Esercizi pH tampone

Esercizio 1

0,01 M RCOOH

0,002 M RCOONa

Scrivo la reazione:

RCOONa RCOO^- + Na⁺

RCOOH + H₂O RCOO^- + H₃O⁺

RCOO^- + H₂O RCOOH + OH^-

Ipotesi

Supponendo comparto acido Ka >> Kw posso ignorare gli OH^-

Ka > Kw posso ignorare gli H₃O⁺ dell’autoprotolisi

Ka = 4,4 · 10^-3

Kw = 1 · 10^-14

Sistema semplificato post ipotesi

(RCOO^-) = [H₃O⁺] + [Na⁺]

RCOONa + RCOOH_aq + H₃O⁺ + [

Ka = 1,1 · 10^-3 = [H₃O⁺] · [Na⁺]

=> x² + 0,002 x = 1,1 · 10^-3 => x = 2,4 · 10^-3

[OH^-] = 4,15 · 10^-12 mol/l

pH = 2,62

Sistema semplificato

[RCOOH] + [RCOO^-] = 0,01

[RCOOH] = 6,4 · 10^-3 mol/l

K_a = ^{[RCOO-] [H₃O+]} / [RCOOH] = 1,4·10^-3

[H₃O⁺] = 1,4·10^-3 x [RCOOH] / [RCOO^-] = 1,56·10^-2 mol/l

pH = -log [H₃O⁺] = 1,81

Aggiungo 1,5 g di HCl

M = m / PCl = 3,65 g/ml

n = m / M = 0,04 mol

H₃O⁺ + RCOO^- → H₂O + RCOOH

n NCl > n RCOO^- il pH scende sicuramente

Poiché il tampone si infiacchisce ad aggiunta consistente

n₁2

V = 1 L

CH₃COONa CH₃COOH mol = 0,1 mol

100 vol di NCl 0,5 mol

K_aCH₃COOH = 1,8·10^-5

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺

H₂O ⇌ H⁺ + OH^-

CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO^- + OH^-

Kw K_aCH₃COOH

[Na⁺] = [CH₃COONa]₀ = 0,1 mol/l

Equationi

1. K_w = [H₃O⁺] [OH^-] = 1·10^-14
2. K_a = [H₃O⁺] [CH₃COO^-] / [CH₃COOH] = 1,8·10^-5
3. [CH₃COOH] + [OH^-] ⇌ [H₃O⁺] + [Na⁺]
4. [CH₃COOH]₀ + [CH₃COONa]₀ ⇌ [CH₃COO^-] + [CH₃COOH]

Notes

K_R = K_w/K_a = 5,5·10^-10

K_a >> K_R [CH₃COONa]₀ = [CH₃COONa]_∞

Suppongo comportamento acido [H₃O⁺] >> [OH^-] quindi trascuro gli [OH^-] nella 3

0,1 mol/l NH₃

0,05 mol/l HCl

K_f=1,8·10^-5

[NH₃] = 0,1 mol/l

[NH₄Cl] = 0,241 mol/l

[Cl^-] = [NH₄Cl]₀ = 0,241 mol/l

NH₄Cl → Cl^- + NH₄⁺

2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH^-

NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺

K_W

K_a, NH₄⁺

K_a, NH₃

SISTEMA

K_w = [H₃O⁺] [OH^-] = 1·10^-14

K_f = [NH₄⁺] [OH^-]/[NH₃] = 1,8·10^-5

[Cl^-] + [OH^-] ⇌ [H₃O⁺] + [NH₄⁺]

[NH₄Cl]₀ + [NH₃]₀ ⇌ [NH₃] + [NH₄⁺]

IPOTESI

Suppongo comportamento basico K_b≫K_a [OH^-] ≫ [H₃O⁺] che posso trascurare [H₃O⁺] nel bilancio di carica e la auto-proteolisi

SISTEMA SEMPLIFICATO

K_f = [NH₄⁺] [OH^-] / [NH₃] = ([Cl^-] + [OH^-]) [OH^-] = 1,8·10^-5 [NH₃]

[Cl^-] + [OH^-] = [NH₄⁺]

[NH₄Cl]₀ + [NH₃]₀ = [NH₃] + [NH₄⁺]

0,241 - 0,4

[OH^-]² + 0,241 [OH^-] - 9,2·10^-6 = 0

[OH^-] = 2,387·10^-2 mol/l

pOH = 1,53

pH = 14 - 1,53 = 12,47

3,35·10^-10 mol/l

1) 1,5 g C₆H₅COOH (1)

1,5 g C₆H₅COONa (2)

V = 150 mL = 0,15 L

K_a = 6,3 ⋅ 10^-5

₍₁₎ 0,012 mol

n₂ (2) 0,014 mol

M₁ = 0,08 mol/l

M₂ = 0,07 mol/l

[C₆H₅COONa]₀ = [N^a+] = 0,07 mol/l

REAIONI

(2) C₆H₅COO^- + N^a+

2H₂O = H₃O⁺ + OH^- (3)

(1)+ H₂O = C₆H₅COO^- + H₃O⁺

(3) + H₂O = C₆H₅COON + OH^-

SISTEMA

K_w = [OH^-][H₃O⁺] = 1 ⋅ 10 ^-14

K_a = [3][H₃O⁺] = 6,3 ⋅ 10^-5

AUTO PROTOLISI

DISSOCIAZIONE ACIDA

(1) + [2]₀ = [3] + [1]

(3) + [OH^-] = [N^a+] + [H₃O⁺]

BILANCIAMENTO DI MASSA

BILANCIAMENTO DI CARICA

IPOTESI

K_a >> K_b

[H₃O⁺] ≈ [OH^-]

SISTEMA SEMPLIFICATO

K_a = [3][H₃O⁺] = 6,3 ⋅ 10 ^-5

[3] = [N^a+][H₃O⁺]

[1]₀ + [3]₀ [N^a+][H₃O⁺] + [1]

[Na⁺][H₃O⁺] + [3] = 6,3 ⋅ 10^-5 = ([1]₀ [H₃O⁺])

0,07 [H₃O⁺] + [H₃O⁺]² = 5,04 ⋅ 10^-6 = 6,3 ⋅ 10^-5 [H₃O⁺]

([H₃O⁺] + 0,07 [H₃O⁺]) = 5,04 ⋅ 10^-6 = 0

[H₃O⁺] = 7,15 ⋅ 10^-6 mol/l pH = 4,14

[OH^-] = 1,4 ⋅ 10^-9 mol/l

[C₆H₅COO^-] = [N^a+] + [H₃O⁺] ≈ 0,07 mol/l

[C₆H₅COOH] = [C₆H₅COOH] + [H₃O⁺] ≈ 0,08 mol/l