Esercizio per preparazione Soluzione Tampone

TESTO :

Stabilire se si può ottenere un tampone a pH 9.00 mescolando una soluzione di acido cloridrico 0.150 mol/L a 100 mL di una soluzione di ammoniaca 0.150 mol/L. Se si dovesse formare una soluzione tampone, calcolare il volume della soluzione di acido da aggiungere alla soluzione di ammoniaca per ottenere il tampone a pH 9.00 (Kb per l’ammoniaca 1.80.10-5).

Purtroppo sto trovando molte difficoltà con questo esercizio poichè non ne ho mai affrontato uno del genere, non so nemmeno da dove iniziare. So che per avere essere 'in regola' dovrei pubblicare il mio procedimento, ma non so veramente dove mettere piede. P.S. Non so se serva, ma la mia professoressa non fa utilizzare l'Equazione di Henderson-Hasselbalch. 

Concordo con la tua professoressa a non utilizzare l'equazione di Henderson-Hasselbalch!!! Infatti questa altro non è che un riarrangiamento dell'equazione della Kb.

Comincia con rispondere a queste domande:

1) Cos'è una soluzione tampone???

2) Quanto vale il pH di una soluzione di NH3 0,150 mol/L???

3) Quanto vale il rapporto [NH3]/[NH4+] in una soluzione 0,150 mol/L???

4) Quanto vale il pH di una soluzione in cui [NH3]/[NH4+] = 1???

5) Quanto deve valere il rapporto [NH3]/[NH4+] per avere una soluzione a pH = 9,00???

LuiCap ha scritto:

Concordo con la tua professoressa a non utilizzare l'equazione di Henderson-Hasselbalch!!! Infatti questa altro non è che un riarrangiamento dell'equazione della Kb. Comincia con rispondere a queste domande: 1) Cos'è una soluzione tampone??? 2) Quanto vale il pH di una soluzione di NH3 0,150 mol/L??? 3) Quanto vale il rapporto [NH3]/[NH4+] in una soluzione 0,150 mol/L??? 4) Quanto vale il pH di una soluzione in cui [NH3]/[NH4+] = 1??? 5) Quanto deve valere il rapporto [NH3]/[NH4+] per avere una soluzione a pH = 9,00???

1) Una soluzione tampone è una soluzione che tende a non variare il suo pH. ciò significa che aggiungendo piccole quantità di acido e/o base, il pH avrà una variazione nulla o quasi nulla. Inoltre una soluzione tampone si può dire tale fin quando,ipotizzando che a concentrazioni uguali di acido e base coniugata o viceversa abbia pH=9,000, essa non varii il suo pH nel range -1 e +1. 2) Considerando kb=1,8*10(^-5) il pH vale 11.22 3)[NH3]/[NH4+]= 9.14 (?) 4) il pH di una soluzione tampone, in cui la concentrazione di acido e base è la stessa, vale quanto la pka, in questo caso pH=kw/kb 5) A quest'ultima domanda saprei rispondere solo applicando l'equazione di  Henderson-Hasselbalch

1) Una soluzione tampone è un sistema in cui sono presenti nello stesso volume di soluzione una coppia coniugata acido-base, ovvero un acido debole e la sua base coniugata (HA e A-) oppure una base debole e la sua base coniugata (B e BH+). Il fatto che il pH di una soluzione tampone vari di poco per aggiunta di una piccola quantità di un acido o di una base forte è la conseguenza operativa di questa definizione, che è quella corretta per definirla.

2) esatto

3) Tu hai calcolato il rapporto [NH3]/[NH4+]. Infatti abbiamo:

NH3 + H2O <--> NH4+ + OH-

Kb = [OH-] · [NH4+]/[NH3]

Kb/[OH-] = [NH4+]/[NH3]

1,80·10^-5/10^-2,78 = 0,0110

da cui [NH3]/[NH4+] = 1/0,110 = 91,3

4) esatto

5) L'equilibrio da considerare è sempre lo stesso:

NH3 + H2O <--> NH4+ + OH-

Se pH = 9,00, allora pOH = 5,00, perciò:

Kb/[OH-] = 1,80·10^-5/10^-5,00 = 1,80 = [NH4+]/[NH3]

Come vedi, niente Henderson-Hasselbalch.

In sostanza per passare da una soluzione di sola NH3, in cui [NH4+]/[NH3] = 0,0110, dobbiamo trasformare parte di essa nel suo acido coniugato fino a quando [NH4+]/[NH3] = 1,80, ottenendo così una soluzione in cui è presente la coppia coniugata acido-base, ovvero la soluzione tampone. La [NH4+] dovrà aumentare e quella si [NH3] diminuire rispetto alla soluzione di sola NH3.

Bene, ora per passare alla risoluzione dell'esercizio dobbiamo innanzitutto risolvere il seguente sistema:

Cb = 0,150 = [NH3] + [NH4+]

[NH4+]/[NH3] = 1,80

Prova a farlo.

LuiCap ha scritto:

1) Una soluzione tampone è un sistema in cui sono presenti nello stesso volume di soluzione una coppia coniugata acido-base, ovvero un acido debole e la sua base coniugata (HA e A-) oppure una base debole e la sua base coniugata (B e BH+). Il fatto che il pH di una soluzione tampone vari di poco per aggiunta di una piccola quantità di un acido o di una base forte è la conseguenza operativa di questa definizione, che è quella corretta per definirla.

2) esatto

3) Tu hai calcolato il rapporto [NH3]/[NH4+]. Infatti abbiamo:

NH3 + H2O <--> NH4+ + OH-

Kb = [OH-] · [NH4+]/[NH3]

Kb/[OH-] = [NH4+]/[NH3]

1,80·10^-5/10^-2,78 = 0,0110

da cui [NH3]/[NH4+] = 1/0,110 = 91,3

4) esatto

5) L'equilibrio da considerare è sempre lo stesso:

NH3 + H2O <--> NH4+ + OH-

Se pH = 9,00, allora pOH = 5,00, perciò:

Kb/[OH-] = 1,80·10^-5/10^-5,00 = 1,80 = [NH4+]/[NH3]

Come vedi, niente Henderson-Hasselbalch.

In sostanza per passare da una soluzione di sola NH3, in cui [NH4+]/[NH3] = 0,0110, dobbiamo trasformare parte di essa nel suo acido coniugato fino a quando [NH4+]/[NH3] = 1,80, ottenendo così una soluzione in cui è presente la coppia coniugata acido-base, ovvero la soluzione tampone. La [NH4+] dovrà aumentare e quella si [NH3] diminuire rispetto alla soluzione di sola NH3.

Bene, ora per passare alla risoluzione dell'esercizio dobbiamo innanzitutto risolvere il seguente sistema:

Cb = 0,150 = [NH3] + [NH4+]

[NH4+]/[NH3] = 1,80

Prova a farlo.

Per quanto riguarda il punto 5 non ci avevo proprio pensato usare la kb. Svolgendo il sistema mi troverò le concentrazioni all'equilibrio giusto? ovvero quando la soluzione tampone è stata già preparata?

Allego la mi risoluzione al sistema

Perfetto, quasi... , la [NH4+] è 0,0964 mol/L.

Ora manca solo l'ultimo ragionamento per la risoluzione dell'esercizio:

6) Che volume di HCl 0,150 mol/L occorre addizionare a 100 mL di NH3 0,150 mol/L affinché le concentrazioni della coppia coniugata acido-base diventino:

[NH3] = 0,0536 mol/L

[NH4+] = 0,0964 mol/L

La reazione che deve avvenire è:

NH3 + H+ --> NH4+

nella quale l'H+ derivante da HCl è il reagente limitante.

LuiCap ha scritto:

Perfetto, quasi... , la [NH4+] è 0,0964 mol/L.

Ora manca solo l'ultimo ragionamento per la risoluzione dell'esercizio:

6) Che volume di HCl 0,150 mol/L occorre addizionare a 100 mL di NH3 0,150 mol/L affinché le concentrazioni della coppia coniugata acido-base diventino:

[NH3] = 0,0536 mol/L

[NH4+] = 0,0964 mol/L

La reazione che deve avvenire è:

NH3 + H+ --> NH4+

nella quale l'H+ derivante da HCl è il reagente limitante.

Ho risolto, penso. Allego la mia soluzione 

Esatto!!!

Ti consiglio di scrivere sempre le reazioni che avvengono:

Per una miglior comprensione, ti allego il grafico che mostra come varia il pH quando si addiziona una soluzione di acido forte ad una base debole monofunzionale come l'ammoniaca:

Questo grafico viene sfruttato, ad esempio, in chimica analitica per determinare per via volumetrica la concentrazione incognita di una soluzione di NH3 mediante un volume determinato sperimentalmente di soluzione di HCl a titolo noto fino a quando n NH3 = n HCl.

Come si vede chiaramente, prima del punto equivalente, il pH decresce molto lentamente proprio perché si forma una soluzione della coppia acido-base coniugata NH4+ - NH3.

Grazie mille veramente, mi è stata di grande aiuto. Se non è un problema per lei, mi potrebbe mandare il problema risolto passo per passo, proprio come l'ultimo passaggio? In modo anche da visualizzare tutte le reazioni che avvengono. Comunque in risposta a quello che aveva scritto sulla home (mi riferisco al problema con i tamponi di noi studenti), personalmente posso risponderle di non avere molti problemi con quest'ultimi, ma in questo caso non sapevo proprio come impostare l'esercizio

Ti ho condotto alla risoluzione dell'esercizio ponendoti quelle domande proprio perché avevi scritto che non sapevi da dove partire, quindi volevo sapere come ti destreggiavi senza utilizzare l'equazione di Henderson-Hasselbalch come richiesto dalla tua docente.

Quello è un modo per arrivare alla conclusione.

Io però lo avrei risolto fin dall'inizio in questo modo:

LuiCap ha scritto:

Ti ho condotto alla risoluzione dell'esercizio ponendoti quelle domande proprio perché avevi scritto che non sapevi da dove partire, quindi volevo sapere come ti destreggiavi senza utilizzare l'equazione di Henderson-Hasselbalch come richiesto dalla tua docente.

Quello è un modo per arrivare alla conclusione.

Io però lo avrei risolto fin dall'inizio in questo modo:

Grazie mille ancora. sicuramente questo metodo è molto più rapido