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I calcoli con le reazioni di neutralizzazione

I calcoli con le reazioni di neutralizzazione

Disciplina: Chimica 
di Tiziana Fiorani, 29 Gennaio 2010

Giovanni ha scritto:

Salve prof. Le chiedo gentilmente un piccolo aiuto. Ho 50 ml di una soluzione di NaOH (che è una base forte) 0,1 M titolata con HCl (che è un acido forte) 0,1 M e devo sapere il pH della soluzione risultante al punto equivalente e il pH della soluzione dopo aver aggiunto 25 ml di HCl. Dunque, ho capito che NaOH + HCl hanno lo stesso numero di equivalenti e che scrivendo la dissociazione si ha:
NaOH + HCl → NaCl + H2O.
Ma dopo di che sono andato in blocco e non riesco ad andare avanti.
 
Rispondo a Giovanni e…preciso la sua domanda:
 
Affinché la tua richiesta risultasse comprensibile, ho dovuto completarla aggiungendo la piccola parte in corsivo. Ciò che tu chiami dissociazione è in realtà una reazione di neutralizzazione. Per dissociazione, infatti, si intende il processo con cui l’acqua separa gli ioni di un composto ionico in essa disciolto; la base forte NaOH, per esempio, quando si scioglie in acqua effettivamente dissocia e libera gli ioni Na+ e OH– di cui è costituita. Ciò si sintetizza con la seguente equazione di reazione:
 
NaOH(s) → Na+(aq) + OH–(aq)
 
Anche l’acido cloridrico forma ioni in soluzione acquosa, ma il processo non è una dissociazione ionica (l’acido cloridrico è costituito da molecole e non da ioni) bensì una reazione in cui una molecola di acqua e una di acido cloridrico si scambiano uno ione H+:
 
HCl(g) + H2O(l)  → H3O+(aq) + Cl–(aq)
 
Per comodità, la reazione precedente è di solito scritta in forma semplificata, cioè:
 
HCl(g) → H+(aq) + Cl–(aq)
 
Per reazione di neutralizzazione, invece, si intende la reazione che avviene quando ad una soluzione di acido si aggiunge una soluzione di base oppure quando ad una soluzione di base se ne aggiunge una di acido. Tu, pertanto, hai proprio scritto una reazione di neutralizzazione; se teniamo conto che essa avviene in soluzione, dobbiamo riscriverla in questo modo:
 
Na+(aq) + OH–(aq) + H+(aq) + Cl–(aq) → Na+(aq) + Cl–(aq) + H2O(l)  
 
Osservando questa equazione puoi constatare che gli ioni Na+(aq) e Cl–(aq) rimangono inalterati, cioè sono soltanto ioni spettatori dell’effettiva trasformazione che è descritta dalla seguente equazione ionica netta:
 
 OH–(aq) + H+(aq) → H2O(l)  
 
È proprio questa la reazione che avviene ogni volta che si aggiunge una qualsiasi soluzione acquosa di acido a una qualsiasi soluzione acquosa di base (o viceversa). Il punto importante che non hai compreso e che non ti ha consentito di risolvere il problema è che la reazione che coinvolge le molecole di acqua e gli ioni H+ e OH– è una reazione di equilibrio per la quale esiste la costante Kw così definita:
 
Kw = [H+]×[OH–]
 
In altre parole, in acqua il prodotto delle concentrazioni molari degli ioni H+ e OH– deve essere costante; a 25 °C il suo valore è pari a 10-14, cioè è molto piccolo.
In acqua pura o in soluzione neutra le concentrazioni degli ioni H+ e OH– sono uguali e valgono 10-7 mol/L. Se in acqua si scioglie un acido la soluzione risultante è acida: la concentrazione degli ioni H+ è più grande di 10-7 mol/L e maggiore di quella degli ioni OH–. Se in acqua si scioglie invece una base, la soluzione risultante è basica: la concentrazione degli ioni OH– è più grande di 10-7 mol/L e maggiore di quella degli ioni H+.
Ora dovresti essere in grado di capire come si procede.
  • Al punto equivalente sono stati aggiunti tanti equivalenti di acido (pari a 5×10-3 mol di H+) quanti equivalenti di base (pari a 5×10-3 mol di OH–) erano presenti nella soluzione iniziale; gli ioni H+ aggiunti hanno quindi reagito con tutti gli ioni OH– presenti in soluzione e hanno formato un pari numero di molecole di acqua. Non essendovi un eccesso né di ioni H+ né di ioni OH– la soluzione è neutra, cioè:

[H+] = [OH–] = 10-7 mol/L      pH = -log[H+] = 7

  • Dopo l’aggiunta di 25 mL di HCl 0,1 M, cioè di 2,5×10-3 mol di H+, hanno reagito altrettanti equivalenti di NaOH, cioè 2,5×10-3 mol di OH– e si sono formate 2,5×10-3 mol di sale e altrettante di acqua; in soluzione restano però ancora 2,5×10-3 mol di ioni OH–. Poiché il volume di soluzione è ora pari a (50 + 25) mL, la concentrazione molare degli ioni OH– è:
 [OH–] = 2,5×10-3 mol/75×10-3 L = 3,3×10-2 M
 
La soluzione è quindi basica. Per calcolare il pH, dobbiamo prima determinare la concentrazione molare degli ioni H+:
 
[H+] = Kw/[OH–] = 10-14/3,3×10-2 = 3×10-13 M    pH = -log[H+] = 12,5
 
A questo punto spero proprio di averti sbloccato!!! Buon lavoro!
Tag: acidi e basi, acido forte, base forte, equazione ionica netta, equilibrio di ionizzazione, Kw, neutralizzazione, pH


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