Titolazioni acido debole base forte. Esercizi svolti

Le titolazioni acido debole base forte costituiscono una tecnica analitica volumetrica per determinare la concentrazione di un acido debole.

Il calcolo del pH nelle titolazioni tra un acido debole  base forte è più complicato rispetto al caso di una titolazione acido forte base forte in quanto l’acido debole è solo parzialmente dissociato nei suoi ioni e, al punto equivalente, il prodotto della reazione non è un sale neutro.

Calcolo del pH

Nel calcolo del pH si possono sostanzialmente distinguere tre casi:

1) Prima del punto equivalente. In tal caso le moli di acido sono maggiori delle moli di base aggiunta pertanto le moli di acido in eccesso saranno date dalla differenza tra le moli di acido iniziali  e le moli di base aggiunta, mentre le moli di sale formatosi saranno pari alle moli di base aggiunta. Ci troviamo quindi dinanzi a una soluzione tampone e il calcolo del pH viene quindi effettuato avvalendosi dell’equazione di equazione di Henderson-Hasselbalch

2) Al punto equivalente tutto l’acido si è trasformato in sale e quindi il calcolo del pH può essere effettuato nello stesso modo in cui si tratta un’idrolisi

3) Dopo il punto equivalente. Le moli di base aggiunta sono maggiori rispetto a quelle dell’acido iniziale e quindi le moli di base in eccesso sono pari alla differenza tra le moli di base aggiunta e le moli di acido iniziali. Il calcolo del pOH e, conseguentemente quello del pH, viene fatto calcolando la concentrazione dello ione OH^–

Esercizi

1) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 25.0 mL di acido acetico 0.100 M e 5.0 mL di NaOH 0.100 M. ( K_a = 1.80 ∙ 10^-5)

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

Le moli di NaOH sono pari a 0.0050 L ∙ 0.100 M= 5.0 ∙ 10^-4

L’acido e la base reagiscono secondo l’equazione netta:

CH₃COOH + OH^–→ CH₃COO^– + H₂O

Moli di acido acetico in eccesso = 0.00250 – 5.0 ∙ 10^-4 =0.00200

Moli di ione acetato formatosi = 5.0 ∙ 10^-4

Volume totale = 25.0 + 5.0 = 30.0 mL

[CH₃COOH] = 0.00200/ 0.0300 L=0.0667 M

[CH₃COO^–] = 5.0 ∙ 10^-4/ 0.0300 L=0.0167 M

Ricordando l’equazione di Handerson-Hasselbalch: pH = pK_a + log [CH₃COO^–]/[CH₃COOH] e, stante pK_a = – log 1.80 ∙ 10^-5 = 4.74 si ha:

pH = 4.74 + log 0.0167/0.0667=4.14

2) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 25.0 mL di acido acetico 0.100 M e 10.0 mL di NaOH 0.100 M. ( K_a = 1.80 ∙ 10^-5)

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

Le moli di NaOH sono pari a 0.0100 L ∙ 0.100 M= 0.00100

L’acido e la base reagiscono secondo l’equazione netta:

CH₃COOH + OH^–→ CH₃COO^– + H₂O

Moli di acido acetico in eccesso = 0.00250 – 0.00100 =0.00150

Moli di ione acetato formatosi = 0.00100

Volume totale = 25.0 + 10.0 = 35.0 mL

[CH₃COOH] = 0.00150/ 0.0350 L=0.0429 M

[CH₃COO^–] = 0.0100/ 0.0350 L=0.0286 M

pH = pK_a + log [CH₃COO^–]/[CH₃COOH] = 4.74 + log 0.0286/0.0429=4.56

3) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 25.0 mL di acido acetico 0.100 M e 25.0 mL di NaOH 0.100 M. ( K_a = 1.80 ∙ 10^-5)

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

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

L’acido e la base reagiscono secondo l’equazione netta:

CH₃COOH + OH^–→ CH₃COO^– + H₂O

A questo punto della titolazione sono state usate quantità equivalenti di acido e di base quindi sono state prodotte 0.00250 moli di ione acetato.

Il volume totale della soluzione è pari a 25.0 + 25.0 = 50.0 mL

La concentrazione dello ione acetato vale quindi [CH₃COO^–] = 0.00250/ 0.0500 L=0.0500 M

L’equilibrio di idrolisi dello ione acetato è il seguente:

CH₃COO^– + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH^–

La costante di tale equilibrio, anche detta costante di idrolisi, è pari a

K_h = K_w/K_a = 1.00 ∙ 10^-14/ 1.80 ∙ 10^-4 =5.56 ∙ 10^-10

Costruiamo una I.C.E. chart

5.56 ∙ 10^-10 = (x)(x) / 0.0500-x

Da cui x = [OH^–] = 5.27 ∙ 10^-6 M

pOH = – log 5.27 ∙ 10^-6 = 5.28

Poiché pH + pOH = pK_w = 14 si ottiene pH = 14 – 5.28 =8.72

4) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 25.0 mL di acido acetico 0.100 M e 30.0 mL di NaOH 0.100 M. ( K_a = 1.80 ∙ 10^-5)

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

Le moli di NaOH sono pari a 0.0300 L ∙ 0.100 M = 0.00300

Le moli di OH^– in eccesso sono pari a 0.00300 – 0.00250 = 0.000500

Il volume totale è pari a 25.0 + 30.0= 55.0 mL e la concentrazione di OH^– vale

[OH^–] = 0.000500/ 0.0550 L=0.00909 M

pOH = – log 0.00909=2.04

da cui pH = 14 – 2.04=11.96