Calcolo del pH di una soluzione contenente CO2: equilibri, esercizi

Il calcolo del pH di una soluzione acquosa è particolarmente laborioso in quanto si tratta di un equilibrio simultaneo.

Equilibri

Quando il biossido di carbonio è disciolto in acqua si instaurano i seguenti equilibri:
CO2(g)+ H2O(l) ⇌ H2CO3(aq)  Kid = 2.8 ∙ 10-3
relativo all’idratazione del biossido di carbonio in acqua e

H2CO3(aq) + H2O(l) ⇌ HCO3(aq)+ H3O+(aq)   Ka1= 1.5 ∙ 10-4
HCO3(aq)+ H2O(l) ⇌ CO32-(aq)+ H3O+(aq)   Ka2= 4.69 ∙ 10-11

Poiché il valore della Ka2 è molto piccolo possono essere considerati solo i primi due equilibri.

Calcolo della costante di equilibrio

Sommando membro a membro il primo e il secondo equilibrio si ha, dopo le opportune semplificazioni:

CO2(g)+ 2 H2O(l) ⇌ HCO3(aq)+ H3O+(aq)   per il quale K = Kid ∙ Ka1 = 2.8 ∙ 10-3 ∙1.5 ∙ 10-4 = 4.2 ∙ 10-7

L’espressione della costante relativa a questo equilibrio è:
K = 4.2 ∙ 10-7 =[ HCO3][H3O+]/[CO2]

Esercizio

Calcolare il pH di una soluzione 0.250 M di CO2

Costruiamo una I.C.E. chart

CO2 2 H2O HCO3 H3O+
Stato iniziale 0.250
Variazione -x +x +x
Equilibrio 0.250-x x x

 

Sostituendo questi dati nell’espressione della costante di equilibrio si ha:

K = 4.2 ∙ 10-7 =(x)(x)/0.250-x
Trascurando la x sottrattiva al denominatore si ha:
K = 4.2 ∙ 10-7 =(x)(x)/0.250
Da cui x = [H3O+] = 0.00032 M
pH = – log 0.00032 =3.5

 

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