Esercizi sulle soluzioni tampone svolti e commentati

Gli esercizi sulle soluzioni tampone possono essere di vari tipi e presentare diversi livelli di difficoltà.
Per risolvere gli esercizi sulle soluzioni tampone ci si può avvalere dell’equazione di Henderson-Hasselbach che per una soluzione in cui è presente un acido debole e la sua base coniugata è espressa come:
pH = pKa + log [base coniugata] /[acido]

Per una soluzione in cui è presente una base debole e il suo acido coniugato è espressa come:
pOH = pKb + log [acido coniugato] / [base]

Bisogna inoltre tener presente che può essere richiesto che la concentrazione della soluzione sia pari a una determinata molarità. In tal caso si ha, nel primo caso che:
[base coniugata] + [acido] = concentrazione

E, nel secondo caso che:
[acido coniugato] + [base] = concentrazione

Esercizi

  • Ad una certa temperatura il valore di pKa dell’acido acetico vale 4.8. Calcolare il volume di acido acetico 0.10 M e di acetato di sodio 0.10 M necessari per preparare 1.0 L di una soluzione tampone 0.10 M a pH = 5.8

Dall’equazione di Henderson-Hasselbach si ha:

5.8 = 4.8 + log [acetato]/[acido acetico]  (1)

Inoltre sappiamo che [acetato]+[acido acetico] = 0.10 M  (2)

Dalla (1):

1.0= log [acetato]/[acido acetico]

101.0 = 10 = [acetato]/[acido acetico]

Pertanto:

10 [acido acetico] =[acetato]  (3)

Dalla (2) :

[acetato] = 0.10 – [acido acetico]

Sostituendo nella (3):

10 [acido acetico] = 0.10 – [acido acetico]

11 [acido acetico] = 0.10

Da cui [acido acetico] = 0.10/11= 0.0091 M

Quindi [acetato] =0.10 – 0.0091 = 0.091 M

Poiché il volume totale deve essere pari a 1.0 L si ha:

moli di acido acetico = 0.0091 mol/L ∙ 1.0 L = 0.0091

moli di acetato = 0.091 mol/L ∙ 1.0 L = 0.091

volume di acido acetico = 0.0091/mol/0.10 M = 0.091 L

volume di acetato = 0.091/mol/0.10 M = 0.91 L

  • Si supponga di voler preparare una soluzione a pH = 7.00 utilizzando una soluzione di KH2PO4 avente concentrazione 0.100 M e una soluzione di K2HPO4. Calcolare la concentrazione che deve avere quest’ultima soluzione sapendo che pKa2 = 6.86

Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch si ha:

pH = pKa2 + log [HPO42-]/[H2PO4]

sostituendo i valori noti:

7.00 = 6.86 + log [HPO42-] / 0.100

0.140 = log [HPO42-] / 0.100

100.140 =  [HPO42-] / 0.100

1.38 = [HPO42-] / 0.100

Moltiplicando ambo i membri per 0.100 si ha:

[HPO42-] = 0.138 M

  • A 500 mL di soluzione tampone di acido formico e formiato 0.100 M a pH 3.75 vengono aggiunti 5.0 mL di KOH 1.00 M. Calcolare la variazione di pH sapendo che pKa vale 3.75

Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch si ha:

3.75 = 3.75 + log [HCOO]/[HCOOH]

Ovvero 0 = log [HCOO]/[HCOOH]

100 = 1 =  [HCOO]/[HCOOH]

Ciò implica che entrambe le concentrazioni sono uguali e poiché  [HCOO]+[HCOOH] = 0.100 si ha che:

[HCOO]= [HCOOH] = 0.0500 M

Le moli dell’acido e della sua base coniugata sono pari a:

moli di HCOOH = moli di HCOO = 0.0500 mol/L ∙ 0.500 L = 0.0250

le moli di KOH aggiunte alla soluzione sono 0.0050 L ∙ 1.00 M = 0.0050

0.0050 moli di idrossido di potassio reagiscono con 0.0050 moli di acido formico per dare 0.0050 moli di formiato

Moli di formiato = 0.0250 + 0.0050 = 0.0300

Moli di acido formico = 0.0250 – 0.0050 =0.0200

Il volume totale della soluzione è pari a 500 + 5 = 505 mL

[HCOO] = 0.0300/0.505 L = 0.0594 M

[HCOOH] = 0.0200/0.505 L = 0.0396 M

Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch si ha:

pH = 3.75 + log 0.0594/0.0396 =3.93

variazione di pH = 3.93 – 3.75 =0.18

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

Silicato di sodio

Nanosensori

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...