Calcolo del pH: esercizi svolti
Il calcolo del pH è cruciale per risolvere esercizi e prevedere le condizioni operative in laboratorio. La relazione per il calcolo del pH è pH = – log [H+]. Questo valore è correlato al pOH, definito come pOH = – log [OH-], in quanto pH + pOH = 14.
Per il calcolo del pH, è fondamentale determinare la concentrazione degli ioni H+ presenti in una soluzione. Gli esercizi possono riguardare il calcolo del pH di acidi forti, acidi deboli, soluzioni tampone e di sali non neutri.
Esercizi:
1) La concentrazione di ioni H+ in una soluzione è 5.00 x 10^-6 M. Determinare pH e pOH.
Applicando la definizione di pH, otteniamo:
pH = – log 5.00 ∙ 10^-6 = 5.30
Per trovare il pOH, si utilizza l’equazione pH + pOH = 14. Pertanto, pOH = 14 – 5.30 = 8.70
2) Calcolare la concentrazione di ioni H+ di una soluzione il cui pH è 6.38.
Dalla definizione di pH:
[H+] = 10^-pH = 10^-6.38 = 4.17 ∙ 10^-7 M
3) Per l’indicatore HIn, il valore KIn = 7.00 ∙ 10^-9. Calcolare a quale valore di pH le concentrazioni delle due forme acida e basica risultano uguali.
Consideriamo l’equilibrio di dissociazione dell’indicatore:
HIn ⇄ H+ + In-
L’espressione della costante relativa a questo equilibrio è:
KIn = [H+][In-] / [HIn]
Poiché le concentrazioni della forma acida e di quella basica devono risultare uguali, ovvero [HIn] = [In-], si ha:
KIn = 7.00 ∙ 10^-9 = [H+]
Pertanto, pH = – log 7.00 ∙ 10^-9 = 8.15
4) Calcolare il pH e il grado di ionizzazione di una soluzione contenente 0.100 moli/L di HOCN e 0.100 mol/L di NaOCN. Ka = 2.00 ∙ 10^-4.
La soluzione tampone può essere determinata dall’equazione di Henderson-Hasselbalch:
pH = pKa + log [OCN-] / [HOCN]
Il valore di pKa è pari a – log Ka = – log 2.00 ∙ 10^-4 = 3.70
Per determinare il grado di ionizzazione, occorre conoscere [H+]:
[H+] = 10^-3.70 = 2.00 ∙ 10^-4 M
Il grado di ionizzazione è dato da:
α = 2.00 ∙ 10^-4 / 0.100 = 2.00 ∙ 10^-3
5) Calcolare la concentrazione dello ione OH- di una soluzione ottenuta mescolando 100 mL di una soluzione 0.100 M di NH4Cl a 150 mL di una soluzione 0.100 M di NH3 (supponendo i volumi additivi). Kb = 1.80 ∙ 10^-5.
Le concentrazioni dopo il mescolamento sono:
[NH4+] = 0.0400 M
[NH3] = 0.0600 M
Pertanto, pOH = 4.56 e [OH-] = 2.73 ∙ 10^-5 M
6) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta mescolando 100 mL di una soluzione 0.100 M di NaOH a 150 mL di una soluzione di acido acetico 0.100 M (supponendo i volumi additivi). Ka = 1.85 ∙ 10^-5.
Le concentrazioni all’equilibrio sono:
[CH3COO-] = 0.0400 M
[CH3COOH] = 0.0200 M
Il pH risultante è 5.03.
7) Il pH di una soluzione di una soluzione 0.315 M di acido nitroso è 1.93. Calcolare il valore di Ka.
La concentrazione dello ione H+ è 0.0117 M. Allo stato di equilibrio, la concentrazione dell’acido nitroso è 0.303 M. Sostituendo questi valori nell’espressione della costante di equilibrio, otteniamo: Ka = 4.52 ∙ 10^-4