Titolazione di acidi poliprotici. Esercizi svolti.

Gli acidi poliprotici contengono due o tre protoni come, ad esempio H2SO3 e H3PO4.

Un acido diprotico si dissocia in acqua in due stadi:

1o stadio: H2X (aq) ⇄ H+(aq) + HX(aq)

2° stadio: HX(aq) ⇄ H+(aq) + X2-(aq)

Le curve di titolazione di acidi diprotici hanno due punti equivalenti cui corrispondono due punti di flesso come mostrato in figura:

acidi poliprotici

Le equazioni per le reazioni acido base che avvengono tra l’acido diprotico H2X e l’idrossido di sodio sono:

H2X + NaOH → NaHX + H2O (dall’inizio della titolazione al primo punto equivalente)

NaHX + NaOH → Na2X + H2O (dal primo al secondo punto equivalente)

Dall’inizio della titolazione fino al secondo punto equivalente la reazione netta è:

H2X + 2 NaOH → Na2X +2 H2O

Al primo punto equivalente, tutti gli ioni H+ derivanti dalla prima dissociazione hanno reagito con NaOH. Al secondo punto equivalente tutti gli ioni H+ derivanti sia dalla prima che dalla seconda dissociazione hanno reagito con NaOH. Il volume di NaOH aggiunto per il raggiungimento del secondo punto equivalente è esattamente il doppio rispetto a quello adoperato per il raggiungimento del primo punto equivalente.

Esercizi 

1)       L’acido solforoso H2SO3 è un acido diprotico. (Ka1 = 1.25 ∙ 10-2 e Ka2 = 5.6 ∙ 10-8. Calcolare il pH quando a 25.0 mL di una soluzione di H2SO3 0.100 M a cui vengono aggiunti 25.0 mL di NaOH 0.100 M. Si assumano i volumi additivi

Le moli di H2SO3  sono pari a 0.0250 L ∙ 0.100 M = 0.00250

Le moli di NaOH sono pari a 0.0250 L x 0.100 M = 0.00250

La reazione di neutralizzazione è la seguente:

H2SO3 + OH → HSO3 + H2O

Ciò implica che 0.00250 moli di H2SO3  reagiscono con 0.00250 moli di OH per dare 0.00250 moli di HSO3. Il volume totale della soluzione è 25.0 + 25.0 = 50.0 mL = 0.0500 L. Assumendo una completa neutralizzazione avremo [HSO3 ] = 0.00250 mol/ 0.0500 L = 0.0500 M

Lo ione HSO3 può comportarsi, tuttavia, sia da acido secondo la reazione HSO3 ⇄ SO32- + H+ che da base secondo la reazione HSO3 + H+ ⇄ H2SO3.

Sommando membro a membro le due reazioni si ha:

2 HSO3 ⇄SO32- + H2SO3.

La costante di questo equilibrio è ottenuta moltiplicando le due costanti di equilibrio. La costante relativa all’equilibrio : HSO3 ⇄ SO32- + H+ corrisponde a Ka2  mentre la costante relativa all’equilibrio  HSO3 + H+ ⇄ H2SO3 è pari a 1/Ka1.

Pertanto la costante dell’equilibrio  2 HSO3 ⇄ SO32- + H2SO3  vale

K = Ka2/ Ka1 = 5.6 x 10-8/1.25 x 10-2 = 4.5 x 10-6. Costruiamo una I.C.E. chart:

  2 HSO3 SO32- H2SO3
Stato iniziale 0.0500      
Variazione -2x   +x +x
Equilibrio 0.0500-2x   x x

Sostituendo le concentrazioni all’equilibrio nell’espressione di K si ha:
K = [SO32-][ H2SO3  ] / [HSO3 ]2  = (x)(x) / (0.0500-2x)2

Questa equazione può essere facilmente risolta estraendo la radice quadrata da ambo i membri ottenendosi:

4.5 ∙ 10-6 = x/ 0.0500-2x

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Author: Chimicamo

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