Esercitazione acidi e basi

PM

3 ( ) +12+(3x16)g/mol

¿ Na CO

Dato che 2 moli di HCl reagiscono con una mole di , per trovare le moli di HCl è

2 3

necessario utilizzare una proporzione:

Na CO Na CO ¿

2 mol (HCl) : 1mol ( ) = x (mol HCl) : 0.0135 mol (

2 3 2 3

0.0135mol Na CO x 2mol

( ) (HCl)

2 3

x (mol HCl) = = 0.027 mol

1mol(Na CO )

2 3

mol 0.027 mol

M (HCl) = = = 2 mol/l = N (HCl)

0.013l

V HCl)

(

CONCLUSIONI: La scelta del metilarancio è stata ragionevole in quanto i colori di viraggio vanno

dal rosso all’arancio, per pH che vanno da 2.1 a 4.4. Questo intervallo ci fa capire che, dato che il

pH<7, la soluzione ottenuta non ha pH neutro ma è acida. Questo risulta coerente con il fatto che

in una titolazione di una base debole con un acido forte il pH varia rapidamente, per poi

stabilizzarsi al raggiungimento del punto di semi-equivalenza. Il salto di pH in questo punto, infatti,

è molto minore e questo valore di pH non è necessariamente neutro, anzi, per una base debole è

acido.

Sperimentazione 4.3 : valutazione del pH mediante indicatori.

Obiettivo: preparare soluzioni di vario tipo e calcolarne il pH mediante l’uso di indicatori quali il

rosso cresolo, il blu di timolo e il metilarancio.

Strumenti:

Provette

Beaker

Pipetta

Imbuto

Acqua HCl 2N

CH COOH 200 g/l H SO 4N

3 2 4

NH OH 2N NaOH 50 g/l

4

Rosso cresolo Blu di Timolo

Metilarancio Fenolftaleina

Giallo Tiazolo

Teoria: gli indicatori (HIn) sono sostanze solubili in acqua che cambiano colore secondo l’acidità

della soluzione. Sono acidi o basi deboli che si dissociano nelle soluzioni in cui vengono inseriti.

aq

( )

−¿ ¿

aq

( )

+¿ +¿ ¿

HIn aq H O l H O

( ) ( )

+ ❑

2 3

↔

+¿ ¿

H O

3

¿

−¿

¿

¿

¿

¿

¿

+¿ ¿

H O

3

¿

−¿

¿

¿

¿

¿

¿

¿ -

Se la concentrazione dello Ione idronio è maggiore di K allora [HIn] > [In ], cioè prevale il colore

a

+ -

della specie indissociata HIn; viceversa se [H O ] < K allora [HIn] < [In ], cioè prevale il colore della

3 a

-

specie dissociata In .

Il fenomeno di variazione del colore di un indicatore viene detto viraggio. Sapendo dunque

l’intervallo di viraggio degli indicatori utilizzati, ovvero i punti in cui l’indicatore cambia colore a

seconda del pH della soluzione in cui sono immersi, si può facilmente capire se la soluzione è

acida oppure basica. Se per

esempio in

una soluzione

aggiungiamo

poche gocce

di rosso

cresolo e

queste

diventa arancio, significa che il pH è compreso tra 7,2 e 8,8 – logicamente, se è arancio chiaro

tendente al giallo il pH sarà attorno a 7,2 mentre se si tratta di un arancio scuro allora il pH risulterà

essere vicino a 8,8.

Procedimento:

Utilizzando i reattivi del reagentario sono state preparate le seguenti soluzioni:

5 ml di HCl 1N (a) da una soluzione di HCl 2N (b)

 N 1 mol

M a

( )= = =1

VO 1 l

N 2 mol

M b

( )= = =2

VO 1 l

mol

n a ∙ V ∙ 0,005 l=0,005 mol

( ) =M =1 l

n a 0,005 mol

( )

V b l=2,5 ml

( )= = =0,0025

mol

M b

( ) 2 l

Per ottenere 5 ml di HCl 1N sono stati dunque necessari 2,5 ml di HCl 2N e 2,5 ml di

acqua. 5 ml di CH COOH 1N (a) da una soluzione di CH COOH a concentrazione 200 g/l (b)

 3 3

200 g l 200 g mol

/ /l

M (b)= = =3,3 l

PM 24+ 32+ 4 g

( )

(b) /mol

N 1 mol

M a

( )= = =1

VO 1 l

mol

n a ∙ V ∙ 0,005 l=0,005 mol

( ) =M =1 l

n a 0,005 mol

( )

V b l=1,5 ml

( )= = =0,0015

mol

M b

( ) 3,3 l

Sono stati dunque necessari 1,5 ml di (b) e 3,5 ml di acqua.

5 ml di HCl 0,1 N (a) da una soluzione di HCl 1N (b)

 N 0,1 mol

M a

( )= = =0,1

VO 1 l

N 1 mol

M b

( )= = =1

VO 1 l

mol

n a ∙ V ∙ 0,005 l=0,0005 mol

( ) =M =0,1 l

n a 0,0005 mol

( )

V b l=0,5 ml

( )= = =0,0005

mol

M b

( ) 1 l

Sono stati necessari 0,5 ml di HCl 1N e conseguentemente 4,5 ml di acqua.

10 ml di H SO 0,1 N (a) da una soluzione di H SO 4N (b)

 2 4 2 4

N 0,1 mol

M a

( )= = =0,05

VO 2 l

N 4 mol

M b

( )= = =2

VO 2 l

mol

n a ∙ V ∙ 0,01 l=0,0005 mol

( ) =M =0,05 l

n a 0,0005 mol

( )

V b l=0,25 ml

( )= = =0,00025

mol

M b

( ) 2 l

Sono stati dunque necessari 0,25 ml di acido solforico del reagentario e 9,75 ml di acqua.

5 ml di NH OH 0,1 N (a) da una soluzione di NH OH 2N (b)

 4 4

N 0,1 mol

M a

( )= = =0,1

VO 1 l

N 2 mol

M b

( )= = =2

VO 1 l

mol

n a ∙ V ∙ 0,005 l=0,0005 mol

( ) =M =0,1 l

n a 0,0005 mol

( )

V b l=0,25 ml

( )= = =0,00025

mol

M b

( ) 2 l

Sono stati dunque utilizzati 0,25 ml di NH OH 2N e 4,75 ml di acqua.

4

5 ml di CH COOH 0,1 N (a) da una soluzione di CH COOH 200 g/l

 3 3

200 g 200 g mol

/l /l

M (b)= = =3,3 l

PM 24+ 32+ 4 g

( )

(b) /mol

N 0,1 mol

M a

( )= = =0,1

VO 1 l

mol

n a ∙ V ∙ 0,005 l=0,0005 mol

( ) =M =0,1 l

n a 0,0005 mol

( )

V b l=0,15 ml

( )= = =0,00015

mol

M b

( ) 3,3 l

Sono stati dunque utilizzati 0,15 ml di CH COOH 3,3 M e 4,85 ml di H O.

3 2

5 ml di NaOH 0,1 N (a) da una soluzione di NaOH 50 g/l (b)

 g g

50 50

l l mol

M (b)= = =1,25

g l

PM b

( ) 40 mol

N 0,1 mol

M a

( )= = =0,1

VO 1 l

mol

n a ∙ V ∙ 0,005 l=0,0005 mol

( ) =M =0,1 l

n a 0,0005 mol

( )

V b l=0,4 ml

( )= = =0,0004

mol

M b

( ) 1,25 l

Sono stati dunque necessari 0,4 ml di NaOH 1,25 M aggiunti a 4,6 ml di H O.

2

Prima parte

Le soluzioni di HCl 1N, CH COOH 1N, HCl 0,1 N, H SO 0,1 N, NH OH 0,1 N, CH COOH 0,1 N

3 2 4 4 3

sono state divise ognuna in 3 provette (1 ml per provetta). In ogni provetta è stato aggiunto in

indicatore diverso, rispettivamente qualche goccia di rosso cresolo, di blu timolo e di metilarancio. I

colori che le diverse soluzioni hanno assunto sono riportati nella seguente tabella:

Indicatori HCl HCl CH COOH CH COOH H SO NH OH

3 3 2 4 4

1N 0,1N

1N 0,1 N 0,1 N 0,1 N

Blu timolo fucsia rosa arancio arancio blu blu

chiaro

Rosso arancione arancio giallo- giallo violetto violetto

cresolo chiaro arancio

Metilaranci rosso rosso rosso rosso arancione arancio

o

Osservando i colori assunti dalle soluzioni si può calcolare il pH utilizzando la tabella di viraggio

alla voce “teoria”:

HCl 1 N

 Indicatori Colore assunto Viraggio Conclusioni

considerat

o

Blu di timolo fucsia (rosso-violetto) 1,2 – 2,8 La soluzione di acido cloridrico

[rosso- è evidentemente acida, e il pH

violetto – sarà tra 1 e 2,1. Si deve

giallo] constatare che è <2,1 perché

non ha assunto il colore

Rosso arancione 1 – 3 intermedio tra rosso e arancio

cresolo [rosso con l’addizione del metilarancio,

pallido – dunque è prima dell’intervallo di

giallo] viraggio. Probabilmente, data

l’assenza di una K sulle

Metilarancio rosso 2,1 – 4,4 a

tabelle, essendo l’acido uno dei

[rosso – più forti mai conosciuti, il pH

arancio] della soluzione considerata

sarà 1.

HCl 0,1 N

 In breve, questa soluzione di acido cloridrico meno concentrata ha un’acidità minore

rispetto a HCl 1 N, infatti si è visto che i colori sono gli stessi ma più chiari. Il pH si aggira

tra 1 e 2.

CH COOH 1 N

 3

Indicatori Colore assunto Viraggio Conclusioni

considerat

o

Blu di timolo arancio 1,2 – 2,8 Unendo le tre informazioni

[rosso- ottenute grazie all’aggiunta

violetto – degli indicatori, si può dire che

giallo] l’acido acetico 1 N presenta un

pH compreso tra 1,2 e 2,8.

Rosso giallo arancio 1 – 3 Infatti si sa che l'acido in

cresolo [rosso soluzioni acquose è un acido

pallido – monoprotico debole con una

giallo] costante di dissociazione acida

-5

di 1,8 · 10 .

Metilarancio rosso 2,1 – 4,4

[rosso –

arancio]

CH COOH 0,1 N

 3

Brevemente, come detto per HCl 0,1 N, questa minore concentrazione di acido in soluzione

acquosa presenta un pH leggermente minore rispetto alla stessa soluzione più concentrata.

I colori sono molto attenuati, soprattutto con il rosso cresolo che ha reagito dando il giallo: il

pH sarà attorno a 3.

H SO 0,1 N

 2 4

Indicatori Colore assunto Viraggio Conclusioni

considerat

o

Blu di timolo blu 8 – 9,6 Evidentemente la soluzione

[giallo – risulta avere un pH superiore a

blu] 9,6: nonostante l’acido solforico

sia uno dei più forti (come

Rosso violetto 7,2 – 8,8 l’acido cloridrico non presenta

cresolo [giallo – K , ed è noto che le bruciature

a

rosso- che causa sulla pelle sono

viola] potenzialmente più pericolose

di quelle causate da ogni altro

Metilarancio arancione 2,1 – 4,4 acido forte), bisogna

[rosso – sottolineare che la

arancio] concentrazione 0,1 N ha

richiesto 0,25 ml di acido

solforico 4 N in 10 ml di

soluzione, che è una quantità

decisamente minore rispetto a

tutte le altre soluzioni

preparate. Dal momento che la

valenza operativa dell’acido è

due (cioè in soluzione libera

+

due protoni H ), la base

coniugata che si forma alla

42-

seconda dissociazione (SO ) è

molto forte, per cui la soluzione

sarà basica.

NH OH 0,1 N

 4

Indicatori Colore assunto Viraggio Conclusioni

considerat

o

Blu di timolo blu 8 – 9,6 Anche in questo caso si tratta di

[giallo – una soluzione basica con pH

blu] superiore a 9,6. Infatti l’ossido

di ammonio in acqua libera lo

Rosso violetto 7,2 – 8,8 ione idrossido, e per definizione

cresolo [giallo – è dunque una base.

rosso-

viola]

Metilarancio arancio 2,1 – 4,4

[rosso –

arancio]

Seconda parte

In tre differenti provette sono state poste 1 ml di soluzione 0,1 N di NaOH, 1 ml di NH OH 0,1 N e 1

4

ml di NH OH 0,1 N con l’aggiunta di 1 g di