Esercizi risolti sulle tecniche volumetriche: livello difficile
Nel seguente articolo, verranno mostrati esercizi svolti riguardanti le tecniche volumetriche di livello difficile. Per ogni esercizio, sarà data non solo la risposta corretta, ma anche una spiegazione dettagliata del procedimento seguito.
# Esercizio 1
1) A 40.0 mL di una soluzione 0.100 M di acido acetico è aggiunta una soluzione di NaOH 0.150 M. Sapendo che la costante acida dell’acido acetico è pari a 1.80 ∙ 10^-5.
a) Calcolare il volume di NaOH necessario per raggiungere il punto equivalente.
b) Calcolare la concentrazione molare dell’acido al punto equivalente.
c) Calcolare il pH della soluzione al punto equivalente.
Risoluzione:
a) Le moli di acido acetico presenti nella soluzione sono pari a 0.00400 L ∙ 0.100 M = 0.00400. Per raggiungere il punto equivalente sono necessarie altrettante moli di NaOH. Il volume di NaOH viene quindi calcolato dalla formula V = moli/ molarità ovvero V = 0.00400/ 0.150 = 0.0267 L, corrispondenti a 26.7 mL.
b) Al punto equivalente tutto l’acido si è trasformato nella sua base coniugata, ovvero nello ione acetato. La concentrazione dello ione acetato vale quindi [CH3COO^-] = 0.00400/ 0.0667 = 0.0600 M.
c) Avendo calcolato la concentrazione dello ione OH^-, è possibile calcolare il pOH che è pari a pOH = – log 5.77 ∙ 10^-6 = 5.24, da cui pH = 14 – pOH = 14 – 5.24 = 8.76.
# Esercizio 2
Un acido debole monoprotico HA di massa 0.682 g viene sciolto in acqua ottenendo 50.0 mL di soluzione. Tale soluzione è titolata con una soluzione di NaOH 0.135 M. Dopo l’aggiunta di 10.6 mL di base, il pH della soluzione è di 5.65. Il punto equivalente viene raggiunto dopo l’aggiunta di 27.4 mL di base.
a) Calcolare il numero di moli dell’acido HA.
b) Calcolare il peso molecolare di HA.
c) Calcolare il numero di moli di HA a pH 5.65.
d) Calcolare la concentrazione di [H^+] a pH 5.65.
e) Determinare il valore della costante K_a.
Risoluzione:
a) Poiché il punto equivalente viene raggiunto dopo l’aggiunta di 27.4 mL di NaOH 0.135 M, si ha che le moli di base sono pari a 0.0274 L ∙ 0.135 M = 0.00370 e pertanto anche le moli di HA presenti nel campione di partenza sono 0.00370.
b) Il peso molecolare di HA è dato dal rapporto tra la sua massa e il numero di moli, ottenendo 184.4 g/mol.
c) Il numero di moli di NaOH aggiunte per ottenere il valore del pH pari a 5.65 è ottenuto ricordando che la concentrazione di NaOH è 0.135 M e che il volume di NaOH necessario per ottenere tale pH è di 10.6 mL. Pertanto le moli di NaOH sono pari a 0.0106 L ∙ 0.135 M = 0.00143. Considarando che NaOH ha reagito con HA, si ha che le moli in eccesso di HA sono pari a 0.00370 – 0.00143 = 0.00227.
d) A pH = 5.65 si ha: [H^+] = 10^-5.65 = 2.24 ∙ 10^-6 M.
e) Per ottenere il valore di K_a si devono conoscere le concentrazioni delle specie all’equilibrio. La concentrazione di A^- è quindi 0.00143/V, mentre la concentrazione di HA è pari a 0.00227/V.
# Esercizio 3
Per determinare il peso molecolare dell’acido debole monoprotico HX, sono sciolti in acqua 15.126 g di tale acido e il volume portato a 250.00 mL. Un’aliquota di 50.00 mL di tale soluzione è titolata con 38.21 mL di NaOH. La soluzione di NaOH è standardizzata con acido ossalico biidrato (PM 126.066 g/mol). Il volume di NaOH usato per standardizzare 1.2596 g di acido ossalico biidrato è di 41.24 mL.
a) Calcolare la molarità di NaOH.
b) Calcolare il numero di moli di HX presenti in 50.00 mL di soluzione.
c) Calcolare il peso molecolare di HX.
Risoluzione:
a) La concentrazione della soluzione di NaOH è 0.4846 M.
b) Le moli di NaOH presenti in 38.21 mL di soluzione sono 0.01852; le quali sono pari al numero di moli di HX in 50.00 mL.
c) Il numero di moli di HX presenti in 250.00 mL di soluzione sono pari a 0.09260, da cui il peso molecolare di HX è pari a 163.3 g/mol.