Sono proposti una serie di esercizi svolti sulla determinazione del pH di soluzione di acidi forti, basi forti o soluzioni ottenute mescolando acidi forti e basi forti
La determinazione del pH di soluzioni costituite da acidi forti e/o basi forti è effettuata conoscendo le seguenti relazioni: pH = -log [H+] e pOH = – log [OH–] oltre al prodotto ionico dell’acqua Kw = [H+] [OH–]
1)1.31 g di HClO4 sono sciolti in 250 cm3 di acqua. Calcolare la concentrazione dello ione idrogeno e dello ione idrossido in soluzione, trascurando la variazione di volume.
Per prima cosa calcoliamo le moli di HClO4:
moli di HClO4 = 1.31 g/ 100.457 g/mol= 0.0130
poiché HClO4 è un acido forte che si può assumere dissociato al 100% le moli di H+ sono pari a 0.0130.
la concentrazione dello ione H+ è pari a: [H+] = 0.0130 mol/ 0.250 dm3= 0.0522 M
Per conoscere la concentrazione dello ione OH– si può utilizzare il prodotto ionico dell’acqua: Kw = [H+][OH–] = 1.00∙10-14
Pertanto la concentrazione dello ione OH– è pari a: [OH–] = Kw/[H+] da cui, sostituendo si ha:
[OH–] = 1.00 ∙10-14/ 0.0522 = 1.92 ∙10-13 M
2) 0.322 g di Ca(OH)2 sono sciolti in tanta acqua da avere 2.50 dm3 di soluzione. Calcolare la concentrazione dello ione idrossido e dello ione idrogeno.
Moli di Ca(OH)2 : 0.322 g /74.092 g/mol= 0.00435
Consideriamo la dissociazione dell’idrossido di calcio:
Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH– in cui si evidenzia che per ogni mole di idrossido di calcio dissociata si ottengono due moli di ione idrossido. Pertanto le moli di OH– sono pari a 0.00435 ∙2 = 0.00870
La concentrazione di OH– è quindi pari a 0.00870 mol/ 2.50 dm3 = 0.00348 M
Da cui la concentrazione dello ione idrogeno è pari a: [H+] = 1.00 x 10-14 / 0.00348 = 2.87 ∙10-12 M
3) 0.151 g di Ba(OH)2 sono sciolti in tanta acqua da avere 1.50 dm3 di soluzione. Calcolare il pH e il pOH della soluzione.
Le moli di Ba(OH)2 sono pari a 0.151 g / 171.314 g/mol= 0.000881
Consideriamo la dissociazione dell’idrossido di bario: Ba(OH)2 → Ba2+ + 2 OH–
In cui si evidenzia che per ogni mole di idrossido di bario dissociata si ottengono due moli di ione idrossido. Pertanto le moli di ione idrossido sono pari a
0.000881 ∙2 = 0.00176. la concentrazione dello ione idrossido è pari a
0.00176 mol/ 1.50 dm3 = 0.00118 M.
Il pOH è definito come pOH = – log [OH–] da cui, sostituendo pOH = – log 0.00118= 2.93
Poiché pH + pOH = pKw = 14 si ha:
pH = 14 – 2.93 = 11.1
4) Il pH di una soluzione acquosa è 3.50. calcolare la concentrazione dello ione idrogeno.
Il pH è definito come: pH = – log [H+] da cui [H+]= 10-pH = 10-3.50 = 3.16 ∙10-4
Sulla calcolatrice digitare 3.50, poi il segno meno ( tasto+/-) e successivamente la funzione inversa del log.
5) La concentrazione dello ione H+ in una soluzione acquosa è 2.50 ∙10-2 M. Calcolare il pH e il pOH.
Per definizione: pH = – log 2.50 ∙10-2 = 1.60 e pOH = 14 – pH = 14 – 2.60 = 11.4
6) Calcolare il pH e il pOH di una soluzione 0.045 M di NaOH.
Consideriamo la dissociazione di NaOH:
NaOH →Na+ + OH–
NaOH è una base forte che si può assumere dissociata al 100% per cui si può assumere [OH–]= 0.045 M
Da cui pOH = – log 0.045= 1.3 e pH = 14 – pOH = 14 – 1.3 = 12.7
7) 5.50 g di KOH sono sciolti in acqua e la soluzione portata a 0.500 dm3. Calcolare il pH della soluzione.
Calcoliamo le moli di KOH: moli di KOH = 5.50 g / 56.1 g/mol= 0.0980
Consideriamo la dissociazione di KOH:
KOH →K+ + OH–
KOH è una base forte che si può assumere dissociata al 100% per cui si può assumere che le moli di OH– presenti in soluzione siano 0.0980 e pertanto la concentrazione dello ione idrossido è pari a 0.0980 mol/ 0.500 dm3 = 0.196 M
Da cui pOH = – log 0.196= 0.708 e pH = 14 – 0.708 = 13.3
8) Calcolare il volume di una soluzione 11.3 M di HCl che occorre diluire con acqua per preparare 1.00 dm3 di una soluzione a pH = 1.50
Calcoliamo la concentrazione di H+ dal pH: [H+] = 10-1.50 =0.0316 M
A questo punto calcoliamo le moli di H+ contenute in 1.00 dm3 di soluzione:
moli = 0.0316 mol/dm3 ∙ 1.00 dm3 = 0.0316
calcoliamo il volume di soluzione 11.3 M necessario:
V = moli/ M = 0.0316/ 11.3 =0.00280 dm3 = 2.80 cm3
9) Una soluzione acquosa di NaOH ha un pH = 11.90. calcolare quanti grammi di NaOH sono disciolti in 35 cm3 di questa soluzione
Il valore di pOH è pari a
pOH = 14 – pH = 2.10 e pertanto [OH–] = 10-2.10 = 0.00794 M
Le moli di OH– ovvero le moli di NaOH contenute in 35 cm3 sono pari a:
0.0350 dm3 ∙ 0.00794 = 0.000278
La quantità di NaOH è pari a 39.9968 g/mol ∙0.000278 mol= 0.0111 g
10) 100 cm3 di una soluzione acquosa di HNO3 a pH 0.25 sono diluiti con acqua fino a pH 1.10. Calcolare il volume finale della soluzione
La concentrazione dello ione H+ nella soluzione iniziale è pari a 10-0.25 = 0.562 M
Le moli di H+ contenute nella soluzione iniziale sono pari a 0.100 dm3 ∙0.562 M = 0.0562.
La concentrazione dello ione H+ nella soluzione finale è pari a 10-1.10= 0.0794
Il volume finale è pari a V = 0.0562/ 0.0794=0.708 dm3
11) 125 cm3 di una soluzione di HClO4 0.101 M sono aggiunti a 1.00 dm3 di una soluzione 0.00662 M di Ba(OH)2 . Calcolare il pH della soluzione risultante
Calcoliamo le moli di H+ = 0.125 dm3 ∙0.101 M = 0.0126
Moli di Ba(OH)2 = 1.00 dm3 ∙0.00662 M = 0.00662
Moli di OH– = 0.00662 ∙2 =0.0132
Le moli di OH– in eccesso sono pari a 0.0132 – 0.0126=0.000600
Il volume totale della soluzione è pari a 1.00 + 0.125 = 1.125 dm3
La concentrazione dello ione OH– è pari a 0.000600/ 1.125 =0.000533 M
Il pOH è pari a – log 0.000533 = 3.27 e quindi il pH vale 14 – 3.27= 10.7
12) Calcolare il volume di una soluzione 0.0845 M di HCl che è necessario per neutralizzare 0.250 dm3 di una soluzione di una base forte a pH = 11.10
Il pOH è pari a 14 – 11.10= 2.90 e quindi [OH–]= 10-2.90=0.00126 M
Le moli di OH– che devono essere neutralizzate sono pari a
0.00126 M ∙0.250=0.000315
Occorreranno quindi lo stesso numero di ioni H+ pertanto il volume della soluzione di HCl è pari a V = 0.000315/ 0.0845=0.00372 dm3 = 3.72 cm3