16.6
Cálculos de Titulación: Ácido Fuerte - Base Fuerte
Cálculo del pH para soluciones de titulación: Ácido fuerte/base fuerte
Se realiza una titulación de 25,00 ml de HCl 0,100 M (ácido fuerte) con 0,100 M…
Cuando se valora un ácido fuerte con una base fuerte o viceversa, se puede calcular el pH durante su evaluación determinando la concentración de los iones de hidronio o hidróxido restantes. Por ejemplo, 50 mililitros de ácido clorhídrico 0, 10 molar se disocian en iones cloruro e hidronio 0, 10 molar con un pH inicial de uno. Si se agregan 25 mililitros de hidróxido de sodio 0, 10 molar, la nueva concentración de iones de hidronio puede calcularse restando los moles totales de iones de hidróxido de los moles totales de iones de hidronio y dividiéndolos por el volumen total:75 mililitros o 0, 075 litros.
50 mililitros de ácido clorhídrico 0, 10 molar contienen 0, 0050 moles de hidronio, mientras que 25 mililitros de hidróxido de sodio 0, 10 molar tienen 0, 0025 moles de iones de hidróxido. Si se sustituyen estos valores en la ecuación, la concentración de iones de hidronio es igual a 0.033 molar. Por lo tanto, el pH de la solución se ha elevado a 1, 48.
Si se continúa la adición de hidróxido de sodio hasta 50 mililitros, todos los iones de hidronio del ácido clorhídrico se neutralizan y el punto de equivalencia se alcanza cuando el pH aumenta a siete. Por encima del punto de equivalencia, el pH de la solución está determinado por los iones de hidróxido, ya que el ácido clorhídrico ha sido completamente neutralizado. Si se agregan a la solución 70 mililitros de solución de hidróxido de sodio que contiene 0, 0070 moles de iones de hidróxido, la concentración final de iones de hidróxido se puede determinar restando los moles iniciales de iones de hidronio del total de moles de iones de hidróxido y dividiéndolo por el volumen total de la solución.
Como la concentración final de iones de hidróxido es 0, 017 molar, el pOH y el pH de la solución son 1, 78 y 12, 22, respectivamente.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How do you calculate pH before any base is added to a strong acid?
For a strong acid like hydrochloric acid, complete ionization occurs, so the hydronium ion concentration equals the acid's molarity. For example, 0.10 M HCl produces 0.10 M hydronium ions, giving a pH of 1.0. Simply use pH = -log[H+] to find the initial pH of the solution.
Q2: What happens to pH when you add base before reaching the equivalence point?
Before the equivalence point, excess acid remains in solution. Calculate the moles of hydronium ions remaining by subtracting moles of added hydroxide from initial moles of hydronium, then divide by total volume. For instance, adding 25 mL of 0.10 M NaOH to 50 mL of 0.10 M HCl leaves 0.0025 moles of hydronium in 75 mL, yielding pH 1.48.
Q3: What is the pH at the equivalence point for a strong acid-strong base titration?
At the equivalence point, all hydronium ions from the acid are neutralized by hydroxide ions from the base, producing only water and salt. Neither the cation nor anion undergoes acid-base ionization, so only water autoprotolysis generates hydronium ions. The pH equals 7.0, making the solution neutral.
Q4: How do you determine pH after adding excess base past the equivalence point?
Beyond the equivalence point, all acid is consumed and pH is determined by excess hydroxide ions. Calculate the moles of hydroxide remaining by subtracting initial moles of hydronium from total moles of hydroxide, then divide by total volume. Use pOH = -log[OH-] and pH = 14 - pOH to find the final pH.
Q5: Why does pH change more dramatically near the equivalence point in strong acid-strong base titrations?
Near the equivalence point, small additions of base cause large changes in hydronium ion concentration because the buffer capacity is minimal. Before the equivalence point, excess acid resists pH change, but as the equivalence point approaches, nearly all acid is consumed, making the solution sensitive to small base additions.
Q6: What is the relationship between moles of acid and moles of base at the equivalence point?
At the equivalence point, the moles of hydronium ions from the acid equal the moles of hydroxide ions from the base. For monoprotic strong acid and strong base, this means the moles of acid and base are equal. Using the equation moles = molarity × volume, you can determine the volume of titrant needed to reach equivalence.
Q7: How does the volume of titrant added affect the total volume used in pH calculations?
The total volume in pH calculations includes both the initial acid solution and all added base titrant. For example, adding 25 mL of base to 50 mL of acid gives a total volume of 75 mL. This dilution effect is critical because it reduces the concentration of remaining hydronium or excess hydroxide ions, directly affecting the calculated pH.