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ECCO ALCUNI ESEMPI DI MIE SPIEGAZIONI "RAGIONATE"
ESERCIZI SVOLTI DI CHIMICA SUL pH DI SOLUZIONI TAMPONE,
OVVERO SULLA "CAPACITA' TAMPONANTE" DI UNA SOLUZIONE TAMPONE:
ESERCIZI pH: NEUTRALIZZAZIONE, SOLUZIONE TAMPONE...
Esercizio 1)
200 ml soluzione NH3 ( base debole) 1M vengono aggiunti a
200 ml soluzione HCl ( acido forte ) 0, 5 M.
Calcolare:
a) il pH della soluzione così ottenuta [ R: pH = 9, 25 ]
b) la variazione di pH che si ha, in seguito all'aggiunta, alla soluzione tampone
precedentemente ottenuta [ in a) ], di 15 ml di soluzione HNO3 (acido forte) 1 M
[ R: variaz. pH da 9, 25 a 9, 12 cioè 9, 25 - 9, 12 = 0, 13 vaziaz. pH ]
c) oppure la variaz. pH in seguito all'aggiunta, sempre alla soluzione tampone ottenuta in a), di 15 ml soluzione NaOH (base forte) 1 M
[ R: variaz. pH da 9, 25 a 9, 38 cioè 9, 38 – 9, 25 = 0, 13 variaz. pH ]
Svolgimento con spiegazioni chiare e semplici! della Prof. Antonella Mazzone:
innanzi tutto nell'esercizio elimini gli ioni Cl -, NO3 -, Na+, che sono “ioni spettatori nel pH”, perché derivanti da reazioni a “freccia unica”, cioè da elettroliti “forti”, e quindi tali ioni non danno nessun contributo al pH della soluzione.
punto a) :
NH3 base debole, reagisce con H+, che è l'acido più forte che ci sia, secondo la seguente reazione di neutralizzazione:
__________1NH3____________ + _____1H+______ - - >_____1NH4+
moli iniz. _1M*0, 2L=0, 2n_________0, 5M*0, 2L=0, 1n__________–
_________eccesso________________difetto
moli fin. __0, 2 - 0, 1=0, 1n______________–_______________0, 1n
e metti le due specie rimaste alla fine della neutralizzazione, NH3 e NH4+, nell'equilibrio in cui sono coinvolte entrambe in soluzione acquosa,
e questo è l'equilibrio di dissociazione della base debole NH3,
a costituire, tipicamente, una “soluzione tampone”:
____________NH3__________+__H2O__<=>_______NH4+_____+_____OH -
Miniz. ___0, 1n / 0, 4Ltot=0, 25M___________0, 1n / 0, 4Ltot=0, 25M___–
Mequil. ______0, 25M - x_____________________0, 25M+x___________ x
( trascuri - x e +x ) Kb NH3 = 1, 8*10^ - 5 = 0, 25 * x / 0, 25 da cui pH = 9, 25.
punto b) :
aggiungendo 15 ml di soluzione HNO3 1M ( quindi H+, l'acido più forte che ci sia ),
a 400ml della soluzione tampone NH3 - NH4+, si ha che, dei due coniugati,
“va la base NH3”, a neutralizzare l'H+:
__________1NH3_________+_____1H+ _______ - - >_____1NH4+
moli iniz. ___0, 1n__________1M*0, 015L=0, 015n_________0, 1n
_________eccesso____________difetto
moli fin. _0, 1 - 0, 015=0, 085n_______–_________0, 1+0, 015=0, 115n
quindi hai la soluzione tampone:
__________NH3_________+__H2O_<=>_______NH4+________+_________OH -
Miniz. _0, 085n / 0, 415Ltot=0, 205M_____0, 115n / 0, 415Ltot=0, 277M___–
Mequil. ___0, 205M - x____________________0, 277+x__________________x
Kb NH3 = 1, 8*10^ - 5 = 0, 277*x / 0, 205 e pH = 9, 12.
punto c) :
aggiungendo la base forte NaOH, va stavolta l'acido NH4+,
a neutralizzare gli OH - ( la base più forte che ci sia ) :
________1NH4+____+______1OH - _______ - - >____1NH3 _____+____H2O
moli i. ___0, 1n________1M*0, 015L=0, 015n_______0, 1n
_______eccesso__________difetto
moli f. _0, 1 - 0, 015=0, 085n___–__________0, 1+0, 015n=0, 115n
poi hai la soluzione tampone:
________NH3____+__H2O___<=>________NH4+____+_____OH -
Mi_0, 115n / 0, 415Ltot_________0, 085n / 0, 415Ltot_______–
______=0, 277M__________________=0, 205M
Meq___0, 277M - x_________________0, 205M+x ___________x
Kb NH3 = 1, 8*10^ - 5 = 0, 205 * x / 0, 277 da cui pH = 9, 38.
Questo esercizio dimostra la “capacità tamponante” della soluzione tampone, appunto, in seguito ad una piccola aggiunta di acido forte o di base forte, nel senso che il pH varia di pochissimo dopo tale piccola aggiunta ( nel nostro caso è variato solo di 0, 13 verso l'acidità o verso la basicità! )
Ciò accade xké la soluzione tampone ha sempre il coniugato adatto, acido ( es. NH4+ ) o base ( es. NH3 ) ed in concentrazioni abbastanza elevate, per neutralizzare la “piccola aggiunta” di OH - o di H+, rimanendo, il coniugato, sempre in eccesso rispetto alla piccola aggiunta, e la soluzione continua quasi indisturbata ad essere, appunto, una soluzione tampone, con concentrazioni variate di pochissimo
(da 0, 25M a 0, 205M e 0, 277M nel nostro esempio ), e ancor meno varia il loro rapporto matematico, quando con la Keq ci calcoliamo il pH, perciò il pH varia di pochissimo! ! !
Esercizio 2)
5 ml soluzione NH3 0, 2M aggiunti a
5 ml soluzione NH4Cl 0, 1M.
Kb NH3 = 1, 8*10 - 5.
Calcolare:
a) pH soluzione risultante [ R: 9, 57 ]
b) variazione pH in seguito all'aggiunta di 5 ml soluzione HNO3 0, 01M
[ R: da 9, 57 a 9, 5 ]
c) variazione pH in seguito all'aggiunta di 10 ml H2O
[ nessuna variazione: pH rimane invariato a 9, 57 ]
Svolgimento:
a) NH3 e NH4Cl sono due coniugati, entrambi coinvolti nel seguente equilibrio di dissociazione di NH3, a costituire una soluzione tampone:
_________NH3____+____H2O____<=>___________NH4+__________+_______OH -
Mi_0, 2M*0, 005L / 0, 01L tot=0, 1M____0, 1M*0, 005L / 0, 01Ltot=0, 05M_____–
Meq_____0, 1M - x_______________________0, 05M+x_____________________x
Kb NH3 = 1, 8*10^ - 5 = 0, 05*x / 0, 1 da cui pH = 9, 57.
b) identico a punto b) di esercizio 1) ! ! ! ! :
______1NH3_________+______1H+__________ - - >______1NH4+
ni_0, 1M*0, 01L=0, 001n__0, 01M*0, 005L=0, 00005n___0, 05M*0, 01L=0.0005n
_____eccesso______________difetto
nf _ 0, 001 - 0, 00005=0, 00095n_____–___________0, 0005+0, 00005=0, 00055n
e quindi hai la soluzione tampone:
________NH3_______+___H2O_____<=>___________NH4+____________+____OH -
Mi_ 0, 00095n / 0, 015Ltot=0, 0633M_____0, 00055n / 0, 015Ltot=0, 0367M___–
Meq___0, 0633 - x________________________0, 0367 +x___________________x
Kb = 1, 8*10^ - 5= 0, 0367* x / 0, 0633
e pH risulta 9, 5.
c) diluendo una soluzione tampone, es. se la si diluisce di 100 volte, si diluisce di 100 volte la concentrazione di entrambi i coniugati, per cui il loro rapporto (quando vai ad applicare la Keq per trovare il pH ), rimane identico, perciò il pH di una soluzione tampone non varia affatto con la diluizione! ! !
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Napoli, 13 / 10 / 2009 Prof. Antonella Mazzone
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