Esercizi svolti sul pH

Calcolo del pH di un acido forte Calcolare il pH di 30 ml di una soluzione contenente 5 g di HClO4 HClO4 è un acido forte che si dissocia completamente in acqua secondo la reazione: HClO4 + H2O ⇒ ClO4- + H3O+ (l’equilibrio quindi è spostato completamente a destra, cioè verso i prodotti), per cui la concentrazione degli ioni idrossonio risulta uguale a quella dell’acido. [H3O+] = [HClO4] = n / V = [ 5/(1+35,45+16)] : 0,030 l = 3,18 M pH = -log [H3O+] = - log (3,18 M) = - 0,502

Calcolo del pH di una base forte Calcolare il pH di 0,4 g di NaOH disciolto in 350 ml di soluzione L’idrossido di sodio è una base forte che quindi si dissocia completamente in acqua secondo la reazione: Na(OH) ⇒ Na+ + OH-; la concentrazione degli OH- è uguale alla concentrazione dell’idrossido per cui: [OH-] = [NaOH] = (n/V) = [(0,4/40) : 0,35] M = 2,86-02 M pOH = - log [OH-] = -log (2,86-02) = 1,54 pH = (14 - pOH) = (14 - 1,54) = 12,46

pH di soluzioni di acidi il cui Ka è compreso tra10-5 e 1 Calcolare il pH di una soluzione di HF 0,100 M il cui Ka è 7,1-04 L’acido fluoridrico in acqua si dissocia in questo modo HF + H2O ⇆ H3O+ + F- Ka = [H3O+] x [F-] / [HF] All’equilibrio solo parte di HF si è dissociata ( lo si deduce dal Ka); questa parte la si indica con x per cui all’equilibrio [HF] = (0,1 - x); [H3O+] = [F-] = x Ka = [H3O+] [F-] / [HF] ; ➱ 7,1 10-4 = x2 : (0,1 - x) 7,1-04 (0,1 - x) = x2 ➱ x2 + 7,1-04x - 7,1-05 = 0 x = 8,071-03 pH = - log [H3O+] = - log ( 8,071-03) = 2,09

Calcolo del pH di una base debole Calcolare il pH di una soluzione acquosa di NH3 0,45 M ed il grado di dissociazione (α) della base. Kb = 1,85-05 L’ammoniaca è una base debole: : l’equilibrio è spostato verso sinistra per cui bisogna tener conto della costante di dissociazione (Kb) per calcolare la concentrazione degli ioni ossidrili. NH3 + H2O ⇆ NH4+ + OH- la cui Kb = [NH4+] x [OH-]/[NH3] [OH-] = √Kb x [NH4+] = (1,85-05) x (0,45 M) = 2,885-03 M pOH = -log [OH-] = - log (2,885-03) = 2,54 pH = (14 - pOH) = (14 - 2,54) = 11,46 α = [OH-] / [NH3(iniziale)] = (2,885-03 M) x (0,45 M) = 6,4-03

Utilizzo del grado di dissociazione In una soluzione acquosa di 1,5-02 M di una base debole, la base è dissociata per lo 0,75% (α=0,0075). Calcolare il pH ed il pOH. α = [ OH-] / [ Base]; [ OH-] = α x [ Base] = ( 0,0075 x 1,5-02 M) = 1,125-04 M pOH = -log ( 1,125-05 M) = 3,95 pH = (14 - pOH) = (14 - 4,95) = 10,05

Idrolisi salina Calcolare il pH di una soluzione acquosa di KCN 0,660 M ed il suo grado di idrolisi. Ka (HCN) = 4-10 Il cianuro di potassio deriva da un acido debole (l’acido cianidrico: HCN) e da una base forte (l’idrossido di potassio KOH). In acqua si dissocia in CN- e K+ secondo la reazione: KCN ➱K+ + CN-. Lo ione cianuro, giacché deriva da un acido debole, reagisce con H2O per ricostituire l’acido cianidrico HCN. CN- + H2O ⇆ HCN + OH- l’idrolisi del cianuro è basica in quanto genera OH- Il Kb di questa reazione si calcola: Kw (acqua) / Ka = 1-14 / (4-10) = 2,5-05 Kb = [HCN] x [OH-] / [CN-]; le concentrazioni dell’acido e degli ossidrili sono uguali (lo si ricava dalla stechiometria della reazione) per cui [OH-]2 = Kb x [CN-] = ( 2.5-05) x ( 0,660 M) = 1,65-05 M

[OH-] = √(1,65-05) = 4,062-03 M pOH =- log [OH-] = (4,062-03) = 2,39 pH =(14-pOH) = (14 - 2,39) = 11,61 α = [OH-] : [ KCN] = (4,062-03) : ( 0,660 M) = 6,154-03

Idrolisi salina Calcolare il pH di (NH4)2SO4 0,300 M ed suo grado di idrolisi. Kb(NH3) = 1,85-05 (NH4)2SO4 ⇒ 2 NH4+ + SO42-. Lo ione ammonio deriva da una base debole: reagisce con l’acqua per ricostituire la NH3 secondo la reazione NH4+ + H2O ⇆ NH3 + H3O+ Il Ka di questa reazione vale : Ka = Kw / Kb = 1-14 / 1,85- 05 = 5,41-10 [H3O+]2 = Ka x [NH4+] = (5,41-10) x (2 x 0,300) = 3,246-10 [H3O+] = √3,246-10 = 1,802-05M ➱ pH = - log [H3O+] = - log (1,802-05) = 4,74 α = [H3O+] / [NH4+] = (1,802-05 M) / (2 x 0,300 M) = 3-05

Calcolo del pH dopo diluizione Una soluzione acquosa di NH3 0,140 M viene diluita 10 volte con acqua. Calcolare il pH prima e dopo la diluizione. Kb(NH3) = 1,85-05 NH3 + H2O ⇆ NH4+ + OH- Kb = [OH-]2 / [NH3] [OH-]2 = Kb x [NH3] = (1,85-05) x 0,140 M = 2,59-06 M2 [OH-] = √2,59-06 M2 = 1,61-03M pOH = - log [OH-] = - log ( 1,61-03 M) = 2,79 pH = (14 - pOH) = (14 - 2,79) = 11,21 ( prima della diluizione) Con la diluizione la concentrazione di NH3 diventa: (0,140 M : 10) = 1,4-02 M (pH = (14 - pOH) = (14 - 2,79) = 11,21

[OH-]2 = Kb x [NH3] = (1,85-05) x (1,42-02 M) = 2,627-07 M2 [OH-] = √2,627-07 M2 = 5,125-04 M pOH = - log [OH-] = -log (5,125-04 M) = 3,29 pH = (14 - pOH) = (14 - 3,29) = 10,71 (dopo diluizione) α1 (grado di idrolisi prima della diluizione) = 1,61-03/ 0,140 = 1,15-02 α2 (grado di idrolisi dopo la diluizione) = 5,125-04 / 1,4-02 = 3,66-02