Due problemi con il tampone fosfato

Neliana ha altri due problemi:

  1. 0,3 g di acido cloridrico sono aggiunti a 0,5 L di una soluzione 0,1 M di monoidrogenofosfato di sodio. Calcolare il pH della soluzione ottenuta.
  2. 0,3 g di idrossido di sodio sono aggiunti a 0,5 L di una soluzione 0,1 M di diidrogenofosfato di sodio. Calcolare il pH della soluzione ottenuta.

 

La risoluzione è questa:

Problema 1

Inizierei calcolando la concentrazione di acido cloridrico dopo la miscelazione:

nHCl = 0,3 g / (36,458 g/mol) = 0,0082 mol

[HCl] = 0,0082 mol / 0,5L = 0,016 M

Il monoidrogenofosfato di sodio si dissocia in

Na2HPO4 → 2 Na+ + HPO42-

mentre in soluzione acquosa, l’acido cloridrico libera ioni H3O+ in concentrazione pari a 0,016 M:

HCl + H2O → H3O+ + Cl

Gli ioni idronio liberati vanno a spostare gli equilibri che vedono lo ione monoidrogenofosfato come protagonista, verso la formazione di una pari quantità di ione diidrogenofosfato:

HPO42- + H3O+ → H2PO4 + H2O

Pertanto, dopo la miscelazione, si avranno le seguenti concentrazioni:

[HPO42-] = 0,1 M – 0,016 M = 0,084 M

[H2PO4] = 0,016 M

e di fatto, l’aggiunta di un acido forte alla soluzione di monoidrogenofosfato di sodio ha dato origine ad una soluzione tampone. Per calcolare il pH della soluzione possiamo quindi utilizzare l’equazione di Henderson-Hasselbalch, relativa al seguente equilibrio:

H2PO4 + H2O = HPO42- + H3O+

con Ka2 = 7,9·10-8 a 25 °C. Quindi:

pH = pKa2 + log ([HPO42-]/[ H2PO4]) = 7,10 + log (0,084/0,016) = 7,82

Tenendo conto del numero corretto di cifre significative, il pH della soluzione vale 7,8.

 

Problema 2

Come nel problema precedente, inizierei calcolando la concentrazione di idrossido di sodio dopo la miscelazione:

nNaOH = 0,3 g / (40 g/mol) = 0,0075 mol

[NaOH] = 0,0075 mol / 0,5 L= 0,015 M

Il diidrogenofosfato di sodio si dissocia in

NaH2PO4 → Na+ + H2PO4

mentre in soluzione acquosa l’idrossido di sodio libera ioni OH in concentrazione pari a 0,015 M:

NaOH → Na+ + OH

Gli ioni idrossido liberati vanno a spostare gli equilibri che vedono lo ione diidrogenofosfato come protagonista, verso la formazione di una pari quantità di ione monoidrogenofosfato:

H2PO4 + OH → HPO42- + H2O

Pertanto, dopo la miscelazione, si avranno le seguenti concentrazioni:

[H2PO4] = 0,1 M – 0,015 M = 0,085 M

[HPO42-] = 0,015 M

Anche in questo caso, l’aggiunta di una base forte alla soluzione di diidrogenofosfato di sodio ha originato la formazione di una soluzione tampone, il cui pH è calcolabile riferendosi allo stesso equilibrio dell’esercizio precedente:

pH = pKa2 + log ([HPO42-]/[ H2PO4]) = 7,10 + log (0,015/0,085) = 6,35

Tenendo conto del numero corretto di cifre significative, il pH della soluzione vale 6,4.

 

Per la lezione