Elisabeth ha scritto:

Si abbiano 60 mL di una soluzione di HCl 0,1 molare.

a)    Calcolare il pH della soluzione risultante quando a questa vengono aggiunti 120 mL di idrossido
di calcio Ca(OH)₂ 0,025 molare.

b)    Calcolare il pH della soluzione risultante quando alla soluzione iniziale (60 mL di HCl 0,1 molare) vengono aggiunti 100 mL di ipoclorito di sodio 0,06 M. La K_a dell'acido ipocloroso è 3×10^-8.

 

a)    La soluzione di HCl è acida mentre quella di idrossido di calcio è basica. Ogni volta che si uniscono soluzioni acide e basiche avviene una reazione di neutralizzazione che porta alla scomparsa degli ioni H⁺ della soluzione acida e degli ioni OH^– della soluzione basica e alla formazione di acqua. L’equazione di reazione è:

 

2HCl_(aq) + Ca(OH)_2(aq) → CaCl_2(aq) + 2H₂O

 

Se l’acido e la base fossero miscelati secondo il rapporto 2 : 1 indicato nell’equazione di reazione, il pH della soluzione finale risulterebbe 7, cioè perfettamente neutro. In caso contrario, l’ambiente finale è acido se a fine reazione rimane un eccesso di acido, oppure basico se vi è un eccesso di base. Dobbiamo quindi calcolare la quantità in moli dei due reagenti e stabilire se vi è o no un eccesso di uno dei due. Quindi:

 

nHCl = M×V = 0,1 mol/L×60×10^-3 L = 6,0×10^-3 mol

n Ca(OH)₂ =  0,025 mol/120×10^-3 L = 3,0×10^-3 mol

 

il numero di moli di HCl è effettivamente il doppio del numero di moli di idrossido di calcio, pertanto il pH risulterà uguale a 7.

 

b)    L’ipoclorito di sodio, NaClO, libera in soluzione acquosa gli ioni ClO^–, che sono la base coniugata dell’acido debole HClO. In presenza dell’acido forte HCl, gli ioni ClO^– si trasformano nell’acido debole HClO secondo la seguente equazione:

 

ClO^–_(aq) + HCl_(aq) → HClO_(aq) + Cl^–_(aq)

 

Poiché si hanno 100 mL di NaClO 0,06 M, la quantità in moli di ioni ClO^– è 0,06 mol/L×100×10^-3 L = 6,0×10^-3 mol e corrisponde al numero di moli di HCl; dalla reazione completa si producono quindi 6,0×10^-3 mol di HClO che si trovano disciolte in (100 + 60) mL di soluzione. La concentrazione molare di HClO, pertanto, è 6,0×10^-3 mol/160×10^-3 L = 3,75×10^-2 mol/L. Conoscendo la sua K_a e tenendo presente che in una soluzione di acido debole la concentrazione molare degli ioni H⁺ può essere calcolata con la relazione approssimata

 

[H⁺]² =  K_a × C_a

 

possiamo effettuare i seguenti calcoli:

 

[H⁺]² =  3,75×10^-2×3×10^-8 = 1,125×10^-9                

[H⁺] = 3,35×10^-5 mol/L

pH = -log [H⁺] = -log 3,35×10^-5 = 4,47

 

In conclusione, il pH della soluzione risultante è in questo caso leggermente acido.