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L'esperto di chimica

Un esercizio con il risultato che non torna...

Simone vuole capire perché il suo calcolo di pH, relativo alla soluzione ottenuta addizionando 50,0 mL di NaOH 0,160 M e 30,0 mL di CH3COOH 0,160 M, non corrisponde al risultato atteso.
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Simone ha scritto: Salve. Oggi la mia prof. di chimica ci ha assegnato questo esercizio. Di solito li risolvo abbastanza facilmente (chi più chi meno) ma questo non riesco proprio a risolverlo! Calcolare il pH e la concentrazione delle specie in una soluzione ottenuta addizionando 50,0 mL di NaOH 0,160 M e 30,0 mL di CH3COOH 0,160 M, sapendo che Ka = 1,76·10-5 (Risultato: 4,932) Il problema è che le moli di NaOH risultano essere 0,008 mol e quelle dell'acido acetico 0,0048  mol, per cui tutte le moli dell'acido debole sono neutralizzate e c'è un eccesso di ioni OH- che rende la nuova soluzione basica (ho provato ed esce 12,06), mentre secondo il risultato del problema la nuova soluzione dovrebbe essere acida. Spero possiate aiutarmi. Buona serata.   Questa è la risposta: Il tuo ragionamento è corretto: con i dati così come sono, rimane in soluzione un eccesso di ioni OH-, pari a 0,0032 mol (0,0080 mol iniziali – 0,0048 mol che reagiscono), che risultano disciolti in 80 mL (50 mL + 30 mL) di soluzione, cioè in 0,080 L. Pertanto si ha:

[OH-] = n/V = 0,0032 mol / 0,080 L = 0,040 mol/L

pOH = -log [OH-] = -log 0,040 = 1,40

pH = 14 – pOH = 14 -1,40 = 12,60

Come puoi notare, il tuo risultato (o la sua trascrizione…), non è invece corretto. Il risultato atteso di pH = 4,932 si ottiene soltanto se si scambiano i valori dei volumi delle due soluzioni; con 0,0080 mol di CH3COOH e 0,0048 mol di NaOH, resta infatti un eccesso di CH3COOH, pari a 0,0032 mol, mentre l’acido acetico che ha reagito si trasforma in un’eguale quantità di ioni acetato, CH3COO-, pari a 0,0048 mol. Quando in soluzione è presente una coppia acido-base coniugata come questa, si tratta di una soluzione tampone il cui pH può essere calcolato in prima approssimazione a partire dalla relazione [H+] = Ka · na / ns, dove na indica la quantità in moli di acido acetico e ns la quantità in moli di ioni acetato. Effettuando i calcoli si ottiene:

[H+] = Ka · na / ns = 1,76·10-5 · 0,0032 / 0,0048 = 1,17·10-5 mol/L

pH = -log [H+] = -log 1,17·10-5 = 4,932

In conclusione, per far tornare il risultato è necessario modificare i dati del problema e considerare 50,0 mL di CH3COOH 0,160 M e 30,0 mL di NaOH 0,160 M.

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