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titolazione di una base debole-chimicamo

Titolazione di base debole con acido forte. Esercizi svolti

  |   Chimica, Stechiometria

La titolazione di una base debole con un acido forte serve a determinare la concentrazione della base debole e si può eseguire  un opportuno indicatore.

Nella titolazione di una   base debole  con una  acido forte lo ione H+ reagisce con la base debole

Si possono verificare tre casi in cui il numero di moli di acido è:

1)  minore al numero di moli della base (prima del punto equivalente). In tal caso una certa quantità di base si trasforma nel suo acido coniugato e ci troviamo di fronte a una soluzione tampone: la determinazione del pH  può essere fatta usando l’equazione di Henderson-Hasselbalch

2)uguale al numero di moli della base (al punto equivalente). In tal caso tutta la base si è trasformata nel suo acido coniugato il quale, a sua volta, dà luogo a un equilibrio di idrolisi. La determinazione del pH può essere fatta considerando l’equilibrio di idrolisi.

3) maggiore al numero di moli della base (dopo il punto equivalente). In questo caso lo ione H+ è in eccesso. La differenza tra il numero di moli di acido e il numero di moli di base ci quantifica il numero di moli di H+ in eccesso. Il pH della soluzione può essere così facilmente determinato.

 

Esercizi 

1) Si supponga di aggiungere 25.0 mL di HCl 0.120 M a 30.0 mL di NH3 0.120 M . Determinare il pH della soluzione sapendo che Kb = 1.81 ∙ 10-5

Calcoliamo le moli di ciascuna specie presente in soluzione:

moli di HCl = moli di H+=  0.0250 L ∙ 0.120 M=0.00300

moli di NH3 = 0.0300 L∙0.120 M=0.00360

ciò implica che si formeranno 0.00300 moli di NH4+ e rimarranno in eccesso  0.00360 – 0.00300 = 0.00060 moli di NH3. Il volume totale della soluzione è pari a 25.0 + 30.0 = 55.0 mL

La concentrazione di NH4+ è pari a 0.00300/ 0.0550 L=0.0545 M mentre quella di NH3 è pari a 0.00060/ 0.0550 = 0.011 M.

Questa soluzione è una soluzione tampone in quanto in essa sono presenti una base debole NH3 e il suo acido coniugato NH4+. La determinazione del pH può essere effettuata usando l’equazione di Handerson-Hasselbalch:

pOH = pKb + log [NH4+]/ [NH3]

ricordando che pKb = – logKb = – log 1.81 ∙ 10-5 = 4.74 si ha:

pOH = 4.74 + log 0.0545/ 0.011 = 5.4 da cui pH = 14 – 5.4 = 8.6

2) Si supponga di aggiungere 25.0 mL di HCl 0.120 M a 25.0 mL di NH3 0.120 M . Determinare il pH della soluzione sapendo che Kb = 1.81 ∙ 10-5

Calcoliamo le moli di ciascuna specie presente in soluzione:

moli di HCl = moli di H+=  0.0250 L ∙ 0.120 M=0.00300

moli di NH3 = 0.0250 L∙ 0.120 M=0.00300

In questo caso le moli di H+ sono pari a quelle di NH3 e, conseguentemente, si sono formate 0.00300 moli di NH4+ acido coniugato della base debole NH3. Il volume totale della soluzione è pari a 25.0 + 25.0 = 50.0 mL = 0.0500 L e quindi la concentrazione dello ione ammonio vale:

0.00300/ 0.0500=0.0600 M

Lo ione ammonio dà luogo a una reazione di idrolisi secondo l’equilibrio:

NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+

La costante relativa a questo equilibrio, detta costante di idrolisi è pari a Kh = Kw/Kb = 1.00 ∙ 10-14/ 1.81 ∙ 10-5 = 5.52 ∙10-10

Costruiamo una I.C.E. chart :

NH4+ H2O NH3 H3O+
Stato iniziale 0.0600
Variazione -x +x +x
Equilibrio 0.0600-x x x

Sostituiamo tali valori nella Kh e otteniamo:

Kh = 5.52 ∙ 10-10 = (x)(x) / 0.0600-x

Risolvendo rispetto a x si ha: x = [H3O+] = 5.76 ∙ 10-6

Da cui pH = – log 5.76 ∙ 10-6 = 5.24

3) Si supponga di aggiungere 25.0 mL di HCl 0.120 M a 5.00 mL di NH3 0.120 M . Determinare il pH della soluzione sapendo che Kb = 1.81 ∙ 10-5

Calcoliamo le moli di ciascuna specie presente in soluzione:

moli di HCl = moli di H+=  0.0250 L ∙ 0.120 M=0.00300

moli di NH3 = 0.00500 L ∙ 0.120 M=0.000600

H+ e NH3 reagiscono secondo la reazione H+ + NH3→NH4+

Le moli di NH4+ formatesi sono pari a 0.000600

Le moli di H+ in eccesso sono pari a 0.00300 – 0.000600 =0.00240. Il volume totale della soluzione è pari a 25.0 + 5.0 = 30.0 mL

La concentrazione di H+ è pari a [H+] = 0.00240/ 0.0300 L=0.0800 M

Da cui pH = – log [H+] = – log 0.0800 = 1.10

4) Si supponga di aggiungere 25.0 mL di HCl 0.120 M a 10.0 mL di NH3 0.120 M . Determinare il pH della soluzione sapendo che Kb = 1.81 ∙ 10-5

Calcoliamo le moli di ciascuna specie presente in soluzione:

moli di HCl = moli di H+=  0.0250 L ∙ 0.120 M=0.00300

moli di NH3 = 0.0100 L ∙ 0.120 M=0.00120

H+ e NH3 reagiscono secondo la reazione H+ + NH3 → NH4+

Le moli di H+ in eccesso sono pari a 0.00300 – 0.00120 =0.00180. Il volume totale della soluzione è pari a 25.0 + 10.0 = 40.0 mL

La concentrazione di H+ è pari a [H+]= 0.00120/ 0.0400 L=0.0450 M

Da cui pH = – log [H+] = – log 0.0450 = 1.35

5) Si supponga di aggiungere 25.0 mL di HCl 0.120 M a 15.0 mL di NH3 0.120 M . Determinare il pH della soluzione sapendo che Kb = 1.81 ∙ 10-5

Calcoliamo le moli di ciascuna specie presente in soluzione:

moli di HCl = moli di H+=  0.0250 L ∙ 0.120 M=0.00300

moli di NH3 = 0.0150 L ∙ 0.120 M=0.00180

quelle  di H+ in eccesso = 0.00300 – 0.00180=0.00120

Volume totale = 25.0 + 15.0 = 40.0 mL = 0.0400 L

[H+]= 0.00120/ 0.0400= 0.0300

pH = – log 0.0300 =1.52

Considerando aggiunte successive di acido forte alla base debole e calcolando i valori di pH che si ottengono si può costruire la curva di titolazione base debole- acido forte

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