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pH di acidi e basi forti: esercizi

pH di acidi e basi forti: esercizi svolti

  |   Chimica, Stechiometria

Il calcolo del pH di acidi e basi forti costituisce il caso più semplice degli esercizi sul pH bastando la sola definizione di pH

Per acido e base forte si intende un acido o una base dissociati al 100%. Per il generico acido forte HA, disciolto in acqua, possiamo scrivere:

HA → H+ + A

La freccia unica indica la totale dissociazione dell’acido quindi la concentrazione dello ione H+ è pari alla concentrazione dell’acido forte. Il pH può essere così facilmente calcolato:

pH = – log [H+]

Analogamente, detta MOH una base forte, disciolta in acqua, possiamo scrivere:

MOH → M+ + OH

La concentrazione dello ione OH è quindi pari alla concentrazione iniziale della base e il pOH può essere calcolato dalla relazione:

pOH = – log [OH]

Per determinare il pH di una soluzione di una base forte, dopo aver calcolato il pOH si può usare l’espressione:

pH + pOH = 14 ( derivante dalla dissociazione dell’acqua)

da cui

pH = 14 – pOH

Esercizi:

1) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 6.30 g di HNO3 in acqua e avente un volume di 1500 mL

Innanzi tutto calcoliamo il peso molecolare di HNO3 dalla somma dei pesi atomici:

peso molecolare di HNO3 = 1.008 + 14.0067 + ( 3 ∙15.999 )= 63.0 g/mol

Calcoliamo le moli dell’acido:

moli di HNO3 = 6.30 g / 63.0 g/mol = 0.100

Convertiamo i millilitri in Litri dividendo per 1000:

V = 1500 mL = 1.500 L

calcoliamo la concentrazione dell’acido espressa in molarità :

Molarità = moli di soluto / volume della soluzione espressa in Litri

M = 0.100/ 1.500 = 0.0667

La concentrazione dell’acido corrisponde alla concentrazione dello ione H+:

[H+] = 0.0667 M

Da cui pH = – log 0.0667 =1.18

 

2) Calcolare la concentrazione dell’acido forte HA sapendo che il suo pH è pari a 3.5

Dalla definizione di pH = – log [H+] si ottiene la formula:

10-pH = [H+]

Con la calcolatrice digita 3.5 , poi il segno meno ( dal tasto +/-) poi trova la funzione inversa del logaritmo che viene indicato con log ( da non confondere con ln) e si ha:

10– 3.5 = 0.000316 = [H+]

Essendo l’acido HA un acido forte 0.000316 M corrisponde alla concentrazione dell’acido

 

3) Calcolare il pH di una soluzione di NaOH ottenuta mescolando 8.00 g di NaOH in acqua e avente un volume di 800 mL

Calcoliamo il peso molecolare di NaOH sommando i pesi atomici:

Peso molecolare di NaOH = 22.9898 + 15.999 + 1.008 = 39.9968 g/mol che può essere approssimato a 40 g/mol

Le moli di NaOH corrispondono a :

moli di NaOH = 8.00 g / 40 g/mol = 0.200

concentrazione della base = 0.200 mol/ 0.800 L = 0.250 M

il pOH della soluzione è pari a:

pOH = – log 0.250 = 0.602

il pH di tale soluzione è pertanto pH = 14 – pOH = 14 – 0.602 =  13.4

4) A 300 mL di HCl 0.0100 M vengono aggiunti 0.500 g di NaOH. Calcolare il pH prima e dopo l’aggiunta di NaOH

La concentrazione iniziale dell’acido HCl è 0.0100 M che corrisponde anche alla concentrazione dello ione H+ per cui pH = – log 0.0100 = 2.00

Calcoliamo le moli di NaOH che sono pari a 0.500 g / 40 g/mol = 0.0125

Ricaviamo le moli di HCl conoscendo la sua concentrazione e il suo volume:

moli = Molarità ∙Volume espresso in Litri

moli di HCl = 0.0100 ∙0.300 L = 0.00300

La reazione tra HCl e NaOH è una reazione acido-base che dà come prodotti di reazione sale e acqua:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

Dal confronto del numero di moli di HCl e NaOH vediamo che le moli di NaOH sono in numero maggiore e quindi possiamo calcolare le moli di NaOH in eccesso ( ovvero quelle che non vengono neutralizzate dall’acido)

Moli di NaOH in eccesso = 0.0125 – 0.00300 = 0.00950

La concentrazione dello ione OH è pari a moli di OH/ volume della soluzione:
[OH] = 0.00950 mol / 0.300 L=0.0317 M

Da cui pOH = – log 0.0317 =1.50

Il pH della soluzione è pari quindi a:

pH = 14 – pOH = 14 – 1.50 = 12.5

 

5) Calcolare i grammi di HCl sciolti in 250.0 mL di soluzione per avere un pH = 2.15

Calcoliamo quale deve essere la concentrazione dello ione H+ ovvero la concentrazione dell’acido conoscendo il pH:

10-pH = [H+]

10– 2.15 = 0.00708 M = [H+]

Che corrisponde anche alla concentrazione dell’acido. Le moli dell’acido necessarie a preparare 250.0 mL di tale soluzione sono pari a:

moli di HCl = 0.00708 M ∙0.250 L= 0.00177

I grammi di HCl necessari sono quindi

Grammi di HCl = moli ∙peso molecolare = 0.00177 mol ∙36.465 g/mol =0.0645 g

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