HCOOH + OH- → HCOO- + H2O
Poiché la soluzione deve avere alla fine un pH nettamente inferiore a 7 e prossimo al valore di pKa dell’acido formico, si può dedurre che la neutralizzazione è solo parziale, che in soluzione è presente la coppia acido-base coniugata HCOOH / HCOO-, e che la soluzione funge da tampone del pH. In una soluzione tampone la relazione che, in prima approssimazione, lega la concentrazione idrogenionica alla concentrazione dell’acido e della base coniugata è [H+] = Ka·Ca/Cs, o, più semplicemente, [H+] = Ka·na/ns, in cui Ka è la costante di ionizzazione dell’acido formico e na/ns è il rapporto tra le quantità in moli di HCOOH e di HCOO-. Da tale relazione, conoscendo il pH, si può determinare il valore del rapporto na/ns. Per determinare la massa di LiOH da aggiungere, si deve calcolare la quantità in moli di acido formico contenuta in 2,0 L di soluzione 5,0 molale e ricordare che tale quantità corrisponde, a reazione acido-base avvenuta, alla somma na + ns. La quantità in moli, ns, di ioni formiato che si formano durante la reazione acido-base corrisponde alla quantità in moli di LiOH da aggiungere alla soluzione di acido formico. I calcoli in dettaglio sono questi:molalità = n / msolvente (kg)
msoluzione = d·V = 1,3 g/mL · 2000 mL = 2600 g
msoluto in 2600 g soluz. = x mol · mmolare = x mol · 46 g/mol = 46x g
msolvente = (2600 – 46x) g = (2600 – 46x)·10-3 kg
x mol / (2600 – 46x)·10-3 kgsolvente = 5,0 mol/kgsolvente
x = 13 – 0,23x
x = 10,57
niniziale HCOOH = 10,57 mol
[H+] = 10-pH = 10-3,85 = 1,41·10-4 mol/L
na/ns = [H+] / Ka = 1,41·10-4 / 1,0·10-4 = 1,41
na = 1,41 · ns
na + ns = niniziale HCOOH = 10,57 mol
1,41 ns + ns = 10,57
2,41 ns = 10,57
ns = 10,57/2,41 = 4,39 mol = n HCOO-
na = 1,41 · ns = 1,41×4,39 = 6,18 mol
n LiOH = n HCOO- = 4,39 mol
m LiOH = n · mmolare = 4,39 mol · 23,95 g/mol = 105 g
In conclusione, la massa di LiOH da aggiungere alla soluzione di acido formico affinché il pH risulti 3,85 è pari a 105 g (1,0·102 g se si esprime il risultato con il corretto numero di cifre significative).