Paola ha scritto:
Buongiorno professoressa,
mi scuso per il tempo che le farò perdere ma non risiedendo a L'Aquila, città della mia università, mi affido al suo aiuto per cercare di capire quest'esercizio che non riesco a comprendere.
Avendo un recipiente di volume 800 mL contenete acido acetico 0,1 M (Ka = 1,8×10-5) calcolare:
a) il volume di acetato di sodio 1 M da aggiungere per avere pH = 5,1
b) il volume di NaOH 0,5 M da aggiungere per avere pH = 5.1
c) il pH al punto di equivalenza della titolazione con NaOH 0,5 M
d) il pH della soluzione iniziale dopo l'aggiunta di 200 mL di HCl 0,1 M
e) la pressione osmotica della soluzione iniziale dopo l'aggiunta di 1 g di KCl considerando nulla la variazione di volume.
La ringrazio immensamente.
Inizio a rispondere...
Tutto sull'acido acetico...
a) L’acido acetico CH3COOH è un acido debole; se ad una sua soluzione si aggiunge una soluzione di acetato di sodio, che contiene la base coniugata CH3COO-, si forma una soluzione tampone il cui pH si calcola in prima approssimazione con la seguente relazione:
pH = pKa + log (nCH3COO-/nCH3COOH)
Dopo aver determinato nCH3COOH, con tale relazione si può ricavare nCH3COO-, cioè il numero di moli di acetato di sodio necessario a raggiungere pH 5,1:
nCH3COOH = 0,8 L×0,1 mol/L = 8×10-2 mol 5,1 = 4,74 + nCH3COO- + 1,1
log nCH3COO- = -0,74 nCH3COO- = 10-0,74 = 0,18 mol
Poiché la soluzione di acetato è 1 M, 0,18 mol sono contenute in 0,18 L di soluzione; alla soluzione di acido acetico si devono quindi aggiungere 180 mL di acetato di sodio 1 M.
b) Se all’acido acetico si aggiunge una soluzione di NaOH avviene la seguente reazione di neutralizzazione:
CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → CH3COO-(aq) + Na+(aq) + H2O
Si forma quindi acetato di sodio; neutralizzando solo una parte di acido, in soluzione è presente la coppia acido-base coniugata che genera la soluzione tampone.
Affinché il pH sia 5,1, è necessario che il rapporto nCH3COO-/nCH3COOH assuma lo stesso valore del caso precedente, cioè 0,18/0,08 = 2,25. Se all’acido acetico si aggiungono x moli di NaOH, resteranno (0,08 – x) moli di acido e si formeranno x moli di acetato di sodio. Quindi:
2,25 = x/0,08 – x da cui x = 5,5×10-2
Servono pertanto 5,5×10-2 mol di NaOH; poiché la soluzione è 0,5 M, il volume da aggiungere è 0,111 L, cioè 111 mL.
c) Al punto equivalente tutto l’acido è stato neutralizzato; in soluzione è presente soltanto il sale che idrolizza secondo la seguente reazione:
CH3COO-(aq) + H2O = CH3COOH + OH-(aq)
Il pH è quindi basico perchè lo ione CH3COO- si comporta da base debole, la cui Kb vale Kw/Ka. La [OH-] di una soluzione di base debole si calcola in prima approssimazione con la seguente relazione:
[OH-]2 = Kb×Cb
dove Cb è la concentrazione dello ione acetato al punto equivalente. Per neutralizzare 0,08 mol di acido acetico servono 0,08 mol di NaOH; il volume di NaOH aggiunto è quindi 0,160 L, cioè 160 mL. Il volume in cui sono disciolte le 0,08 mol di acetato è (800 + 160) mL = 0,96 L per cui Cb corrisponde a 0,08 mol/0,96 L = 0,083 M. Effettuando i calcoli si ha:
[OH-]2 = 10-14×0,083/1,8×10-5 = 4,63×10-11 [OH-] = 6,83×10-6 M
pOH = 5,17 pH = 8,83
d) Aggiungendo un acido forte, l’equilibrio di ionizzazione dell’acido debole regredisce pressoché completamente e l’acidità della soluzione dipende soltanto dall’acido forte. Il volume totale della soluzione è (800 + 200) mL = 1 L; il numero di moli di HCl, e quindi di H+, è 0,2 L×0,1 mol/L = 0,02 mol. Pertanto:
[H+] = 0,02 M pH = 1,7
e) Quest’ultimo calcolo puoi farlo da sola dopo aver letto gli articoli sulla pressione osmotica pubblicati il 10/12/09 e il 16/07/09.
Ciao e buon lavoro!