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

1

ESERCITAZIONE di CHIMICA3 dicembre, 2012

SOLUZIONI TAMPONE

TITOLAZIONI

2

SOLUZIONI TAMPONE

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- / HPO4

2-

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)


0,50 M 0,50 M

[ acido ] 0,50pH = pka - log ------------ = pka - log -------

[ base ] 0,50

pH = pka = 4,76

8




0,75 M 0,50 M


[ base ] 0,50

pH = pka - 0,18 = 4,76 - 0,18 = 4,58

9




0,50 M 0,75 M


[ base ] 0,75

pH = pka + 0,18 = 4,76 + 0,18 = 4,94

10

Tampone acetato

[ acido acetico ] [ acetato ] pH

0,75 mol / L 0,50 mol / L 4,58

0,5 mol / L 0,5 mol /L pka = 4,76

0,50 mol / L 0,75 mol / L 4,94

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

12

2


0,75 M 0,50 M

pka = 14 - pkb = 14 - log kb = 14 - 4,76 = 9,24

[ acido ] 0,75pH = pka - log ------------ = 9,24 - log ------ = 9,05

[ base ] 0,50

2009-2010

Per fare un tampone a pH = 6,8 quale coppia acido / base può essere scelta tra le seguenti?

pka = 6,35

13

coppia acido / base ka pka

acido acetico-acetato di sodio 1,7 x 10-5 4,76

acido benzoico-benzoato di sodio 6,6 x 10-5 4,18

acido carbonico-bicarbonato di sodio 4,45 x 10-7 6,35

acido ipocloroso-ipoclorito di sodio 2,8 x 10-8 7,55

14

1

2009-2010

A 50 mL di una soluzione 0,2 mol / L di acido lattico(ka = 1,4 x 10-4) vengono aggiunti 50 mL di

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

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


0,005 mol ---- 0,005 mol

17

4

0,01 mol 0,005 mol


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 / VpH = pka - log ------------ = 3,85 - log ------------- = 3,85

[ base ] 0,005 / V

18

1

2009-2010

A 50 mL di una soluzione 0,3 mol / L di acido formico(ka = 1,8 x 10-4) vengono aggiunti 40 mL di

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!)

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

20

3


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

21

4

0,015 mol 0,006 mol

HFor + Li+ OH- For- K+ + H2O (completa!)

0,009 mol ---- 0,006 mol


0,009 mol 0,006 mol

M HFor = 0,009 / V M For- = 0,006 / V V = 0,09 L

[ acido ] 0,009 / VpH = pka - log ------------ = 3,74 - log ------------ = 3,56

[ base ] 0,006 / V

22

1

2009 - 2010

A 500 mL di una soluzione contenente11,25 g di etil-ammina (kb = 5,1 x 10-4)

sono aggiunti 600 mL di una soluzione 0,25 mol / Ldi acido cloridrico

Calcolare prima e dopo l’aggiunta dell’acido

Et-NH2 + HCl Et-NH3+ Cl- (completa!)

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

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


0,10 mol ---- 0,15 mol

25

4

0,25 mol 0,15 mol


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

26

1

2008-2009 Calcolare i grammi di idrossido di sodio che si devono

aggiungere ad 1 L di soluzione di acido formico0,1 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!)

27

2




[ acido ] [ acido ] pH = pka - log ------------ = 3,74 - log ------------ = 3,74

[ base ] [ base ]

[ acido ]------------ = 1

[ base ]

28

3

moli HFor = M x V = 0,1 x 1 = 0,1

0,1 mol 0,05 mol


0,05 mol ---- 0,05 mol


0,05 mol 0,05 mol

massa molare NaOH = 40 g / mol

massa NaOH = 40 x 0,05 = 2 g

29

1

2010-2011

A 500 mL di una soluzione 0,5 mol / L dipropil-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!)

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

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

32

1

TAMPONI (due sali)

In 250 mL di soluzione sono contenuti4,35 g di K2HPO4 e 6,00 g di NaH2PO4

Calcolare il pH sapendo le tre ka dell’acido fosforico

ka1 = 7,5 x 10-3 ka2 = 6,2 x 10-8 ka3 = 4,4 x 10-13

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

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+ + HPO4

2- (equilibrio!)

0,050 mol 0,025 mol

ka2 = 6,2 x 10-8

35

4

H2PO4- + H2O H3O+ + HPO4

2- (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

36

2009-2010

A 1.000 mL di una soluzione 0,1 mol / L di acido aceticosono 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

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!)

38

2

prima dell’aggiunta di NaOH

0,1 mol / L 0,1 mol / L

HAc + H2O H3O+ + Ac-

[ acido ] 0,10pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------- = 4,76

[ base ] 0,10

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 ] 0,09pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------

[ base ] 0,11

pH = 4,76 + 0,09 = 4,85 pH = 4,85 - 4,76 = + 0,09

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!)

41

2

prima dell’aggiunta di HCl

0,1 mol / L 0,1 mol / L

HAc + H2O H3O+ + Ac-

[ acido ] 0,10pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------- = 4,76

[ base ] 0,10

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 ] 0,11pH = pka - log ------------ = 4,76 - log ------

[ base ] 0,09

pH = 4,76 - 0,09 = 4,67 pH = 4,67 - 4,76 = - 0,09

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!

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 / Le portando il volume finale a 2.500 mL

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

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- HPO4

2- + H2O

0,150 ---- 0,225

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 / VpH = pka - log ----------- = 7,20 - log ------------ = 7,38

[ base ] 0,225 / V

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


[ base ] 0,175 / V

49

6

... oppure aggiungendo 0,050 mol di NaOH?

0,150 0,050 0,225

H2PO4- + NaOH HPO4

2- + Na+

0,100 ---- 0,275 0,050


[ base ] 0,275 / V

50

TITOLAZIONI

51

TITOLAZIONE

Reazione completa tra due reagenti

(di norma, un acido e una base)

Punto equivalente: pH al termine della titolazione

52

1

200 mL di una soluzione di NaOH 0,05 mol / Lsono titolati con una soluzione di HCl 0,1 mol / L

Calcolare il volume in mL della soluzione di HCle il pH al punto equivalente

Na+ OH- + HCl Na+ Cl- + H2O (completa!)

53

2

moli NaOH = M x V = 0,05 x 200 x 10-3 = 0,01 mol

0,01 mol x mol

Na+ OH- + HCl Na+ Cl- + H2O (completa!)

---- ---- 0,01 mol

moli HCl = moli NaOH = 0,01 mol

volume HCl = moli / M = 0,01 / 0,1 = 0,1 L cioè 100 mL

pH = 7

54

1

2009-2010

50 mL di una soluzione di acido solforico sono titolatida 10 mL di una soluzione di NaOH 0,2 mol / L

Calcolare la molarità della soluzione diacido solforico

H2SO4 + 2 Na+ OH- Na2+ SO4

2- + 2 H2O (completa!)

55

2

moli NaOH = M x V = 0,2 x 10 x 10-3 = 0,002 mol

x mol 0,002 mol

H2SO4 + 2 Na+ OH- Na2+ SO4

2- + 2 H2O (completa!)

---- ---- 0,001 mol

moli H2SO4 = moli NaOH / 2 = 0,002 / 2 = 0,001 mol

M H2SO4 = moli / V = 0,001 / (50 x 10-3) = 0,02 mol / L

56

1

2009-2010

50 mL di una soluzione di acido butirrico 0,35 mol / L(ka = 1,5 x 10-5) sono titolati con soluzione di

NaOH 0,224 mol / L

Calcolare il volume della soluzione di NaOHe il pH al punto equivalente

HBut + Na+ OH- But- Na+ + H2O (completa!)

57

2

moli HBut = M x V = 0,35 x 50 x 10-3 = 0,0175 mol

0,0175 mol x mol

HBut + Na+ OH- But- Na+ + H2O (completa!)

---- ---- 0,0175 mol

moli NaOH = moli HBut = 0,0175 mol

V NaOH = moli / M = 0,0175 / 0,224 = 0,078 L cioè 78 mL

58

3

But- Na+ But- + Na+

But- + H2O HBut + OH- (equilibrio!)

moli But- = moli NaBut = 0,0175 mol

V finale = 50 + 78 = 128 mL

molarità NaBut = 0,0175 / (128 x 10-3) = 0,14 mol / L

kb = 10-14 / ka = 10-14 / (1,5 x 10-5) = 0,67 x 10-9

[ OH- ] = (kb x CB)1/2 = (0,67 x 10-9 x 0,14)1/2

[ OH- ] = 0,31 x 10-4,5 mol / L pOH = 5,01 pH = 8,99

59

1

2009-2010

25 mL di una soluzione di acido formico(ka = 1,9 x 10-4) sono titolati con 39 mL di una

soluzione di KOH 0,117 mol / L

Calcolare la molarità della soluzione di acido formicoe il pH al punto equivalente

HFor + K+ OH- For- K+ + H2O (completa!)

60

2

moli KOH = M x V = 0,117 x 39 x 10-3 = 0,0046 mol

x mol 0,0046 mol

HFor + K+ OH- For- K+ + H2O (completa!)

---- ---- 0,0046 mol

moli HFor = moli KOH = 0,0046 mol

M HFor = moli / V = 0,0046 / (25 x 10-3) = 0,186 mol / L

61

3

For- K+ For- + K+

For- + H2O HFor + OH- (equilibrio!)

moli For- = moli KFor = 0,0046 mol

V finale = 25 + 39,74 = 64,74 mL

molarità KFor = 0,0046 / (64,74 x 10-3) = 0,071 mol / L

kb = 10-14 / ka = 10-14 / (1,9 x 10-4) = 0,52 x 10-10

[ OH- ] = (kb x CB)1/2 = (0,52 x 10-10 x 0,071)1/2

[ OH- ] = 0,19 x 10-5 mol / L pOH = 5,72 pH = 8,28

100 mL di HCl 0,1 mol / L titolati con NaOH 0,1 mol / L

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Volume NaOH, mL

pH pH PE = 7,00

62

100 mL di HAc 0,1 mol / L titolati con NaOH 0,1 mol / L

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Volume NaOH, mL

pH

Effetto tampone

pH PE = 8,85

63

64

1

2008-2009

50 mL di una soluzione di ammoniaca(kb = 1,7 x 10-5) sono titolati con 15 mL di una

soluzione di acido cloridrico 0,1 mol / L

Calcolare la molarità della soluzione di ammoniaca,il pH al punto equivalente e a metà titolazione

(dopo l’aggiunta di 7,5 mL di HCl)

NH3 + HCl NH4+ Cl- (completa!)

65

2

moli HCl = M x V = 0,1 x 15 x 10-3 = 1,5 x 10-3 mol

x mol 1,5 x 10-3 mol


---- ---- 1,5 x 10-3 mol

moli NH3 = moli HCl = 1,5 x 10-3 mol

M NH3 = moli / V = 1,5 x 10-3 / (50 x 10-3) = 0,03 mol / L

66

3

NH4+ Cl- NH4

+ + Cl-


moli NH4+ = moli NH4Cl = 1,5 x 10-3 mol

V finale = 50 + 15 = 65 mL

molarità NH4Cl = 1,5 x 10-3 / (65 x 10-3) = 0,023 mol / L

ka = 10-14 / kb = 10-14 / (1,7 x 10-5) = 0,59 x 10-9

[ H3O+ ] = (ka x CA)1/2 = (0,59 x 10-9 x 0,023)1/2

[ H3O+ ] = 0,12 x 10-4,5 mol / L pH = 5,42

67

4

... a metà titolazione

moli HCl = M x V = 0,1 x 7,5 x 10-3 = 0,75 x 10-3

1,5 x 10-3 mol 0,75 x 10-3 mol


0,75 x 10-3 mol ---- 0,75 x 10-3 mol

[ NH4+ ] 0,75 x 10-3

pH = pka - log ---------- = 9,23 - log --------------- = 9,23 [ NH3 ] 0,75 x 10-3

68

5

NH3 + HCl NH4+ Cl-

stato specie presenti pH volume

inizialebase debole

NH310,85 50 mL

metà titolazione

tamponeNH4

+ / NH39,23 57,5 mL

fine titolazione

saleNH4

+ Cl- 5,42 65 mL

0

2

4

6

8

10

12

50 60 70 80 90 100 110

Volume soluzione, mL

pH

Effetto tampone

pH PE = 5,42

50 mL di NH3 0,03 mol / L titolati con HCl 0,1 mol / L

69

70

1

2008-2009

82 mL di una soluzione di metil-ammina(kb = 4,6 x 10-4) sono titolati con 16,8 mL di una

soluzione di acido cloridrico 0,1 mol / L

Calcolare la molarità della soluzione di metil ammina,il pH al punto equivalente e a metà titolazione

(dopo l’aggiunta di 8,4 mL di HCl)

Met-NH2 + HCl Met-NH3+ Cl- (completa!)

71

2

moli HCl = M x V = 0,1 x 16,8 x 10-3 = 1,68 x 10-3 mol

x mol 1,68 x 10-3 mol


---- ---- 1,68 x 10-3 mol

moli Met-NH2 = moli HCl = 1,68 x 10-3 mol

M Met-NH2 = moli / V = 1,68 x 10-3 / (82 x 10-3)

M Met-NH2 = 0,02 mol / L

72

3

Met-NH3+ Cl- Met-NH3

- + Cl-

Met-NH3+ + H2O H3O+ + Met-NH2 (equilibrio!)

moli Met-NH3+ = moli Met-NH3Cl = 1,68 x 10-3 mol

V finale = 82 + 16,8 = 98,8 mL

M Met-NH3Cl = 1,68 x 10-3 / (98,8 x 10-3) = 0,017 mol / L

ka = 10-14 / kb = 10-14 / (4,6 x 10-4) = 0,22 x 10-10

[ H3O+ ] = (ka x CA)1/2 = (0,22 x 10-10 x 0,017)1/2

[ H3O+ ] = 0,06 x 10-5 mol / L pH = 6,22

73

4

... a metà titolazione

moli HCl = M x V = 0,1 x 8,4 x 10-3 = 0,84 x 10-3

1,68 x 10-3 mol 0,84 x 10-3 mol


0,84 x 10-3 mol ---- 0,84 x 10-3 mol

[ Met-NH3+ ]

pH = pka - log ---------------- = 10,66 [ Met-NH2 ]

74

5

Met-NH2 + HCl Met-NH3+ Cl-

stato specie presenti pH volume

inizialebase debole

Met-NH211,48 82 mL

metà titolazione

tamponeMet-NH3

+ / Met-NH210,66 90,4 mL

fine titolazione

saleMet-NH3

+ Cl- 6,22 98,8 mL

75

FINE !

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

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