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ESERCITAZIONE di CHIMICA 3 dicembre, 2012 SOLUZIONI TAMPONE TITOLAZIONI

ESERCITAZIONE di CHIMICA 3 dicembre, 2012 SOLUZIONI TAMPONE TITOLAZIONI. SOLUZIONI TAMPONE. 2. SOLUZIONI TAMPONE Acido debole e base coniugata debole in quantità simile ! Acido e base non coniugati si neutralizzano! Sono in grado di “tamponare” le variazioni di pH

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ESERCITAZIONE di CHIMICA 3 dicembre, 2012 SOLUZIONI TAMPONE TITOLAZIONI

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Presentation Transcript

  1. ESERCITAZIONE di CHIMICA 3 dicembre, 2012 SOLUZIONI TAMPONE TITOLAZIONI

  2. SOLUZIONI TAMPONE 2

  3. SOLUZIONI TAMPONE Acido debole e base coniugata debole in quantità simile! Acido e base non coniugati si neutralizzano! Sono in grado di “tamponare” le variazioni di pH (entro un certo intervallo!) CH3COOH / CH3COO- NH4+ / NH3 H2CO3 / HCO3- H2PO4- / HPO42-

  4. PERCHÈ TAMPONANO? CH3COOH / CH3COO- (equilibrio!) aggiunta di acido (H3O+): CH3COO- + H3O+ CH3COOH + H2O (completa!) aggiunta di base (OH-): CH3COOH + OH- CH3COO- + H2O (completa!)

  5. EQUAZIONE DI HENDERSON-HASSELBACH HA + H2O  H3O+ + A- (equilibrio!) [ H3O+ ] x [ A- ] [ HA ] ka = -------------------- da cui [ H3O+ ] = ka x -------- [ HA ] [ A- ] [ HA ] - log [ H3O+ ] = - log ka - log -------- [ A- ] [ acido ] pH = pka - log ------------ [ base ]

  6. Calcolare il pH di una soluzione 0,5 mol / L di acido acetico (ka acido acetico = 1,7 x 10-5) 0,5 M HAc + H2O  H3O+ + Ac- (equilibrio!) 0,5 M - x x x [ H3O+ ] = [ Ac- ] ! [ H3O+ ] = [ Ac- ] = (ka x CA)1/2 = 0,92 x 10-2,5 mol / L pH = 2,53 non è una soluzione tampone!

  7. Calcolare il pH di una soluzione 0,50 mol / L di acido acetico e 0,50 mol / L di acetato di sodio (ka acido acetico = 1,7 x 10-5) HAc + H2O  H3O+ + Ac- (equilibrio!) 0,50 M 0,50 M [ acido ] 0,50 pH = pka - log ------------ = pka - log ------- [ base ] 0,50 pH = pka = 4,76

  8. Calcolare il pH di una soluzione 0,75 mol / L di acido acetico e 0,50 mol / L di acetato di sodio (ka acido acetico = 1,7 x 10-5) HAc + H2O  H3O+ + Ac- (equilibrio!) 0,75 M 0,50 M [ acido ] 0,75 pH = pka - log ------------ = pka - log ------- [ base ] 0,50 pH = pka - 0,18 = 4,76 - 0,18 = 4,58 8

  9. Calcolare il pH di una soluzione 0,50 mol / L di acido acetico e 0,75 mol / L di acetato di sodio (ka acido acetico = 1,7 x 10-5) HAc + H2O  H3O+ + Ac- (equilibrio!) 0,50 M 0,75 M [ acido ] 0,50 pH = pka - log ------------ = pka - log ------- [ base ] 0,75 pH = pka + 0,18 = 4,76 + 0,18 = 4,94 9

  10. 10

  11. 1 Calcolare il pH di una soluzione 0,50 mol / L di ammoniaca e 0,75 mol / L di cloruro di ammonio (kb ammoniaca = 1,7 x 10-5) NH4+ Cl- NH4+ + Cl- (completa!) NH4+ + H2O  H3O+ + NH3 (equilibrio!) 0,75 M 0,50 M 11

  12. 2 NH4+ + H2O  H3O+ + NH3 (equilibrio!) 0,75 M 0,50 M pka = 14 - pkb = 14 - log kb = 14 - 4,76 = 9,24 [ acido ] 0,75 pH = pka - log ------------ = 9,24 - log ------ = 9,05 [ base ] 0,50 12

  13. 2009-2010 Per fare un tampone a pH = 6,8 quale coppia acido / base può essere scelta tra le seguenti? pka = 6,35 13

  14. 1 2009-2010 A 50 mLdi una soluzione 0,2 mol / L di acido lattico (ka = 1,4 x 10-4) vengono aggiunti 50 mLdi una soluzione 0,1 mol / L di KOH Calcolare il pH prima e dopo l’aggiunta della base HLat + K+ OH- Lat-K+ + H2O (completa!)

  15. 2 prima dell’aggiunta della base HLat + H2O  H3O+ + Lat- (equilibrio!) 0,2 M [ H3O+ ] = (ka x CA)1/2 = (1,4 x 10-4 x 0,2)1/2 [ H3O+ ] = 0,53 x 10-2 mol / L pH = - log [ H3O+ ] = 2,28 15

  16. 3 dopo dell’aggiunta della base moli acido lattico = M x V = 0,2 x 50 x 10-3 = 0,01 mol moli KOH = M x V = 0,1 x 50 x 10-3 = 0,005 mol 0,01 mol 0,005 mol HLat + K+ OH- Lat- K+ + H2O (completa!) 0,005 mol ---- 0,005 mol 16

  17. 4 0,01 mol 0,005 mol HLat + K+ OH- Lat- K+ + H2O (completa!) 0,005 mol ---- 0,005 mol HLat + H2O  H3O+ + Lat- (equilibrio!) 0,005 mol 0,005 mol M HLat = 0,005 / V M Lat- = 0,005 / V V = 0,1 L [ acido ] 0,005 / V pH = pka - log ------------ = 3,85 - log ------------- = 3,85 [ base ] 0,005 / V 17

  18. 1 2009-2010 A 50 mLdi una soluzione 0,3 mol / L di acido formico (ka = 1,8 x 10-4) vengono aggiunti 40 mLdi una soluzione 0,15 mol / L di LiOH Calcolare il pH prima e dopo l’aggiunta della base HFor + Li+ OH- For-Li+ + H2O (completa!) 18

  19. 2 prima dell’aggiunta della base HFor + H2O  H3O+ + For- (equilibrio!) 0,3 M [ H3O+ ] = (ka x CA)1/2 = (1,9 x 10-4 x 0,3)1/2 [ H3O+ ] = 0,75 x 10-2 mol / L pH = - log [ H3O+ ] = 2,12 19

  20. 3 dopo dell’aggiunta della base moli acido formico = M x V = 0,3 x 50 x 10-3 = 0,015 mol moli LiOH = M x V = 0,15 x 40 x 10-3 = 0,006 mol 0,015 mol 0,006 mol HFor + Li+ OH- For- Li+ + H2O (completa!) 0,009 mol ---- 0,006 mol 20

  21. 4 0,015 mol 0,006 mol HFor + Li+ OH- For- K+ + H2O (completa!) 0,009 mol ---- 0,006 mol HFor + H2O  H3O+ + For- (equilibrio!) 0,009 mol 0,006 mol M HFor = 0,009 / V M For- = 0,006 / V V = 0,09 L [ acido ] 0,009 / V pH = pka - log ------------ = 3,74 - log ------------ = 3,56 [ base ] 0,006 / V 21

  22. 1 2009 - 2010 A 500 mLdi una soluzione contenente 11,25 g di etil-ammina(kb = 5,1 x 10-4) sono aggiunti 600 mLdi una soluzione 0,25 mol / L di acido cloridrico Calcolare prima e dopo l’aggiunta dell’acido Et-NH2 + HCl Et-NH3+ Cl- (completa!) 22

  23. 2 prima dell’aggiunta dell’acido massa molare Et-NH2 = 45 g / mol moli Et-NH2 = 11,25 / 45 = 0,25 mol molarità Et-NH2 = 0,25 / (500 x 10-3) = 0,125 mol / L [ OH- ] = (kb x CB)1/2 = (5,1 x 10-4 x 0,125)1/2 [ OH- ] = 0,8 x 10-2 mol / L pOH = 2,1 pH = 11,9 23

  24. 3 dopo dell’aggiunta dell’acido moli Et-NH2 = M x V = 0,125 x 500 x 10-3 = 0,25 mol moli HCl = M x V = 0,25 x 600 x 10-3 = 0,15 mol 0,25 mol 0,15 mol Et-NH2 + HCl  Et-NH3+ Cl- (completa!) 0,10 mol ---- 0,15 mol 24

  25. 4 0,25 mol 0,15 mol Et-NH2 + HCl  Et-NH3+ Cl- (completa!) 0,10 mol ---- 0,15 mol Et-NH3+ + H2O  H3O+ + Et-NH2 (equilibrio!) 0,15 mol 0,10 mol pka = 14 - pkb = 14 - log kb = 14 - 3,3 = 10,7 [ acido ] 0,15 pH = pka - log ------------ = 10,7 - log ------ = 10,5 [ base ] 0,10 25

  26. 1 2008-2009 Calcolare i grammi di idrossido di sodio che si devono aggiungere ad 1 L di soluzione di acido formico 0,1 mol/ L (ka acido formico 1,8 x 10-4) per avere una soluzione tampone a pH = 3,74 (si consideri nulla la variazione di volume) HFor + Na+ OH- For- Na+ + H2O (completa!) 26

  27. 2 dopo dell’aggiunta della base HFor + Na+ OH- For- Na+ + H2O (completa!) HFor + H2O  H3O+ + For- (equilibrio!) [ acido ] [ acido ] pH = pka - log ------------ = 3,74 - log ------------ = 3,74 [ base ] [ base ] [ acido ] ------------ = 1 [ base ] 27

  28. 3 moli HFor = M x V = 0,1 x 1 = 0,1 0,1 mol 0,05 mol HFor + Na+ OH- For- Na+ + H2O (completa!) 0,05 mol ---- 0,05 mol HFor + H2O  H3O+ + For- (equilibrio!) 0,05 mol 0,05 mol massa molare NaOH = 40 g / mol massa NaOH = 40 x 0,05 = 2 g 28

  29. 1 2010-2011 A 500 mL di una soluzione 0,5 mol / L di propil-ammina (kb = 4,1 x 10-4) sono aggiunti 5,475 g di HCl gassoso Calcolare il pH (si consideri nulla la variazione di volume) Prop-NH2 + HCl  Prop-NH3+ Cl- (completa!) 29

  30. 2 moli Prop-NH2 = M x V = 0,5 x 500 x 10-3 = 0,25 mol massa molare HCl = 36,5 g / mol moli HCl = 5,475 / 36,5 = 0,15 mol 0,25 mol 0,15 mol Prop-NH2 + HCl  Prop-NH3+ Cl- (completa!) 0,10 mol ---- 0,15 mol Prop-NH3+ + H2O  H3O+ + Prop-NH2 (equilibrio!) 0,15 mol 0,10 mol 30

  31. 3 Prop-NH3+ + H2O  H3O+ + Prop-NH2 (equilibrio!) 0,15 mol 0,10 mol pka = 14 - log kb = 14 - 3,39 = 10,61 [ acido ] 0,15 pH = pka - log ------------ = 10,61 - log ------ = 10,43 [ base ] 0,10 31

  32. 1 TAMPONI (due sali) In 250 mL di soluzione sono contenuti 4,35 g di K2HPO4 e 6,00 g di NaH2PO4 Calcolare il pH sapendo le tre ka dell’acido fosforico ka1 = 7,5 x 10-3ka2 = 6,2 x 10-8ka3 = 4,4 x 10-13 32

  33. 2 H3PO4 + H2O  H3O+ + H2PO4- ka1 = 7,5 x 10-3 H2PO4- + H2O  H3O+ + HPO42- ka2 = 6,2 x 10-8 HPO42- + H2O  H3O+ + PO43- ka3 = 4,4 x 10-13 33

  34. 3 massa molare K2HPO4 = 174 g / mol moli K2HPO4 = 4,35 / 174 = 0,025 mol massa molare NaH2PO4 = 120 g / mol moli NaH2PO4 = 6,00 / 120 = 0,050 mol H2PO4- + H2O  H3O+ + HPO42- (equilibrio!) 0,050 mol 0,025 mol ka2 = 6,2 x 10-8 34

  35. 4 H2PO4- + H2O  H3O+ + HPO42- (equilibrio!) 0,050 mol 0,025 mol ka2 = 6,2 x 10-8 [ acido ] 0,050 pH = pka - log ------------ = 7,2 - log -------- = 6,9 [ base ] 0,025 35

  36. 2009-2010 A 1.000 mL di una soluzione 0,1 mol / L di acido acetico sono aggiunti 500 mL di una soluzione 0,1 mol / L di NaOH: stimare il pH circa 7 tra 7 e 10 tra 3 e 7 superiore a 10 0,10 mol 0,05 mol HAc + Na+ OH- Ac- Na+ + H2O (completa!) 0,05 mol ---- 0,05 mol 36

  37. 1 Calcolare la variazione di pH di una soluzione tampone di acido acetico 0,10 mol / L e di acetato di sodio 0,10 mol / L (ka = 1,7 x 10-5) alla quale si aggiungono 0,4 g / L di idrossido di sodio (considerare nulla la variazione di volume!) 37

  38. 2 prima dell’aggiunta di NaOH 0,1 mol / L 0,1 mol / L HAc + H2O  H3O+ + Ac- [ acido ] 0,10 pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------- = 4,76 [ base ] 0,10 38

  39. 3 dopo l’aggiunta di NaOH massa molare NaOH = 40 g / mol moli NaOH = 0,4 / 40 = 0,01 mol / L 0,10 mol / L 0,01 mol / L 0,10 mol / L HAc + Na+ OH- Ac- Na+ + H2O 0,09 mol / L ---- 0,11 mol / L [ acido ] 0,09 pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------ [ base ] 0,11 pH = 4,76 + 0,09 = 4,85 pH = 4,85 - 4,76 = + 0,09 39

  40. 1 Calcolare la variazione di pH di una soluzione tampone di acido acetico 0,10 mol / L e di acetato di sodio 0,10 mol / L (ka = 1,7 x 10-5) alla quale si aggiungono 0,365 g / L di acido cloridrico (considerare nulla la variazione di volume!) 40

  41. 2 prima dell’aggiunta di HCl 0,1 mol / L 0,1 mol / L HAc + H2O  H3O+ + Ac- [ acido ] 0,10 pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------- = 4,76 [ base ] 0,10 41

  42. 3 dopo l’aggiunta di HCl massa molare HCl = 36,5 g / mol moli HCl = 0,365 / 36,5 = 0,01 mol / L 0,10 mol / L 0,01 mol / L 0,10 mol / L Ac- + HCl HAc + Cl- 0,09 mol / L ---- 0,11 mol / L [ acido ] 0,11 pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------ [ base ] 0,09 pH = 4,76 - 0,09 = 4,67 pH = 4,67 - 4,76 = - 0,09 42

  43. 4 Aggiungendo ad 1 L di acqua 0,4 g di NaOH (0,01 mol) il pH passa da 7 a 12! pH = + 5! Aggiungendo ad 1 L di acqua 0,365 g di HCl (0,01 mol) il pH passa da 7 a 2! pH = - 5! 43

  44. 1 Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 300 g al 15 % m / m di NaH2PO4 con 450 mL di KOH 0,01 mol / L e portando il volume finale a 2.500 mL 44

  45. 2 ... 300 g al 15 % m / m di NaH2PO4 ... massa soluzione = 300 g massa NaH2PO4 = 15 x (300 / 100) = 45 g massa molare NaH2PO4 = 120 g / mol moli NaH2PO4 = 45 / 120 = 0,375 mol moli H2PO4- = 0,375 mol 45

  46. 3 ... 450 mL di KOH 0,5 mol /L ... volume soluzione = 450 mL moli KOH = M x V = 0,5 x 0,450 = 0,225 mol moli OH- = 0,225 mol 0,375 0,225 ---- H2PO4- + OH- HPO42- + H2O 0,150 ---- 0,225 46

  47. 4 ... e portando il volume finale a 2.500 mL moli H2PO4- = 0,150 mol moli HPO42- = 0,225 mol volume soluzione = 2.500 mL ka2 H3PO4 = 6,3 x 10-8 pka2 H3PO4 = 7,20 [ acido ] 0,150 / V pH = pka - log ----------- = 7,20 - log ------------ = 7,38 [ base ] 0,225 / V 47

  48. 5 ... e aggiungendo 0,050 mol di HCl? 0,225 0,050 0,150 HPO42- + HCl H2PO4- + Cl- 0,175 ---- 0,200 0,050 [ acido ] 0,200 / V pH = pka - log ----------- = 7,20 - log ------------ = 7,14 [ base ] 0,175 / V 48

  49. 6 ... oppure aggiungendo 0,050 mol di NaOH? 0,150 0,050 0,225 H2PO4-+ NaOH HPO42-+ Na+ 0,100 ----0,275 0,050 [ acido ] 0,100 / V pH = pka - log ----------- = 7,20 - log ------------ = 7,64 [ base ] 0,275 / V 49

  50. TITOLAZIONI 50

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