Titolazione del carbonato di sodio con HCl

Titolazione del Carbonato di Sodio con Acido Cloridrico

La titolazione del carbonato di sodio con acido cloridrico è un procedimento utilizzato per determinare la quantità di sale presente in una soluzione. In questo processo si ha la titolazione di una base debole diprotica con un acido forte.

Reazioni Chiave

Il carbonato di sodio si dissocia completamente secondo la reazione:

Na₂CO₃ → 2 Na⁺ + CO₃^2-

Lo ione carbonato reagisce con ione H⁺ secondo l’equilibrio:

CO₃^2- + H⁺ ⇄ HCO₃^–

L’equilibrio del bicarbonato avviene con ione H⁺ come mostrato di seguito:

HCO₃^– + H⁺ ⇄ H₂CO₃

Costanti di Dissociazione

Le costanti di dissociazione dell’acido carbonico sono:

K_a1 = [H⁺][ HCO₃^–]/[ H₂CO₃] = 3.5 ∙ 10^-7

K_a2 = [H⁺][ CO₃^2-]/[ HCO₃^–] = 5.0 ∙ 10^-11

Inizio della TItolazione

All’inizio della titolazione, il pH della soluzione di carbonato di sodio (con concentrazione 0.100 M) può essere calcolato considerando la reazione di idrolisi del carbonato:

CO₃^2- + H₂O ⇄ HCO₃^– + OH^–

L’espressione della costante di idrolisi è:

K_h = [HCO₃^–][ OH^–] / [CO₃^2-]

Calcolando K_h dando K_b come:

K_h = K_b = K_w/K_a2 = 1.00 ∙ 10^-14/5.0 ∙ 10^-11 = 2.0 ∙ 10^-4

All’equilibrio si assume [CO₃^2-] ≅ 0.100.

Calcolo del pH in una Titolazione con Carbonato di Sodio e Acido Cloridrico

Quando si tratta di calcolare il pH durante una titolazione di carbonato di sodio con acido cloridrico, è importante considerare vari punti chiave lungo il processo. Vediamo come avviene il calcolo del pH durante questa reazione.

Equazione di Equilibrio Chimico

Iniziamo con l’equazione di equilibrio chimico:

K_h = [HCO₃^–][ OH^–] / [CO₃^2-] = 2.0 ∙ 10^-4

Da cui otteniamo che [OH^–] = 0.0045 M e, di conseguenza, pH = 11.7.

Metà del Primo Punto Equivalente

Aggiungendo 0.00250 moli di HCl, si raggiunge la metà del primo punto equivalente. In questo punto si verifica la reazione CO₃^2- + H⁺ ⇄ HCO₃^– .

A metà del carbonato si trasforma in carbonato acido, quindi pH = 10.3.

Primo Punto Equivalente

Dopo l’aggiunta di 0.00500 moli di HCl, si raggiunge il primo punto equivalente e tutto il carbonato diventa carbonato acido, portando il pH a 8.4.

Secondo Punto Equivalente

Una volta aggiunte 0.100 moli di HCl, tutto il bicarbonato diventa acido carbonico. In questo caso, il valore del pH è 3.8.

Nella pratica, per individuare i punti equivalenti, si utilizzano due indicatori: fenolftaleina e metilarancio per rilevare i due punti di viraggio.

Una volta graficato il pH rispetto al volume di titolante aggiunto, si ottiene una curva di titolazione che rappresenta i diversi punti di equilibrio lungo il processo.