentrzione di un o di entrmbe le specie chimiche che costituiscono l soluzione tmpone. L'zione tmponnte di queste soluzioni può essere spiegt qulittivmente considerndo un miscel formt d un soluzione cquos di cido cetico CH 3 COOH e di cetto di socio CH 3 COON. In quest soluzione esistono due equilibri: CH 3 COON + H 2 O CH 3 COO - + N + CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + Mentre il primo di questi due equilibri è completmente spostto verso destr (il sle è completmente dissocito), il secondo equilibrio è spostto verso sinistr (CH 3 COOH è un cido debole). Pertnto nell soluzione tmpone considert esistono in equilibrio un grnde quntità di molecole indissocite di cido cetico, un grnde quntità di nioni CH 3 COO - del sle, un piccol quntità di ioni H 3 O + provenienti dll dissocizione dell'cido cetico, e un grnde eccesso di cqu: CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + grnde quntità eccesso notevole grnde quntità piccol quntità Se ggiungimo ll soluzione tmpone un dt quntità di cido forte, e cioè di ioni H 3 O +, questi si combinno con gli nioni CH 3 COO - provenienti in notevole quntità dl sle, per formre molecole indissocite di cido cetico, secondo l rezione: CH 3 COO - + H 3 O + CH 3 COOH + H 2 O Il risultto finle è quindi che gli ioni H 3 O + ggiunti l tmpone, vengono bloccti dll'nione del sle e quest rezione serve liberre il sistem dll'eccesso di H 3 O +, per cui il ph originle non subisce vrizioni pprezzbili. Un risultto nlogo si ottiene se ll soluzione tmpone viene ddiziont un dt quntità di bse forte, in qunto gli ioni OH - ggiunti regiscono con quelli H 3 O + del tmpone per formre cqu secondo l rezione: OH - + H 3 O + 2 H 2 O Gli ioni H 3 O + inizilmente presenti nell'equilibrio del tmpone in piccol quntità, mn mno che regiscono con gli ioni OH - ggiunti vengono vi vi ripristinti dll dissocizione delle molecole di cido cetico contenute in grnde quntità nel tmpone, con il risultto che nche in questo cso gli ioni OH - ggiunti l tmpone vengono neutrlizzti dll'cido debole cosicché il ph originle non subisce vrizioni pprezzbili. Pgin 7
Un rgionmento nlogo può essere seguito per un tmpone formto d un miscel di mmonic (bse debole) e di cloruro di mmonio NH 4 Cl, nell cui soluzione esiste l'equilibrio: NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - grnde quntità eccesso notevole grnde quntità piccol quntità Ovvimente esiste un limite ben preciso sull quntità di cido e di bse forte che può essere ddiziont d un soluzione tmpone e questo limite è determinto dlle quntità inizili di cido debole e del suo sle o dell bse debole e del suo sle, contenute nell soluzione tmpone. Inftti, come bbimo visto, sono queste sostnze quelle che vengono consumte nell rezione con l'cido o con l bse forte ggiunt. di un soluzione tmpone può essere clcolto medinte un equzione generle che può essere ricvt nel modo seguente. Considerimo un sistem tmpone formto d un cido debole HA e dl sle dell'cido AN. Per esso esiste l'equilibrio: HA + H 2 O A - + H 3 O + grnde quntità eccesso notevole grnde quntità piccol quntità l cui costnte è espress dll relzione: + - [H3 O ][A ] K = [HA] Risolvendo rispetto [H 3 O + ] si h: [HA] + [H3O ] = K [A - ] M [A - ] si può ritenere prticmente ugule C s = concentrzione molre del sle e [HA] si ritiene ugule ll concentrzione molre dell'cido debole C. [A - ] = C s [HA] = C sostituendo bbimo: C [H O ] = K pssndo i logritmi: C + 3 s C log [H O ] = log K + log C + 3 s e cmbindo segno: C -log [H O ] = - log K + log C + s 3 C s ph = pk + log C Equzione di Henderson-Hsselblch Pgin 8
Anlogmente per un tmpone formto d un bse debole e d un suo sle si h: C s poh = pk b + log C b Esempi: Tmponi formti d un cido debole e d un suo sle: CH 3 COOH / CH 3 COON (cido cetico/cetto di sodio) HCOOH / HCOONA (cido formico / formito di sodio) H 2 CO 3 / NHCO 3 (cido crbonico/idrogen crbonto di sodio) Tmpone formto d un bse debole e d un suo sle NH 3 / NH 4 Cl (mmonic/cloruro d'mmonio) Se nell'equzione di Henderson si pone [HA] = [A - ] si ottiene ph = pk Come mostr chirmente il digrmm tmponnte, l'ggiunt di un cido o di un bse provoc vrizioni notevoli dell concentrzione di HA e A - costituenti il tmpone, comunque, come mostr l curv del digrmm, il ph non viene sostnzilmente modificto. Le soluzioni tmpone rivestono notevole importnz per tutti quei processi il cui decorso deve vvenire d un determinto ph. Soprttutto per moltissimi processi biologici, il ph non deve devire di molto rispetto certi vlori fissi. Così, d esempio, nel sngue il trsporto dell'ossigeno di polmoni i singoli orgni si svolge ttorno d un ph di 7,4, e mlgrdo il metbolismo cellulre che produce cidi e bsi - come l'cido lttico derivnte dll'ttività muscolre - vi è solo un differenz di circ 0,02 unità ph tr il sngue rterioso e quello venoso. L'effetto tmponnte nel sngue ph 7,4 è determinto di tmponi bicrbonto, fosfto e d complessi sistemi proteinici. Pgin 9
Nell'gricoltur un terreno ben tmponto impedisce l su eccessiv cidificzione neutrlizzndo gli cidi emessi dlle rdici. I sistemi tmponnti più diffusi sono: ) CH 3 COOH / CH 3 COON che tmpon tr ph 4,5 e 5 b) NH 2 PO 4 / N 2 HPO 4 che tmpon ph 7 c) NH 3 / NH 4 Cl che tmpon tr ph 9 e 9,5 Rezioni di neutrlizzzione. Titolzioni cido / bse Un rezione di neutrlizzzione è, in generle, un rezione cido/bse HA + BOH BA + H 2 O dove HA = cido ; BOH = bse ; BA = sle L rezione corrispondente è: H + + OH - H 2 O In questo modo si ttribuisce l termine neutrlizzzione il significto originle legto ll concezione di Arrhenius, secondo cui ess si relizz ogni volt che un cido e un bse regiscono in quntità stechiometricmente equivlenti. L neutrlizzzione è cioè conseguenz degli ioni H + liberti dll'cido e un'ugule quntità di ioni OH - liberti dll bse con conseguente formzione di cqu. Come risultto finle si ottiene un soluzione cquos del sle derivto dll'nione dell'cido e dl ctione dell bse. L neutrlizzzione in senso stretto si h però solo qundo l'cido e l bse che regiscono hnno forz pressoché ugule, in qunto soltnto in questi csi l soluzione risult neutr. Le rezioni di neutrlizzzione in soluzione cquos sono sfruttte scopo nlitico nelle titolzioni cido/bse. Titolo di un soluzione è l concentrzione dell soluzione espress come molrità o normlità. Titolzione è l'operzione di determinzione del titolo di un soluzione medinte l'ggiunt di un'opportun titolnte titolo noto. Normlità Molte volte si us esprimere l concentrzione delle soluzioni, oltre che con l molrità M (moli/litro) con l normlità N. L normlità di un soluzione esprime il grmmo- equivlente (geq) di soluto contenuto in un litro di soluzione: ess viene indict con N. Pgin 10
L normlità per gli cidi è dt dl rpporto fr l loro mole e il numero di protoni ceduti dll'cido. Per gli cidi monoprotici come HCl è evidente che l molrità è ugule ll normlità Esercizio 8 Qul è l normlità delle seguenti soluzioni: 1 M H 2 SO 4 [2N] 1 M H 3 PO 4 [3N] 1 M CH 3 COOH [1N] L normlità per le bsi è dt dl rpporto tr l loro mole e il numero dei protoni cquistti dll bse oppure il numero dei gruppi OH - presenti nell bse stess. Esercizio 9 Qul è l normlità delle seguenti soluzioni: 1 M Al(OH) 3 [3N] 1 M B(OH) 2 [2N] 1 M NH 4 OH [1N] Curve di titolzione Per conoscere l concentrzione di un cido (rispettivmente di un bse) si ggiunge ll su soluzione un soluzione concentrzione not di un bse (rispettivmente di un cido) forte. Questo processo e detto titolzione. Il punto in cui il numero di protoni cquistti dll bse (rispettivmente cedute dll cido) ggiunte uguglino il numero di protoni ceduti dll cido (rispettivmente cquistti dll bse) originrimente presenti si chim punto equivlente. L titolzione viene effettut trmite uno strumento trto, detto burett, in presenz di un indictore che di un'pprezzbile vrizione di colore l ph del punto equivlente. Titolo espresso come molrità: n M V = n b M b V b Titolo espresso come normlità: N V = N b V b Titolzione di cidi (bsi) forti con bsi (cidi) forti Se si ggiunge un cido forte d un bse forte, inizilmente il prodotto delle concentrzioni degli ioni idrogeno e degli ioni idrossido vrà un vlore elevto. Alcuni Pgin 11
di questi ioni si ricombinernno per formre cqu. Questo è il processo di neutrlizzzione. Nel cso di HCl e NOH si h: N + + Cl - + H + + OH - N + + Cl - + H 2 O Si può quindi notre d questo esempio che l neutrlizzzione coinvolte effettivmente solo gli ioni H + e OH -, e che gli ltri ioni N + e Cl - in questo cso svolgono solo un ruolo pssivo (ioni spetttori). Si dice che un mole di un cido che liberi un H + per molecol (cido monoprotico), o un bse che fornisc un OH - per molecol possiedono un equivlente di potere neutrlizznte. Nel cso di H 2 SO 4, che può liberre due protoni per molecol, un mole di cido produce due equivlenti cido bsici. (D qui si può vedere l'importnz dell concentrzione espress come normlità). Qundo un cido e un bse si neutrlizzno vicend esttmente, il numero di equivlenti dell'cido e dell bse deve risultre identico, indipendentemente dlle concentrzioni delle due soluzioni. Un curv di titolzione cido/bse è un digrmm che indic l vrizione del ph in funzione del volume di cido/bse ggiunto. L vrizione del ph può essere registrt con il phmetro oppure clcolt dopo ogni ggiunt di titolnte. Si vogli per esempio titolre 50 ml di un soluzione 0,1 N di HCl per NOH 0,1 N. Si osserv subito che in questo cso l molrità è ugule ll normlità e che il ph originle di 50 ml di HCl 0,1 N è ugule 1. Dopo l'ggiunt di 10 ml di NOH, si ottiene un volume finle di 60 ml. Come si f clcolre il ph di quest soluzione? È semplice, bst vere un po' di pzienz ed eseguire i clcoli. Pgin 12
Dopo l ggiunt di 20 ml di NOH si h: Proseguendo di questo psso, con l'ggiunt di 10 ml ogni volt di NOH si ottiene l tbell sottostnte. ml di NOH 0,1 N ggiunti ph 0,0 1,00 10,0 1,18 20,0 1,37 30,0 1,60 40,0 1,96 49,0 3,00 49,9 4,00 50,0 7,00 50,1 10,00 51,0 11,00 60,0 11,96 70,0 12,22 80,0 12,36 90,0 12,46 100,0 12,52 Dopo l'ggiunt di 50 ml di NOH 0,1 N, si rggiunge il punto finle dell titolzione e il ph è 7. Con l'ggiunt di NOH 0,1 N oltre il punto finle, l soluzione divent più lclin. Esercizio 10 Clcol il ph dell soluzione precedente dopo l'ggiunt ulteriore di 1 ml di NOH 0,1 N dl punto d equivlenz. [10] Pgin 13
ph II Digrmm di titolzione 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ml di NOH o,1 N ggiunti L curv di titolzione, derivt dll tbell mostr che in prossimità del punto finle dell titolzione (punto equivlente) l curv stess sle con un forte pendenz. Mentre l'umento dei primi 49,9 ml di NOH 0,1 N provoc un umento del ph di sole 3 unità, l'ggiunt dei successivi 0,2 ml provoc un slto di 6 unità di ph. Se per determinre il punto finle dell titolzione si f uso di indictori, si può, in line di mssim, usre qulsisi indictore il cui virggio è contenuto nel trtto di mssim pendenz dell curv. Nturlmente, se si prte d un cido molto diluito, l curv si ppittisce per cui rest difficile cogliere il punto finle dell titolzione. Questo inconveniente è di per sé eliminbile semplicemente cmbindo solvente. L'rgomento dei solventi non cquosi, nche se molto interessnte, esul comunque dl nostro progrmm. Titolzione di cidi (bsi) deboli con bsi (cidi) forti Si vogli titolre l'cido cetico CH 3 COOH (debole) con l bse forte NOH. Si suppong di titolre 50 ml di CH 3 COOH 0,1 N con NOH 0,1 N. Anche in questo cso l normlità coincide con l molrità. inizile dell soluzione può essere clcolto con l formul reltiv gli cidi deboli ph = 1 2 pk - 1 2 log C quindi ph = 1 2 4,75-1 log 0,1 = 2,87 2 Pgin 14
Aggiungendo NOH, il processo di neutrlizzzione è il seguente: CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O per cui si form un soluzione tmpone, in qunto un prte dell'cido cetico si trov sotto form di ione cetto CH3COO -. Per clcolre il ph dell soluzione tmpone, bst pplicre l formul ph = pk + log - C s [CH3COO ] = pk + log C 3 [CH COOH] Il rpporto - [CH3COO ] [CH COOH] 3 è fcilmente clcolbile poiché, dopo l'ggiunt di 10 ml di NOH 0,1 N, rimngono 40 10 di cido cetico non neutrlizzti, mentre 50 50 trsformti in CH3COO - per cui il rpporto suddetto e di 1 : 4. Si h pertnto: ph = 4,75 + log 0,25 = 4,15 sono stti Con l'ggiunt complessiv di 50 ml di NOH 0,1 N, tutto l'cido è stto neutrlizzto e il volume finle dell soluzione è ugule 100 ml. L concentrzione dell'cetto di sodio nei 100 ml è di 0,05 moli. Ricordndo tuttvi che l'cetto di sodio è un sle derivto d un cido debole e d un bse forte, bisogn tenere presente che subisce il fenomeno dell'idrolisi. CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH + OH - K 10 [OH ] = C = 0,05 = 5,27 10-14 - w -6 s -5 K 1,8 10 poh = - log 5,27 10-6 = 5,28 ph = 14 5,28 = 8,72 Come si vede chirmente dl risultto il punto finle dell titolzione non è l neutrlità, m in cmpo bsico, dovuto ll'idrolisi del sle. Dopo il rggiungimento del punto finle, il ph può essere clcolto dll'eccesso di NOH ggiunt e i vlori di ph sono identici quelli già clcolti nel cso dell titolzione precedente. Pgin 15
ph II Digrmm di titolzione 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ml di NOH o,1 N ggiunti Dll'ndmento dell curv si può dedurre che il metilrncio (virggio ph 3,1 4,4) non è un indictore dtto per quest titolzione e nemmeno il blu di bromotimolo (virggio ph 6,0 7,6). L fenolftlein è l'indictore più dtto per quest titolzione perché il suo virggio vviene in mbiente lclino (virggio ph 8,3 10,0). Queste titolzioni possono nche essere eseguite medinte un ph-metro. Il punto finle dell titolzione viene segnlto d un brusco slto del ph. Riportndo i vlori del ph in funzione del volume del titolnte in un grfico, si può determinre l tngente nel punto di flesso e quindi il volume del titolnte necessrio per portre termine l titolzione. È d sottolinere che l titolzione di un cido o un bse debole permette di determinre sperimentlmente l su costnte K o K b. Inftti dll rezione di Henderson per le soluzioni tmpone: - [A ] ph = pk + log [HA] risult che ph = pk qundo [A - ] = [HA], cioè qundo l metà dell'cido (bse) è stto neutrlizzto. Dl vlore di pk si risle l vlore di K. Pgin 16
ESERCIZI 11. In un soluzione diluit di HCl, [H 3 O + ] vle 0,001 M. Qule è l corrispondente [OH - ] dell soluzione? [10-11 M] Qule è il ph dell soluzione? [3] 12. L [OH - ] di un soluzione di NOH è 1.10-2 M. Qule è l [H 3 O + ] dell soluzione e il suo ph? [10-12 M ; 12] 13. Clcolre l [H 3 O + ] e l [OH - ] di un soluzione ottenut sciogliendo 0,96 g di LiOH in tnt cqu d ottenere 1500 ml di soluzione. Qunto vle il ph? [3,7.10-13 M; 2,7.10-2 M ; 12,44] 14. Si ggiungono 50 ml di soluzione 0,10 M di HCl 50 ml di soluzione 1,0 M di NOH. Trovre l [H 3 O + ], l [OH - ] e il ph dell soluzione risultnte. [2,2.10-14 M; 4,5.10-1 M; 13,66] 15. Trovre l [H 3 O + ], l [OH - ] e il ph di un soluzione ottenut mescolndo 25 ml di NOH 0,100 M e 75 ml di HCl 0,010 M. [5,9.10-13 M; 1,7.10-2 M; 12,23] 16. A 1 litro di cqu si ggiungono 2 ml di un soluzione 2 M di un cido forte. Clcol il ph dell soluzione risultnte. [2,41] 17. 50 ml di un soluzione 2M di HCl vengono diluiti con 70 ml di H 2 O. Clcol l molrità dell soluzione e il rispettivo ph. [0,833 M; 0,08] 18. 2 litri di NH 3 gssoso sono sciolti in H 2 O e il volume finle dell soluzione è portto d 1 litro. Qule è il ph dell soluzione? [12,9] 19. L costnte di dissocizione dell'nh 3 in soluzione cquos è K b = 1,75.10-5. Spendo che l soluzione è di 0,1 M clcolre il ph. [11,12] 20. Clcol il ph di un soluzione di cido cetico 0,04 M. K = 1,8.10-5. [3,072] 21. Clcolre il ph di un soluzione ottenut mescolndo 100 ml K 2 CO 3 0,01 M con 20 ml HCl 0,05 M. pkb(co 3 2- ) = 3,68. [6,2] 22. Clcolre il ph di un soluzione ottenut mescolndo 100 ml N 2 SO 4 0,01 M con 4 ml HCl 0,2 M. pkb(so 4 2- ) = 6,75. [6,65] 23. Clcolre le moli di NC 2 H 3 O 2 che si devono ggiungere 1 litro di CH 3 COOH 0,1 M per fornire un soluzione tmpone con un ph = 5. pk = 4,74. [0,178 mol] Pgin 17
24. Un soluzione cquos possiede un molrità di ioni H 3 O + di 2.10-5 M. Qule è il suo ph 25 C? [4,7] 25. Un soluzione cquos present un ph 8,6 25 C. Clcolre l molrità in ioni OH -. [4.10-6 M] 26. Sino dte 4 soluzioni cquose A, B, C, D per le quli si conoscono i seguenti dti: A: [H 3 O + ] = 2,5.10-3 M ; B: [OH - ] = 10-8 M ; C: ph = 4,5 ; D: 50 ml dell soluzione contiene 3.10-5 mol di ioni H 3 O +. Clssificre le soluzioni in ordine di ph crescente. [A, D, C, B] 27. Qule è il ph di un soluzione ottenut tirndo 1 litro con dell'cqu distillt 3 cm 3 di un soluzione di cido nitrico concentrto di densità 1,40 e contenente il 65% di HNO 3? [1,37] 28. Qule mss di idrossido di potssio bisogn sciogliere per litro di soluzione perché quest bbi un ph = 12,6? [2,24 g] 29. In un pllone trto di 500 cm 3, si mettono 20 cm 3 di un monocido forte di molrità sconosciut che si completno con dell'cqu distillt fino ll tr. L soluzione così ottenut viene dost con un soluzione di sod NOH 0,20 M.: il dosggio seguito medinte un ph-metro h fornito i seguenti risultti cm 3 di sod ggiunt 2 4 6 8 9 9.90 10 10,1 11 12 14 16 ph 2,5 2,62 2,81 3.10 3,41 4,41 7,0 9,6 10,6 10,9 11,2 11,4 ) trccire l cur che di il ph in funzione del volume di sod ggiunt b) clcolre l molrità dell soluzione cid inizile [0,1 M] c) determinre grficmente e con il clcolo il ph dell soluzione cid dopo l diluizione [2,4] d) clcolre il ph del miscuglio risultnte dll'ddizione di 10 cm 3 di sod 0,5 M 20 cm 3 di soluzione cid inizile [13] e) l posto di seguire il dosggio con il Ph-metro si utilzz un indictore colorto: l'elintin il cui inizio dell zon di virggio si situ un ph vicino 3,30. Qule errore reltivo si commette sul dosggio se si rrest l'ddizione di sod dll'inizio del virggio dell'elintin? 30. L misur del ph di un soluzione cquos d'cido cetico 0,1 M conduce un vlore di 2,9. Clcol: ) quli sono le molrità in ioni H 3 O + e OH - di quest soluzione? [1,26.10-3 M; 7,9.10-12 M] Pgin 18
b) quli sono le molrità in ioni cetto e in molecole di cido cetico? [1,26.10-3 M; 9,87.10-2 M] c) qule è il pk dell'cido cetico? [4,8] 31. Per determinre le molrità in form bsic (ioni cetto) e in form cid (cido cetico) presenti in un soluzione se ne f due prti di 100cm 3 ciscun lle quli si ggiunte in un, un soluzione di sod 0,5 M e nell'ltr un soluzione di cido cloridrico 0,5 M seguendo in ciscun cso l vrizione del ph risultnte d queste ggiunte. I risultti sono rccolti nelle seguenti tbelle: ml di sod ggiunti 0 1 2 3 3,5 4 5 6 ph 5,15 5,40 5,75 9,25 11,35 11,70 12,0 12,20 ml di HCl ggiunti 0 1 2 3 4 5 6 7 7,5 8 9 10 ph 5,15 5,00 4,80 4,60 4,45 4,20 3,85 3,05 2,65 2,35 2,05 1,85 ) trccire sullo stesso grfico le curve ph = f(v) essendo V il volume di sod o di cido cloridrico (in cm 3 ); b) spiegre qulittivmente cos vviene qundo si ggiunge d un prte l soluzione di sod e dll'ltr l soluzione di HCl; c) che cos corrispondono i punti di ph 9 e ph 3? d) Clcolre l molrità delle specie chimiche dell soluzione studit; [ [CH 3 COOH]=1,5.10-2 M ; [CH 3 COO - ]=3,5.10-2 M] e) qundo si sono ggiunti 2 cm 3 di cido si è un punto prticolre: Qule? Qule è l composizione dell miscel in cido cetico e in ioni cetto? [ [CH 3 COOH]=[CH 3 COO - ]=2,5.10-3 M] f) qule è il vlore del pk dell coppi studit? [4,8] 32. Clcolre il ph di un soluzione 2,5.10-2 M di NOH. [12,4] 33. Clcolre il ph di un soluzione 0,5 M di cido cetico. K = 1,8.10-5. [2,52] 34. A 300 ml di un soluzione 0,05 M di B(OH) 2 vengono ggiunti 150 ml di un soluzione 0,03 M di idrossido di sodio. Clcolre il ph dell soluzione inizile e finle. [13 ; 12,89] 35. Clcolre i grmmi di idrossido di brio d ggiungere 300 ml di un soluzione 0,125 M di H 2 SO 4 per ottenere un ph finle di 1,3. [2,15 g] Pgin 19
36. A 100 ml di un soluzione di cido cetico 0,1 M vengono ggiunti 0,4 g di NOH. Qule è il ph dell soluzione dopo l'ggiunt dell bse forte? K = 1,8.10-5 [8,87] 37. 400 ml di un soluzione cquos di mmonic vengono titolti d 100 ml di HCl 1 M usndo rosso metile come indictore. Clcolre l molrità dell soluzione mmonicle di prtenz (K b =1,8.10-5 ) e il ph dell soluzione l punto di equivlenz. [0,25 M; 4,98] 38. Clcolre il pk dell coppi NH 4 + /NH3 spendo che un soluzione di mmonic 10-2 M h un ph = 10,6. [9,22] Pgin 20