Titolazione di miscele di basi: come determinare il pH della soluzione
La titolazione di miscele di basi può essere eseguita quando la costante della base più forte è almeno 10^4 volte maggiore rispetto a quella della base più debole. In caso contrario, si osserverà un solo punto finale durante il processo.
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Durante la titolazione di miscele di basi, la base più forte viene titolata prima, seguita dalla titolazione della base più debole. Ad esempio, consideriamo una soluzione contenente 50.0 mL di una miscela di NaOH 0.10 M e Na2CO3 0.10 M. Successivamente, calcoliamo il pH della soluzione dopo l’aggiunta di 0, 25.0, 50.0, 75.0, 100.0, 150.0 e 200.0 mL di HCl 0.10 M.
Le costanti di equilibrio di H2CO3 sono K’a1 = 4.3 x 10^-7 e K’a2 = 4.8 x 10^-11. La base forte, come il NaOH, è completamente dissociata, e secondo il Principio di Le Chatelier, sposta l’equilibrio di dissociazione della base debole. Pertanto, il calcolo del pH della soluzione iniziale considera solo la presenza di NaOH, anche se seguiamo un metodo più rigoroso per calcolare il pH.
Equilibri
Consideriamo l’equilibrio di idrolisi dello ione carbonato:
CO3^2- + H2O ⇄ HCO3^- + OH^-
La costante di equilibrio è K’b2 = (Kw / Ka2) = (HCO3^-)(OH^-) / (CO3^2-) = 2.1 x 10^-4.
Allo stato di equilibrio, con la concentrazione di OH^- derivante da NaOH completamente dissociato pari a 0.10 M, otteniamo:
[CO3^2-] = 0.10 – x
[HCO3^-] = x
[OH^-] = 0.10 + x
Sostituendo i valori in K’b2, otteniamo x = 2.1 x 10^-4, e quindi [OH^-] ≈ 0.10 M, con pOH = 1.0 e pH = 13.0.
Dopo l’aggiunta di 25.0 mL
Calcolando le mole di NaOH e HCl aggiunti, e le mole di NaOH in eccesso, otteniamo [OH^-] = 0.033 M e [CO3^2-] = 0.067 M. A equilibrio, con x = 4.2 x 10^-4, otteniamo [OH^-] ≈ 0.033 M, pOH = 1.5 e pH = 12.5.
Dopo l’aggiunta di 50.0 mL
Le mole di NaOH e HCl aggiunti sono uguali, risultando in un [OH^-] ≈ 0.033 M.
Il processo di titolazione di miscele di basi richiede calcoli rigorosi per determinare il pH della soluzione a intervalli definiti di aggiunta di acido. Questo approccio fornisce una comprensione dettagliata dell’equilibrio chimico coinvolto nel sistema.Il calcolo del pH dopo la neutralizzazione completa delle moli di NaOH porta a concentrarsi sul pH relativo all’idrolisi del carbonato, raggiungendo così il primo punto equivalente.
Calcolo del pH dopo il primo punto equivalente
Dopo aver neutralizzato le moli di NaOH presenti, si procede con il calcolo del pH relativo all’idrolisi del carbonato. Calcolando le concentrazioni di ioni carbonato e bicarbonato, si arriva a un pH di 11.5. Dopo l’aggiunta di 75.0 mL
Aggiungendo 75.0 mL di HCl dopo la neutralizzazione completa di NaOH, si calcolano le moli di HCl presenti e si determinano le concentrazioni di ioni carbonato e bicarbonato. Utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch si ottiene un pH di 10.3. Dopo l’aggiunta di 100.0 mL
Dopo l’aggiunta di 100.0 mL di HCl, si calcolano le moli di HCl presenti e si considera il completo passaggio del carbonato a bicarbonato. Le concentrazioni di bicarbonato vengono determinate e, utilizzando le costanti di equilibrio, si giunge a un pH di 11.0. Questi calcoli evidenziano il cambiamento nel pH della soluzione a seguito delle varie aggiunte e neutralizzazioni, mostrando come la chimica permetta di modulare le caratteristiche di una soluzione in base alle reazioni che vi avvengono.
Equilibrio chimico e calcolo del pH in una reazione acido-base
Quando si tratta di equilibri chimici, è fondamentale calcolare correttamente i valori di pH per capire il comportamento di un sistema in una reazione acido-base. In questo contesto, è necessario avere familiarità con le costanti di equilibrio e i diversi passaggi che caratterizzano il processo reattivo. Vediamo come si calcola il pH in relazione a una serie di aggiunte di acido cloridrico in una reazione.
Calcolo del pH all’equilibrio iniziale
Iniziamo con il calcolo del pH all’equilibrio iniziale della reazione. Attraverso una serie di passaggi matematici, si determina che il pH iniziale è di 8.3, utilizzando i valori delle concentrazioni dei reagenti presenti.
Dopo l’aggiunta di 150.0 mL di HCl
Dopo l’aggiunta di 150.0 mL di acido cloridrico, vengono calcolate le moli di HCl presenti in soluzione. A seguito di ulteriori calcoli, si arriva al terzo punto equivalente con un pH di 4.0, considerando le reazioni di dissociazione dell’acido carbonico.
Dopo l’aggiunta di 200.0 mL di HCl
Successivamente all’aggiunta di 200.0 mL di acido cloridrico, si procede al calcolo delle moli di HCl presenti in soluzione. Alla fine di questo processo, si determina che il pH è di 1.7, rappresentando il conseguente cambio dell’equilibrio chimico dovuto alla nuova aggiunta di acido.
In conclusione, attraverso una corretta analisi delle reazioni e dei calcoli dell’equilibrio chimico, è possibile determinare con precisione i valori del pH in una reazione acido-base. Questo approccio matematico e concettuale risulta essenziale per comprendere il comportamento dei composti in soluzione e per valutare il processo reattivo complessivo.
