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Esercizio sull'effetto tampone

Esercizio svolto sull'effetto tampone

Calcolare la variazione di pH ottenuta aggiungendo 2,0 mL di una soluzione 1,0 M di HCl a 1000 mL di una soluzione 0,072 M di NH4Cl e 0,032 M di NH3. Si sappia che per l'ammoniaca Kb = 1,8 · 10-5.

Svolgimento dell'esercizio

L'esercizio propone il calcolo della variazione di pH ottenuta aggiungendo 2,0 mL di una soluzione 1,0 M di HCl a 1000 mL di una soluzione 0,072 M di NH4Cl e 0,032 M di NH3.

Siccome l'acido cloridrico HCl viene aggiunto ad una soluzione tampone (costituita da NH4Cl e da NH3) l'esercizio riguarda l'effetto tampone.

Calcoliamo il pH iniziale della soluzione tampone. Per una soluzione formata da un acido debole e la sia base coniugata, si ha che:

tampone basico

in cui:

Ricordando che Cb = 0,032 M e che Cs = 0,072 si ha che:

pH iniziale

Da cui:

pOH = -log[OH-] = -log(8,0 · 10-6) = 5,10

ed infine:

pH = 14 - pOH = 14 - 5,10 = 8,90

Per il calcolo del pH finale calcoliamo il numero di moli di ciascuna specie:

nNH3 = MNH3 · V = 0,032 mol/L · 1 L = 0,032 mol

nNH4Cl = MNH4Cl · V = 0,072 mol/L · 1 L = 0,072 mol

nHCl = MHCl · VHCl = 1,0 mol/L · 0,002 L = 0,002 mol

Aggiungendo alla soluzione tampone la soluzione di HCl, si ha che quest'ultima reagisce in modo quantitativo con NH3 secondo l'equazione:

NH3 + HCl → NH4Cl

Il numero di moli di NH4Cl aumenta di una quantità pari al numero di moli di HCl aggiunte, mentre il numero di moli di NH3 diminuisce della stessa quantità. Dopo l'aggiunta di HCl si ha che:

nNH3 = 0,032 - 0,002 = 0,030 mol

nNH4Cl = 0,072 + 0,002 = 0,074 mol

Il pH finale della soluzione tampone lo calcoliamo con la seguente formula:

tampone basico formula semplificata

in cui:

  • nb = numero di moli della base (NH3)
  • ns = numero moli del sale (NH4Cl)

Sostituendo i dati si ha che:

pH finale

Da cui:

pOH = 5,14

e

pH = 14 - pOH = 14 - 5,14 = 8,86

Pertanto la variazione di pH è:

ΔpH = 8,90 - 8,86 = 0,04

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