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 K_b = 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:

in cui:

K_b = costante di ionizzazione della base
C_b = concentrazione della base nella soluzione tampone
C_s = concentrazione del sale nella soluzione tampone

Ricordando che C_b = 0,032 M e che C_s = 0,072 si ha che:

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:

n_NH3 = M_NH3 · V = 0,032 mol/L · 1 L = 0,032 mol

n_NH4Cl = M_NH4Cl · V = 0,072 mol/L · 1 L = 0,072 mol

n_HCl = M_HCl · V_HCl = 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:

n_NH3 = 0,032 - 0,002 = 0,030 mol

n_NH4Cl = 0,072 + 0,002 = 0,074 mol

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