lunedì 14 gennaio 2013

Ecco un'altra richiesta di MM:

Si vogliono preparare 250 ml di una soluzione tampone 100 mM acetico/acetato a  pH 5.
Si hanno a disposizione acido acetico 1M e NaOH purissimo in scaglie.
Calcolare il volume (ml) di acido e la massa (mg) di NaOH da prelevare per ottenere la soluzione tampone voluta.
Si ricorda che la concentrazione del tampone e' pari alla somma delle concentrazioni di acido e della sua base coniugata.
[Soluzione]
Le fornisco qualche indizio, riservandomi di essere più esplicativo dopo che avrà provato a risolvere l'esercizio con un altro suo piccolo sforzo personale:
Per avere pH 5 le moli di acido acetico (x mol) e di ione acetato (y mol), nella stessa soluzione tampone, devono essere in un rapporto determinato. Quale? Come per l'esercizio precedente, si deve ricavare questo rapporto (dal pH e dalla Ka=1.8E-5) mentre è noto che la somma delle moli (x+y) deve essere pari a 2.5E-2 mol (250 mL di soluzione 100 mM contengono quel numero di moli).
Queste due informazioni devono essere messe a sistema.
Esercizio proposto da MM:
Determinare entrambi i volumi di una soluzione 0.052 M di KH2PO4 e di una soluzione 0.125 M di Na2HPO4 che occorre miscelare per preparare 150 ml di una soluzione tampone a pH=7.4 sapendo che le Ka di H3PO4 sono:
Ka1 =7.1 x 10-3      Ka2 = 6.2 x 10-8     Ka3 = 2.2 x 10-12
[Soluzione]
Siamo in presenza di una soluzione tampone a cui partecipano un acido debole (H2PO4)- e la sua base coniugata (HPO4)2-
Quindi, è predominante l'equilibrio della seconda dissociazione acida con Ka2
(H2PO4)- + H2O === (HPO4)2- + H3O+
Vale l'equazione della legge di massa:
Ka2= [H3O+] [ (HPO4)2- ] / [ (H2PO4)- ]
da cui:
[ (HPO4)2- ] / [ (H2PO4)- ] = Ka2 / [H3O+]
(ricordiamoci che, per la stessa soluzione tampone, il rapporto tra le concentrazioni equivale al rapporto tra le moli)
Ka2 è nota, mentre calcoliamo [H3O+] dal pH
Definiamo con x il volume di (HPO4)2- e con y il volume di (H2PO4)-
A questo punto ricaviamo il rapporto tra i due volumi a partire dalla relazione che deve essere soddisfatta tra le moli di acido e quelle di base:
Ka2 / [H3O+] = x*0.125 / y*0.052
( Ka2 * 0.052 ) / ( [H3O+] * 0.125 )= x / y
Mettendo a sistema il rapporto tra i due volumi (x/y) e la loro somma (x+y), pari a 150 mL, otteniamo x e y

lunedì 14 luglio 2008

Esercizio proposto da GM su titolazioni acido-base


Un piccolo appunto: non vedo ombra di equazioni chimiche
(reazioni) ma solo
equazioni e formule generali inadeguate
al problema.

Per le titolazioni (aggiunta di un acido ad una base e
viceversa) svolgerei il problema nel seguente modo:
. AH + B <--/--> A- + BH+
in. CAH CB / /
eq. CAH-CB 0 CB CB (se eccesso di AH)
eq. 0 CB-CAH CAH CAH (se eccesso di B)

L’aspetto successivo che deve essere considerato è se AH o
B sono
acido o base forte, rispettivamente. In tal caso A-
o BH+ non devono essere considerati
nel calcolo perché non
hanno caratteristiche
acido-base.
Si provi a svolgere gli esercizi sostituendo AH con HCl e
B con NH3 oppure AH con CH3COOH e B con OH-


1) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta miscelando
100 ml di HCl 10-2 M con 100 ml di ammoniaca 3*10-2 M.
Kb= 1.8*10-5.

Non devono essere usate le formule generali ma lo schema che
ho
proposto qui sopra. Pertanto, 1/3 dell'ammoniaca viene
trasformato in ione ammonio (acido debole coniugato) e 2/3
della base iniziale restano invariati. Ciò implica che si
viene a formare una soluzione tampone con un rapporto
[NH4+]/[NH3]=1/2

lo studente scrive:
pOH=pKb-log(HCl)/(NH3)= 4,74-log(10-2/3*10-2)= 4,26 pH= 9.73
mi sembra alto come pH e poi non ho considerato i volumi

il pH di una soluzione tampone è dato da:
Ka=[H+][NH3]/[NH4+]
[H+]=Ka[NH4+]/[NH3]
-log[H+]= pKa-log([NH4+]/[NH3])=
-log(5,55*10-10)-log(1/2)= 9,25+0,3=9,55


2) Calcolare la variazione di pH che si verifica per
aggiunta di 20 ml di HCl 0.3 M a 50 ml di una soluzione
0.1 M di NH3. Considerare la variazione di volume.
pka (NH4+)=9,252.

Ka= 10-pH= 10-9,252=5.6*10-10
H+= √ Cm* Ka= √ 5,6*10-10* 0.1= 7,45*10-6
pH= 5.13

In primo luogo ho dato la pKa mentre l’ammoniaca è una
base, per cui occorre calcolarsi la costante giusta.

n(HCl)= Cm*V= 0.3*0.02= 6*10-3 mol
n(NH3)= 0,1*0,05= 5*10-3 mol
pH=pKa-log(HCl)/(NH3)=
= 9.252-log(0,3+6*10-3)/(0,1-5*10-3)= 8.74
Il pH non dovrebbe abbassarsi?

La formula che ha usato serve (quando usata correttamente)
per i tamponi. Se lei guarda bene, abbiamo un eccesso di
acido cloridrico rispetto all’ammoniaca iniziale. Per
questo,al termine dell’aggiunta, non avremo un tampone ma
un eccessodi acido forte e una quantità di acido debole
(NH4+) pari a quella iniziale dell’ammoniaca. Quindi, due
acidi di cui uno forte ed uno debole. Il pH sarà determina-
to essenzialmente dall’eccesso di acido cloridrico.

3) Calcolare il pH di una soluzione ottenuta sciogliendo
40 mg di idrossido di sodio in 25 ml di acido acetico
2*10-3 M. Ka (CH3COOH)= 1,8*10-5.

n(NaOH)=m/M=1*10-3 mol
n(CH3COOH)= Cm*v= 5*10-5 mol
Δn= 9,5*10-4 mol

In questo caso, invece, resta un eccesso di base forte.
Quindi il pH sarà determinato da quanto NaOH avanzerà dopo
che una piccola quantità di quella iniziale sarà servita
per trasformare l’acido acetico in ione acetato.

Cm soluzione= Δn/V= 0,038M
Kb=Kw/Ka= 5056*10-10
OH-= √ Cm*Kb= 4,596*10-6 M
pOH=5.34
pH= 8.66

giovedì 7 febbraio 2008

Titolazione richiesta da Marco Z.

Calcolare il volume di una soluzione 137,0 g/L di idrossido di potassio, che occorre per titolare completamente 50 mL di soluzione di cloruro di ammonio al 3,0 % p/V.


50 mL di NH4Cl = 50·10-3 L

NH4Cl 3,0 % p/V = 0.03 g/mL

0.03 g/mL = 0.03·103 g/L = 30 g/L

CM (NH4Cl) = (30 g /53.5 g/mol) / 1 L = 0.56 mol/L

CM (KOH) = 137,0/56.01 = 2.4 mol/L

APPLICO

CM (NH4Cl) * VNH4 = CM (KOH) * VOH

0.56 * 0.05 = 2.4 * X

X = (0.56 * 0.05) / 2.4 = 0.012 L

0.012 L = 12 mL

domenica 20 gennaio 2008

Cinetica e Arrhenius

Calcolare la temperatura (in °C) alla quale una reazione, avente energia di attivazione 3.5 kJ mol-1 e fattore di frequenza A=2.4 mol min-1, presenta una costante cinetica k=1.2 mol min-1. Si ricorda che R=8.314 J mol-1 K-1"

Risposta:

k = A e^-Ea/RT
ln k/A = -Ea/RT
T = -Ea/(R * (ln k - ln A))
ln(1.2 /2.4) = -0.693
T = -3500/(8.314 * -0.693) = -3500/-5.762 = 607.4 K = 334.3 °C

martedì 15 gennaio 2008

6 Stefano G.

Una miscela contenente MgCO3 e CaCO3 pesa 8.0 g.
Per riscaldamento, questi composti vengono trasformati completamente in 4.4 g di una miscela di CaO e MgO.
Calcolare la composizione p/p della miscela originale.

Stefano G. dice:
"Non capisco cosa mi viene chiesto".

Risposta:
La domanda è :
in 8.0 g di miscela qual'è la massa di MgCO3 e quale quella di CaCO3 ?
Prima di tutto bisogna scrivere le reazioni di decomposizione:
MgCO3 ---> MgO + CO2
CaCO3 ---> CaO + CO2

Il problema indica, come dato, che:
m(MgCO3) + m(CaCO3) = 8.0 g

Sappiamo che:
m(MgCO3) = n(MgCO3)*MM(MgCO3)
m(CaCO3) = n(CaCO3)*MM(CaCO3)

Quindi:
n(MgCO3)*MM(MgCO3) + n(CaCO3)*MM(CaCO3) = 8.0 g
MM(MgCO3)= 84.3 g·mol-1
MM(CaCO3) = 100.1 g·mol-1
In rosso le due incognite del sistema

Occorre un'altra equazione, con le stesse incognite, da mettere a sistema.
Per forte riscaldamento la CO2 si allontana dalla miscela e restano solo gli ossidi.

Quanta CO2 si forma?
8.0 - 4.4 = 3.6 g corrispondenti a 3.6/44 = 8.18·10-2 mol

Poiché ogni mole di MgCO3 o di CaCO3 genera una mole di CO2, possiamo affermare che:
n(MgCO3) + n(CaCO3) = n(CO2) = 8.18·10-2 mol

Quindi il sistema da risolvere è:
1) x * 84.3 + y * 100.1 = 8.0
2) x + y = 8.18·10-2 mol
dove x = n(MgCO3) e
y = n(CaCO3).

Dalla seconda equazione ricaviamo che:
x = 8.18·10-2 - y
Sostituiamo nella prima equazione e ricaviamo la y
(8.18·10-2 - y) * 84.3 + y * 100.1 = 8.0
6.8957 - 84.3 y + 100.1 y = 8.0
15.8 y = 1.104
y = 6.99·10-2 mol
x = 8.18·10-2 - 6.99·10-2 = 1.19·10-2 mol

Dalle moli di ciascuna sostanza possiamo risalire alla loro massa espressa in grammi.
m(MgCO3) = 1.19·10-2 mol * 84.3 g·mol-1 = 1.00 g
m(CaCO3) = 6.99·10-2 mol * 100.1 g·mol-1 = 7.00 g

Questo svolgimento è stato seguito per abituarvi al ragionamento chimico. Esiste un altro modo di risolvere più semplicemente il problema:
1) x*MM(MgCO3) + y*MM(CaCO3) = 8.0 g
2) x*MM(MgO2) + y*MM(CaO2) = 4.4 g

Questo perché dalle due reazioni si può evincere che:
n(MgCO3) = n(MgO2) = x
n(CaCO3) = n(CaO2) = y