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16.7:

Calcoli di titolazione: acido debole - base debole

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Chemistry
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Titration Calculations: Weak Acid – Strong Base

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Il pH in diversi stadi di una titolazione di un acido o di una base debole è calcolato usando metodi diversi durante i vari punti della titolazione. Se un acido o una base debole è il principale determinante del pH, vengono usati la Ka o Kb e una tabella ICE, o l’equazione di Henderson-Hasselbalch. Se dopo la reazione di neutralizzazione, è presente un acido o una base forte, per calcolare il pH viene usata la concentrazione degli ioni idronio o idrossido rimanenti.Il pH iniziale di 50 millilitri di una soluzione di acido acetico 0, 10 molare è 2, 87 e viene calcolato utilizzando il valore della Ka e una tabella ICE, poiché l’acido acetico è il principale contribuente. Se questa soluzione contenente 0, 0050 moli di acetato viene titolata con idrossido di sodio 0, 10 molare, gli ioni idrossido reagiscono con acido acetico per produrre acetato, risultando in un tampone. Pertanto, quando si aggiungono 10 millilitri di idrossido di sodio contenente 0, 0010 moli di ioni idrossido, si formano 0, 0010 moli di acetato, e rimangono 0, 0040 moli di acido acetico.Il pH del tampone può essere calcolato sostituendo questi valori nell’equazione di Henderson-Hasselbalch ed è uguale a 4, 14. Quando si aggiungono 25 millilitri di idrossido di sodio, metà delle moli iniziali di acido acetico vengono convertite in acetato. A questo punto, il pH è uguale al pKa, poiché la quantità di acido acetico e lo ione acetato sono uguali.L’ulteriore aggiunta di idrossido di sodio fino a 50 millilitri converte tutte le molecole di acido acetico in acetato, e il punto di equivalenza viene raggiunto. Poiché gli ioni acetato sono basici, il punto di equivalenza si trova nella regione di base. La concentrazione dello ione acetato è calcolata dividendo il numero di moli per il volume totale della soluzione.Il pH è determinato usando la Kb per gli ioni acetato e una tabella ICE, poiché lo ione acetato è il principale contributuente del pH nel punto di equivalenza. Il Kb per l’acetato si calcola con la formula:Kw è uguale a Ka per Kb ed è uguale a 5, 6 10⁻¹⁰. Sostituendo le concentrazioni di equilibrio nell’espressione per Kb si ottiene la concentrazione di idrossido, 5, 3 10⁻⁶ molare.Il pOH e il pH della soluzione sono rispettivamente 5, 28 e 8, 72. Un’ulteriore aggiunta di idrossido di sodio nella soluzione produce una miscela di ioni acetato e idrossido di sodio. Tuttavia, la concentrazione finale di idrossido di sodio determina il pH della soluzione, poiché è una base più forte dell’acetato.Pertanto, se si aggiungono 70 millilitri di idrossido di sodio nella soluzione, la concentrazione finale degli ioni idrossido può essere calcolata sottraendo le moli totali di acido acetico, 0, 0050 moli, dalle moli totali di ioni idrossido aggiunti, 0, 0070 moli, e dividendo per il volume totale della soluzione, 120 millilitri o 0, 12 litri. Poiché la concentrazione di ioni idrossido è 0, 017 molare, il pOH e il pH della soluzione sono calcolati rispettivamente di 1, 78 e 12, 22.

16.7:

Calcoli di titolazione: acido debole - base debole

Calcolo del pH per le soluzioni di titolazione: acido debole/ base forte

Per la titolazione di 25,00 mL di 0,100 M CH3CO2H con NaOH 0,100 M, la reazione può essere rappresentata come:

Eq1

Il pH della soluzione di titolazione dopo l’aggiunta dei diversi volumi di titolazione NaOH può essere calcolato come segue:

(a) Il pH iniziale è calcolato per la soluzione di acido acetico nel solito approccio ICE:

Eq2

b L’acido e il titolazione sono sia monoprotici che le soluzioni campione e titolazione sono ugualmente concentrate; quindi, questo volume di titolazione rappresenta il punto di equivalenza. A differenza dell’esempio dell’acido forte, la miscela di reazione in questo caso contiene una base coniugata debole (ione acetato). Il pH della soluzione è calcolato considerando la ionizzazione di base dell’acetato, che è presente ad una concentrazione di

Eq3

La ionizzazione di base dell’acetato è rappresentata dall’equazione

Eq4

Supponendo x << 0,0500, il pH può essere calcolato tramite il consueto approccio ICE:

Eq5

Si noti che il pH nel punto di equivalenza di questa titolazione è significativamente maggiore di 7, come previsto quando si titra un acido debole con una base forte.

(e) Volume titolato = 12,50 mL. Questo volume rappresenta la metà della quantità stechiometrica di titolazione, e quindi metà dell’acido acetico è stato neutralizzato per produrre una quantità equivalente di ione acetato. Le concentrazioni di questi partner coniugati acido-base, quindi, sono uguali. Un approccio conveniente al calcolo del pH è l’uso dell’equazione di Henderson-Hasselbalch:

Eq6

(pH = pKa nel punto di semi-equivalenza in una titolazione di un acido debole)

(d) Volume del titolazione = 37,50 mL. Questo volume rappresenta un eccesso stechiometrico di titolazione e una soluzione di reazione contenente sia il prodotto di titolazione, lo ione acetato, sia il titolazione forte in eccesso. In tali soluzioni, il pH della soluzione è determinato principalmente dalla quantità di base forte in eccesso:

Eq7

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 14.7: Titolazioni acido-base.