Soluzioni tampone: esercizi sul pH
Le soluzioni tampone sono costituite da una combinazione di un acido debole e della sua base coniugata, o di una base debole e del suo acido coniugato. La particolarità delle soluzioni tampone è rappresentata dal fatto che il loro pH rimane praticamente invariato anche davanti all’aggiunta di piccole quantità di acido o base forte. Un modo per risolvere esercizi relativi alle soluzioni tampone è mediante l’utilizzo dell’equazione di Henderson-Hasselbalc.
Calcolo del pH di una soluzione di perclorato di potassio
Il perclorato di potassio è un sale neutro derivante dall’acido forte HClO4 e dalla base forte KOH. Considerandone la concentrazione degli ioni H+, che è pari a 0,15 M, possiamo calcolare il pH utilizzando la formula del logaritmo negativo: pH = – log 0,15 = 0,82.
Effetto del cloruro di ammonio sul pH di una soluzione di NH3
Immaginiamo di avere un litro di soluzione di NH3 con una concentrazione di 0,400 M e contenente 12,78 g di NH4Cl. Vogliamo sapere quanto varierà il pH di questa soluzione quando aggiungiamo 0,0500 moli di HCl gassoso. Per calcolare il pH, dobbiamo determinare le moli di NH4Cl, che sono pari a 0,239 e le moli di NH3, che sono 0,400. Utilizzando il valore di pKb (- log 1,8 * 10^-5 = 4,74), possiamo applicare l’equazione di Henderson-Hasselbalch e ottenere il pH, che sarà 9,48.
Risoluzione di esempi relativi all’equilibrio acido-base
Nel primo esempio, consideriamo una soluzione di NH3 e NH4+ con le concentrazioni di NH3 e NH4+ pari rispettivamente a 0.350 M e 0.289 M, ottenendo un pH di 9.34.
Nel secondo esempio, consideriamo una soluzione di NaOH con un pH di 9.34 e aggiungendo 0.10 moli di HCl, ottenendo un pH di 1.00.
Nel terzo esempio, consideriamo una soluzione contenente acido bromoacetico e bromo acetato di sodio con pH di 3.10, e calcoliamo le concentrazioni dell’acido e del sale tramite l’equazione che prende in esame il pKa dell’acido.
Calcolo della concentrazione di acido in una soluzione tampone
Per calcolare la concentrazione di acido in una soluzione tampone, possiamo utilizzare l’equazione di Henderson-Hasselbalch. Questa equazione ci permette di determinare la relazione tra il pH, il pKa dell’acido e le concentrazioni dell’acido e della sua base coniugata.
Calcolo delle concentrazioni di specie in una soluzione di acido acetico e acetato di calcio
Considerando la soluzione di acido acetico, la concentrazione di acido acetico e la concentrazione di calcio otteniamo rispettivamente concentrazioni pari a 0,625 M, 0,300 M e 0,600 M. Calcoliamo quindi il pH della soluzione, utilizzando il pKa dell’acido acetico (-log(1,8 x 10^-5) = 4,74), ottenendo un pH di 4,76.
Rapporto tra concentrazioni di ioni CO3^2- e HCO3- per un tampone a pH 9.50
Per calcolare il rapporto tra le concentrazioni degli ioni CO3^2- e HCO3- per ottenere un tampone a pH 9,50, consideriamo l’equilibrio della reazione, utilizzando il pKa2 dell’acido carbonico (H2CO3), che è 10,25, e applichiamo l’equazione di Henderson-Hasselbalch.Come calcolare il rapporto tra le concentrazioni di ioni carbonato e bicarbonato in soluzione
Il rapporto tra le concentrazioni degli ioni CO3^2- e HCO3- in una soluzione può essere calcolato utilizzando il logaritmo del rapporto delle concentrazioni. Ad esempio, se il pH della soluzione è compreso tra 9.50 e 10.25, il rapporto sarà pari a 10^(-0.75) = 0.18. Ciò significa che la soluzione agirà come tampone con un pH vicino a 9.50 se i soluti sono miscelati nel rapporto di 0.18 moli di CO3^2- a 1.0 mol di HCO3-.
Calcolare il rapporto delle concentrazioni di salicilato e acido acetilsalicilico
Per calcolare il rapporto delle concentrazioni di salicilato e acido acetilsalicilico in una soluzione con pH regolato a 2,50, possiamo utilizzare il valore di pKa che è pari a 2.96. Quindi, avremo: 2.50 = 2.96 + log [acido]/[sale], da cui [acido]/[sale] = 10^(-0.46) = 0.35.
Determinare la quantità di NH4Cl da sciogliere in una soluzione di NH3
Per determinare la quantità di NH4Cl da sciogliere in 300 mL di NH3 0.20 M al fine di ottenere un pH di 9.35, possiamo utilizzare il valore di pKB che è pari a 4.75. Quindi, otteniamo: 10^(-0.10) = 0.794 = [NH4+]/[NH3] = [NH4+]/0.20. Da cui [NH4+] = 0.159 M.
Come calcolare il pH di una soluzione tampone
Una soluzione tampone è una soluzione che mantiene stabile il pH anche quando sono aggiunti acidi o basi. Per calcolare il pH di una soluzione tampone, è necessario conoscere la concentrazione delle specie acido e base presenti nella soluzione e il pKa, che è costante per ogni coppia acido-base coniugata. In questo articolo, spiegheremo come calcolare il pH di una soluzione tampone utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch.
Esempio di calcolo del pH di una soluzione tampone
Prendiamo ad esempio una soluzione tampone che contiene 0.150 moli di HSO4- e 0.150 moli di SO42- in un volume di 0.250 L. Il pKa per la dissociazione HSO4- ⇌ SO42- + H+ è 1.90.
Per calcolare il pH di questa soluzione tampone, dobbiamo prima calcolare la concentrazione di HSO4- e SO42-. Possiamo farlo dividendo il numero di moli di ciascuna specie per il volume della soluzione:
Concentrazione di HSO4- = 0.150 mol / 0.250 L = 0.600 mol/L
Concentrazione di SO42- = 0.150 mol / 0.250 L = 0.600 mol/L
Ora possiamo applicare l’equazione di Henderson-Hasselbalch per calcolare il pH:
pH = pKa + log [acetato]/[acido acetico]
Nel nostro caso, pKa = 1.90 e abbiamo la stessa concentrazione di HSO4- e SO42-. Pertanto, l’equazione diventa:
pH = 1.90 + log 0.600 / 0.600 = 1.90
Quindi, il pH della soluzione tampone è 1.90. Questo significa che la soluzione è acida, poiché il pH è inferiore a 7.
In conclusione, il pH di una soluzione tampone può essere determinato con precisione utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch e conoscendo la concentrazione delle specie acido e base e il pKa.