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Cálculos de Titulação: Ácido Fraco - Base Forte
Cálculo do pH para Soluções de Titulação: Ácido Fraco/Base Forte
Para a titulação de 25,00 mL de CH3CO2H a 0,100 M com NaOH a 0,100 M, a reação pode s…
O pH em diferentes fases de titulação do ácido ou de base fraca é calculado utilizando diferentes métodos durante vários pontos da titulação. Se um ácido ou base fraca for o principal determinante do pH, o Ka ou Kb e uma tabela ICE, ou a equação Henderson-Hasselbalch é utilizada. Se o ácido ou base forte está presente depois da reação de neutralização, a concentração do hidrónio restante ou íons hidróxidos é utilizada para calcular o pH.
O pH inicial de 50 mililitros de 0, 10 molar de uma solução de ácido acético é de 2, 87 e é calculado utilizando o Ka e uma tabela ICE, sendo o ácido acético é o principal contribuinte. Se esta solução contiver 0, 0050 mols de acetato é titulado com 0, 10 molar de hidróxido de sódio, os íons hidróxidos reagem com o ácido acético para produzir acetato, resultando num amortecedor. Portanto, quando 10 mililitros do hidróxido de sódio contendo 0, 0010 mols de íons hidróxidos são adicionados formam-se 0, 0010 mols de acetatos, e 0, 0040 mols de ácido acético permanece.
O pH do amortecedor pode ser calculado substituindo estes valores na equação Henderson-Hasselbalch sendo igual a 4, 14. Quando são adicionados 25 mililitros de hidróxido de sódio, metade das mols iniciais do ácido acético são convertidos em acetato. Neste momento, o pH é igual ao pKa, como a quantidade de ácido acético e o íon de acetato são iguais.
A adição adicional de sódio hidróxido até 50 mililitros converte todo as moléculas acéticas ácidas em acetato, e o ponto de equilibrio é alcançado. Uma vez que os íons de acetato são básicos, o ponto de equilibrio situa-se na regíon da base. A concentração do íon acetato é calculado por divisão do número de mols pelo volume total da solução.
O pH é determinado utilizando o Kb para íons de acetato e uma tabela ICE, uma vez que o íon acetato é o principal contribuinte para o pH no ponto de equilibrio. O Kb para o acetato é calculado utilizando a fórmula Kw que é igual a Ka vezes Kb e igual a 5, 6 10-¹⁰. A substituição da expressão de equilíbrio na expressão para Kb dá a concentração de hidróxidos, 5, 3 10-⁶ molar.
O pOH e o pH da solução são 5, 28 e 8, 72, respectivamente. A adição adicional de hidróxido de sódio na solução resulta numa mistura de íons de acetato e hidróxido de sódio. No entanto, a concentração final de hidróxido de sódio determina o pH da solução, pois é uma base mais forte que o acetato.
Portanto, se for adicionado 70 mililitros de hidróxido de sódio na solução, a concentração final dos íons hidróxidos pode ser calculada subtraindo o total das mols de ácido acético, 0, 0050 mols, ao total de mols de íons de hidróxidos adicionado, 0, 0070 mols, e dividindo-o pelo volume total da solução, 120 mililitros ou 0, 12 litros. Como a concentração de íons hidróxidos é de 0, 017 molar, o pOH e pH de as soluções são calculados para ser 1, 78 e 12, 22, respectivamente.
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Q1: How do you calculate the initial pH of a weak acid before titration begins?
The initial pH is calculated using the Ka (acid dissociation constant) and an ICE table, since the weak acid is the main pH contributor. For example, a 0.10 M acetic acid solution has an initial pH of 2.87. This method applies whenever a weak acid or base dominates the pH before any titrant is added.
Q2: What happens to the pH when you add sodium hydroxide to a weak acid solution?
When sodium hydroxide is added to a weak acid, hydroxide ions react with the acid to form its conjugate base, creating a buffer solution. The pH can be calculated using the henderson hasselbalch equation calculating buffers. As more base is added, the buffer resists pH change until the equivalence point is reached.
Q3: Why does the pH equal the pKa at the half-equivalence point?
At the half-equivalence point, exactly half of the weak acid has been neutralized to form its conjugate base. Since the concentrations of weak acid and conjugate base are equal, the Henderson-Hasselbalch equation simplifies to pH = pKa. For acetic acid titration, this occurs at 12.50 mL of added sodium hydroxide.
Q4: What is the pH at the equivalence point for a weak acid-strong base titration?
At the equivalence point, all weak acid has been converted to its conjugate base, which is basic. The pH is calculated using the Kb of the conjugate base and an ICE table. For acetic acid titrated with sodium hydroxide, the equivalence point pH is 8.72, significantly higher than 7 due to the basic nature of acetate ions.
Q5: How do you find the Kb of a conjugate base from the Ka of the weak acid?
The relationship between Ka and Kb is given by Kw = Ka × Kb, where Kw is the water ionization constant (1.0 × 10⁻¹⁴). Rearranging gives Kb = Kw / Ka. For acetate ion, Kb = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰.
Q6: What determines the pH after the equivalence point in a weak acid-strong base titration?
After the equivalence point, excess strong base (sodium hydroxide) is present in solution. The strong base is a much stronger contributor to pH than the conjugate base, so the final pH is determined by the concentration of excess hydroxide ions. For example, adding 70 mL of 0.10 M NaOH results in a pH of 12.22.
Q7: How does the titration curve for a weak acid-strong base differ from a strong acid-strong base titration?
In weak acid-strong base titrations, the equivalence point occurs in the basic region (pH > 7) because the conjugate base is basic. The initial pH is higher, and a buffer region exists before the equivalence point. This contrasts with titration calculations strong acid strong base, where the equivalence point is at pH 7.