Detto anche: calcolo del pH · soluzioni tampone · equazione di Henderson-Hasselbalch
Esercizi gratuiti su pH e tamponi con schemi, suggerimenti e soluzioni svolte complete. Valori nuovi ogni volta, su tre livelli: acidi e basi forti, acidi deboli, tamponi.
Esercizio gratuitoFacile
Trova il pH pH di una soluzione 0,05 mol/L di NaOH, una base forte, a 25 °C.
Autoverifica Qual è il pH di una soluzione di NaOH 0,1 mol/L a 25 °C?
0,1
13
1
7
Risposta: 13. [OH⁻] = 0,1 mol/L, quindi pOH = 1 e pH = 14 − 1 = 13. Dare 1 significa fermarsi al pOH: una base deve avere un pH sopra 7.
3Acidi deboli e tamponi
Un acido debole, come l’acido acetico o HF, si dissocia solo un poco. Forma un equilibrio:
HA ⇌ H⁺ + A⁻ Ka = [H⁺][A⁻] / [HA]
Ka è la costante acida: più è grande, più l’acido è forte. Spesso si vede pKa = −log Ka.
Se x mol/L di un acido con concentrazione c si dissociano, allora [H⁺] = [A⁻] = x e [HA] = c − x. Quindi Ka = x² / (c − x).
Quando x è piccolo rispetto a c, puoi usare c − x ≈ c:
[H⁺] ≈ √(Ka · c)
Se x risulta più del 5% circa di c, risolvi invece l’equazione di secondo grado x² + Kax − Kac = 0.
Un tampone è una miscela di un acido debole HA e della sua base coniugata A⁻, per esempio dal suo sale di sodio. Mantiene il pH quasi costante quando si aggiunge un po’ di acido o di base. Il suo pH segue l’equazione di Henderson–Hasselbalch:
pH = pKa + log([A⁻] / [HA])
Aggiungere una base forte trasforma parte di HA in A⁻: HA diminuisce e A⁻ aumenta delle moli di base aggiunte.
Autoverifica Un tampone contiene concentrazioni uguali di un acido debole e della sua base coniugata. Il pKa è 4,75. Qual è il pH?
4,75
5,75
7
9,25
Risposta: 4,75. Con [A⁻] = [HA] il rapporto è 1, e log 1 = 0, quindi pH = pKa = 4,75. Un tampone non è automaticamente neutro.
4Il metodo passo dopo passo
Decidi che cosa hai: un acido forte, una base forte, un acido debole o un tampone (un acido debole insieme al suo sale).
Acido forte: [H⁺] = c. Base forte: [OH⁻] = c × numero di OH⁻, poi pOH e pH = 14 − pOH.
Acido debole: [H⁺] ≈ √(Ka · c). Controlla che x sia meno del 5% di c; altrimenti risolvi l’equazione di secondo grado.
Tampone: trova il pKa, poi pH = pKa + log([A⁻]/[HA]). Se si aggiunge acido o base, aggiorna prima le moli di HA e A⁻.
Prendi pH = −log[H⁺] e controlla la risposta: acidi sotto 7, basi sopra 7, un tampone vicino al suo pKa.
5Un esempio svolto
Segui ogni passaggio. Prova a prevedere il successivo prima di aprirlo.
Esempio svolto
Trova il pH di una soluzione 0,2 mol/L di acido benzoico (Ka = 6,3 × 10⁻⁵).
1
Riconosci l’acido
Ka è piccola, quindi l’acido benzoico è un acido debole. Solo una piccola parte si dissocia in H⁺ e A⁻.
0,00355 / 0,2 = 1,8%, che è meno del 5%. L’approssimazione va bene. Risolvendo esattamente l’equazione di secondo grado si ottiene 0,00352 mol/L, quasi lo stesso.
5
Trova il pH
pH = −log(0,00352) = 2,45
Il pH è sotto 7, come deve essere per un acido, ma più alto che per 0,2 mol/L di un acido forte (pH 0,70).
Risposta
pH ≈ 2,45
6Errori comuni
Dare il pOH quando è richiesto il pH. Per una base, finisci sempre con pH = 14 − pOH.
Dimenticare che Ba(OH)₂ e Ca(OH)₂ danno due OH⁻ per unità formula.
Trattare un acido debole come forte, in modo che [H⁺] = c.
Dimenticare il segno meno in pH = −log[H⁺].
Capovolgere il rapporto del tampone: è [A⁻]/[HA], base su acido.
Usare la scorciatoia √(Ka·c) quando x è più del 5% di c.
Autoverifica Qual è il pH di una soluzione 0,02 mol/L di Ba(OH)₂, una base forte, a 25 °C?
1,40
1,70
12,30
12,60
Risposta: 12,60. Ogni Ba(OH)₂ dà due OH⁻, quindi [OH⁻] = 0,04 mol/L, pOH = 1,40 e pH = 12,60. 12,30 dimentica il fattore 2, e 1,40 è il pOH.
7Come sono fatte le domande d’esame
Facile: acidi e basi forti. Il pH di una soluzione di HCl, NaOH o Ba(OH)₂.
Medio: acidi deboli. Il pH di un acido debole come HF o l’acido benzoico a partire da Ka e dalla concentrazione.
Difficile: tamponi. Il pH da Henderson–Hasselbalch, oppure il nuovo pH dopo l’aggiunta di una base forte.
Esempio di domanda difficile: un tampone da 1,00 L con 0,25 mol di HF e 0,10 mol di F⁻ (Ka = 0,00068) riceve 0,05 mol di NaOH. HF diventa 0,20 mol e F⁻ 0,15 mol, quindi pH = 3,17 + log(0,15/0,20) = 3,04.
Trova il pH pH di una soluzione 0,5 mol/L di acido cloridrico (HCl), un acido forte.
c = 0,5 mol/L
Calcola pH
Mostra i suggerimenti
Un acido forte si ionizza completamente, quindi [H₃O⁺] è uguale alla concentrazione dell'acido.
pH = −log₁₀[H₃O⁺].
[H₃O⁺] = 0,5 mol/L.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], con pH + pOH = 14 a 25 °C. Acidi e basi forti si ionizzano completamente. Un acido debole solo in parte: Ka = x²/(c − x), dove x = [H₃O⁺]. Un tampone di un acido debole e della sua base coniugata segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
pH dalla concentrazione
pH = −log(0,5) = 0,301
Risposta
pH = 0,301
Esempio 2Media
Trova il pH pH di una soluzione 0,1 mol/L di acido ipocloroso (Ka = 3 × 10⁻⁸).
c = 0,1 mol/LKa = 3 × 10⁻⁸
Calcola pH
Mostra i suggerimenti
Imposta Ka = x²/(c − x), dove x = [H₃O⁺].
Poiché Ka è piccola, x è molto minore di c, quindi x ≈ √(Ka·c) è una buona approssimazione.
√(3 × 10⁻⁸·0,1) = 5,477 × 10⁻⁵.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], con pH + pOH = 14 a 25 °C. Acidi e basi forti si ionizzano completamente. Un acido debole solo in parte: Ka = x²/(c − x), dove x = [H₃O⁺]. Un tampone di un acido debole e della sua base coniugata segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
Equilibrio
HA ⇌ H⁺ + A⁻: si ionizzano x mol/L di acido.
Ka = x²/(0,1 − x) → x = 5,476 × 10⁻⁵ mol/L
pH
pH = −log(5,476 × 10⁻⁵) = 4,262
Risposta
pH = 4,262
Esempio 3Difficile
Un tampone da 1,00 L contiene 0,3 mol di acido ipocloroso e 0,2 mol della sua base coniugata (Ka = 3 × 10⁻⁸). Si aggiungono 0,05 mol di NaOH. Trova il nuovo pH pH.
L'idrossido aggiunto reagisce con l'acido debole: HA + OH⁻ → A⁻ + H₂O.
Quindi HA diminuisce della quantità aggiunta e A⁻ aumenta della stessa quantità.
n(HA) = 0,25, n(A⁻) = 0,25.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] e pOH = −log₁₀[OH⁻], con pH + pOH = 14 a 25 °C. Acidi e basi forti si ionizzano completamente. Un acido debole solo in parte: Ka = x²/(c − x), dove x = [H₃O⁺]. Un tampone di un acido debole e della sua base coniugata segue Henderson–Hasselbalch: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
Neutralizzazione
n(HA) = 0,3 − 0,05 = 0,25 mol
n(A⁻) = 0,2 + 0,05 = 0,25 mol
Henderson–Hasselbalch
pH = 7,523 + log(0,25/0,25) = 7,523
Risposta
pH = 7,523
Domande e risposte
pH e tamponi: di cosa si tratta?
Un acido cede ioni idrogeno, H⁺, in acqua. Una base cede ioni idrossido, OH⁻, oppure assorbe H⁺. Il succo di limone è acido, il sapone è basico.
La concentrazione di H⁺ può andare da circa 1 mol/L a 10⁻¹⁴ mol/L. Numeri così sono scomodi, quindi i chimici usano il pH:
pH e tamponi: come si risolvono gli esercizi passo per passo?
Stabilisci se l’acido o la base è forte (completamente dissociato) o debole.
Acido forte: [H⁺] è uguale alla sua concentrazione. Base forte: trova prima [OH⁻].
Acido debole: risolvi Ka = x²/(c − x) per x = [H⁺].
pH = −log[H⁺], e pH + pOH = 14 a 25 °C.
pH e tamponi: quali sono gli errori più comuni?
Trattare un acido debole come forte.
Dimenticare di convertire il pOH in pH per una base.
Usare ln invece di log.
pH e tamponi: che cosa si esercita?
Facile: acidi e basi forti
Media: acidi deboli
Difficile: tamponi
Ogni esercizio ha valori nuovi, così impari il metodo invece di una risposta. Bloccato? Apri prima un piccolo suggerimento e la spiegazione completa solo quando ti serve.
Come funziona l’esercitazione
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