Due problemi con il tampone fosfato

Neliana ha altri due problemi:

1. 0,3 g di acido cloridrico sono aggiunti a 0,5 L di una soluzione 0,1 M di monoidrogenofosfato di sodio. Calcolare il pH della soluzione ottenuta.
2. 0,3 g di idrossido di sodio sono aggiunti a 0,5 L di una soluzione 0,1 M di diidrogenofosfato di sodio. Calcolare il pH della soluzione ottenuta.

La risoluzione è questa:

Problema 1

Inizierei calcolando la concentrazione di acido cloridrico dopo la miscelazione:

n_HCl = 0,3 g / (36,458 g/mol) = 0,0082 mol

[HCl] = 0,0082 mol / 0,5L = 0,016 M

Il monoidrogenofosfato di sodio si dissocia in

Na₂HPO₄ → 2 Na⁺ + HPO₄^2-

mentre in soluzione acquosa, l’acido cloridrico libera ioni H₃O⁺ in concentrazione pari a 0,016 M:

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-

Gli ioni idronio liberati vanno a spostare gli equilibri che vedono lo ione monoidrogenofosfato come protagonista, verso la formazione di una pari quantità di ione diidrogenofosfato:

HPO₄^2- + H₃O⁺ → H₂PO₄^- + H₂O

Pertanto, dopo la miscelazione, si avranno le seguenti concentrazioni:

[HPO₄^2-] = 0,1 M – 0,016 M = 0,084 M

[H₂PO₄^-] = 0,016 M

e di fatto, l’aggiunta di un acido forte alla soluzione di monoidrogenofosfato di sodio ha dato origine ad una soluzione tampone. Per calcolare il pH della soluzione possiamo quindi utilizzare l’equazione di Henderson-Hasselbalch, relativa al seguente equilibrio:

H₂PO₄^- + H₂O = HPO₄^2- + H₃O⁺

con K_a2 = 7,9·10^-8 a 25 °C. Quindi:

pH = pK_a2 + log ([HPO₄^2-]/[ H₂PO₄^-]) = 7,10 + log (0,084/0,016) = 7,82

Tenendo conto del numero corretto di cifre significative, il pH della soluzione vale 7,8.

Problema 2

Come nel problema precedente, inizierei calcolando la concentrazione di idrossido di sodio dopo la miscelazione:

n_NaOH = 0,3 g / (40 g/mol) = 0,0075 mol

[NaOH] = 0,0075 mol / 0,5 L= 0,015 M

Il diidrogenofosfato di sodio si dissocia in

NaH₂PO₄ → Na⁺ + H₂PO₄^-

mentre in soluzione acquosa l’idrossido di sodio libera ioni OH^- in concentrazione pari a 0,015 M:

NaOH → Na⁺ + OH^-

Gli ioni idrossido liberati vanno a spostare gli equilibri che vedono lo ione diidrogenofosfato come protagonista, verso la formazione di una pari quantità di ione monoidrogenofosfato:

H₂PO₄^- + OH^- → HPO₄^2- + H₂O

Pertanto, dopo la miscelazione, si avranno le seguenti concentrazioni:

[H₂PO₄^-] = 0,1 M – 0,015 M = 0,085 M

[HPO₄^2-] = 0,015 M

Anche in questo caso, l’aggiunta di una base forte alla soluzione di diidrogenofosfato di sodio ha originato la formazione di una soluzione tampone, il cui pH è calcolabile riferendosi allo stesso equilibrio dell’esercizio precedente:

pH = pK_a2 + log ([HPO₄^2-]/[ H₂PO₄^-]) = 7,10 + log (0,015/0,085) = 6,35

Tenendo conto del numero corretto di cifre significative, il pH della soluzione vale 6,4.