Titolazione di cianuro di sodio con acido cloridrico

La titolazione di cianuro di sodio  può essere fatta con acido cloridrico.

L’esercizio richiede risposte relative al calcolo del pH prima di iniziare la titolazione, dopo aver aggiunto una certa aliquota di acido, al punto equivalente e dopo il punto equivalente.

È inoltre richiesto l’indicatore più adatto per evidenziare il raggiungimento del punto finale della titolazione.

Esercizio

Un’aliquota di 50.00 mL di NaCN 0.0500 M è titolata con HCl 0.1000 M. (K_a di HCN = 9.1 · 10^-10)

Calcolare il pH:

• prima di iniziare la titolazione
• dopo l’aggiunta di 10.00 mL di HCl
• al punto di equivalenza
• dopo l’aggiunta di 26.00 mL di HCl
• valutare l’indicatore più adatto per evidenziare il raggiungimento del punto finale della titolazione

Idrolisi

(a) Il cianuro di sodio è un sale che si dissocia completamente in Na⁺ e CN^–. Lo ione sodio non idrolizza mentre lo ione cianuro, base coniugata dell’acido debole HCN, idrolizza secondo l’equilibrio:

CN^– + H₂O ⇄ HCN + OH^–

La costante di idrolisi K_b vale K_w/K_a = 1.0 · 10^-14/9.1 · 10^-10= 1.1 · 10^-5

All’equilibrio: [CN^–] = 0.0500-x ; [HCN ]= [OH^–] = x

L’espressione della costante di equilibrio è:
K_b =[HCN ] [OH^–]/[HCN]

Da cui sostituendo si ha: 1.1 · 10^-5 = (x)(x)/ 0.0500 -x

Trascurando la x sottrattiva al denominatore si ottiene: 1.1 · 10^-5 = (x)(x)/ 0.0500

Da cui x = [OH^–] = 0.000166 M

pOH = – log [OH^–]  = 3.78

pH = 14-3.78 = 10.2

Nota: il punto (a) viene quindi risolto come un’idrolisi

Soluzione tampone

(b) dopo l’aggiunta di 10.00 mL di HCl

Moli di NaCN = 0.0500 L · 0.0500 M = 0.00250

Moli di HCl = 0.00100 L · 0.1000 M = 0.00100

A seguito della reazione CN^– + H⁺→ HCN

Le moli di CN^– in eccesso sono: 0.00250 – 0.00100 = 0.00150

Mentre le moli di HCN formate sono 0.00100

Volume totale = 50 + 10 = 60 mL

[CN^–] = 0.00150 /0.0600 L =0.0250 M

[HCN]= 0.00100/0.0600 L =0.0167 M

pK_a = – log K_a = 9.0

Essendo presente un acido debole e la sua base coniugata si ha una soluzione tampone e, per la determinazione del pH, si usa l’equazione di Henderson-Hasselbalch

pH = 9.0 + log 0.0250/0.0167 = 9.18

(c)  Moli di NaCN = 0.0500 L · 0.0500 M = 0.00250

moli di HCl necessarie a raggiungere il punto equivalente = 0.00250

volume di HCl necessario = 0.00250/0.1000 M = 0.0250 L

volume totale = 0.0500 + 0.0250 = 0.0750 L

moli di HCN formate = 0.00250

[HCN] = 0.00250/ 0.0750 L = 0.0333 M

K_a = 9.1 · 10^-10 = (x)(x)/ 0.0333 -x

Trascurando la x sottrattiva al denominatore si ha: 9.1 · 10^-10 = (x)(x)/ 0.0333

Da cui x = [H+] = 5.51 · 10^-6 M

pH = 5.26

Acido cloridrico in eccesso

(d) dopo l’aggiunta di 26.00 mL di HCl

Moli di HCl = 0.02600 L · 0.1000 M = 0.002600

Moli di NaCN = 0.0500 L · 0.0500 M = 0.00250

Moli di HCl in eccesso = 0.002600 – 0.00250 = 0.000100

Volume totale = 26 + 50 = 76 mL

[H⁺] = 0.000100/0.0760 L = 0.00132 M

pH = 2.88

(e) Un indicatore idoneo è il rosso metile che, avendo un intervallo di viraggio tra 4.4 e 6.3, copre il pH al punto equivalente che è pari a 5.26