Soluzioni tampone?

[nartami]

Salve a tutti =) volevo dirvi prima di tutto che siete sempre gentili a rispondere ai miei post =) anche oggi ho dei dubbi su alcuni esercizi riguardanti  le soluzioni tampone... la teoria mi è chiara ma gli esercizi molto meno tipo questi:
1)"Calcolare quali volumi di una soluzione di CH3COOH 0,2 M e di una soluzione di CH3COONa 0,3 M bisogna adoperare per ottenere un litro di soluzione tampone avente pH= 4,9. Per CH3COOH, Ka = 1,76 x 10 ^-5."
2)Calcolare il pH di una soluzione tampone ottenuta addizionando a 0,5 l di una soluzione di Na2SO4 0,3 M, 0.4 l di una soluzione di NaHSO4  0,35 M. Calcolare inoltre il pH della soluzione dopo l'aggiunta di H2O fino ad un volume finale 1,00 l , Per H2SO4, K2= 1,20 x 10 ^-2. 
In entrambi gli esercizi si assuma che i volumi siano additivi.
Inoltre spesso non sono sicura se l'equazione di Henderson- Hasselbach posso usarla... so che ci sono dei limiti ma il professore non ha spiegato quali..Spero mi rispondiate Grazie lo stesso =) =)

[LuiCap]

Cosa ne dici se, prima di darti le soluzioni, provi a scrivere fin dove riesci ad arrivare tu per entrambi gli esercizi???

[quimico]

Concordo con Luisa.
Provaci e dove non ci arrivi con le tue forze, ti aiutiamo noi.
A me questa cosa irrita, ma non ce l'ho con nessuno. Non si impara facendosi risolvere di botto un esercizio.

[nartami]

Si certo ora scrivo tutto.
Per il primo esercizio ho usato i dati che dà il problema applicati all'equazione di Henderson e H. pH=pKa + log (CH3COO-/CH3COOH)
avendo pH e calcolando pKa sono riuscita ad avere il valore del logaritmo. Da lì ho trovato che CH3COO-/CH3COOH vale 1,42 da qui in poi non so più come fare per ottenere i volumi....
Per il secondo avendo i volumi e le concentrazioni ho calcolato i moli in quei volumi e ho lavorato con quelli...i moli di HSO4- provenienti da NaHSO4 quindi sono 0,14 invece quelli di SO4-che provengono da Na2SO4 sono 0,15. Imposto la tabella:
                        HSO4-  +   H2O   =   H3O+   +     SO4-
iniziali...............0,14..........................0..................0.15
all'eq...............0,14-x..........................x...............0,15+x
da qui scrivo :  K2= 1,20 x 10 ^-2= x(0,15+x)/(0,14-x)   calcolo l'equazione di 2 grado e trovo la x = 0,019
quindi moli di H3O+ sono 0,019 fratto il volume della soluzione (cioè la somma di 0,4+0,5=0.9) ottengo la concentrazione che è 0,021 da qui uso questo valore per calcolar eil pH  e mi viene 1,67 che è diverso dal risultato del libro. Poichè è già sbagliato non ho svolto il secondo punto del problema.

[LuiCap]

Esercizio 1

Ok, fin dove sei arrivata va bene, anche se il valore numerico corretto è:

[CH3COO-]/[CH3COOH] = 1,76·10^-5 / 10^-4,9 = 1,3980...
che devi esprimere però con la massimo due decimali, perciò = 1,40
È solo questione di imparare correttamente l'uso della calcolatrice.

Il risultato ottenuto significa che la concentrazione di [CH3COO-] è 1,40 volte maggiore di quella di [CH3COOH], il che vale anche per il numero di moli, dato che il volume finale in cui sono contenute è lo stesso, 1 L.

Per avere una buona capacità tamponante della soluzione finale, Ca e Cs devono essere le più elevate possibili.
Dato che la soluzione di CH3COO- di partenza (0,3 M) è più concentrata di quella di partenza di CH3COOH (0,2 M), il volume della prima da prelevare sarà inferiore a quello della seconda e la loro somma dovrà essere il più possibile vicina a 1 L.

Provi a fissare un volume di CH3COO- di partenza da prelevare di 450 mL e calcoli il numero di moli nel volume finale della soluzione tampone:
0,3 mol/L : 1 L = x : 0,450 L
n CH3COO- = 0,135 mol/L

Calcoli ora il numero di moli di CH3COOH nel tampone:
n CH3COO- = n CH3COOH / 1,40 = 0,135 mol/L / 1,40 = 0,0966 mol/L

E infine il volume di CH3COOH da prelevare dalla soluzione di partenza:
0,2 mol/L : 1 L = 0,0966 : x
V di CH3COOH = 0,483 L

In conclusione per preparare il tampone richiesto a pH 4,9 devi mescolare:

450 mL di CH3COONa 0,3 M con 483 mL di CH3COOH 0,2 M e portare al volume finale di 1000 mL con acqua.

Si può migliorare la capacità tamponante della soluzione aumentando la somma Cs + Ca?
Vediamo.
Il rapporto fra i due volumi da prelevare vale: 450 mL / 483 mL = 0,932

Se prelevo 480 mL di CH3COONa 0,3 M dovrò mescolarli con 515 mL di CH3COOH 0,2 M OK, il volume finale è ancora inferiore a 1000 mL.

Se prelevo 490 di CH3COONa 0,3 M dovrò mescolarli con 526 mL di CH3COOH 0,2 M NO, il volume finale è superiore a 1000 mL.

[LuiCap]

In un tema in prima superiore, dopo una gita a Venezia dove non ero mai stata prima, scrissi "i calli" (al posto de "le calli") e presi, giustamente, un bel 4.
Mole è un sostantivo femminile, quindi "la mole", plurale "le moli".

Esercizio 2

La risoluzione dell'equazione di 2° grado è sbagliata, perché x = 0,0113 = [H+], cioè è la concentrazione molare degli ioni H+ nella soluzione tampone finale di volume 1,00 L. Quindi il pH del tampone è 1,9486... = 1,95.

Risolvendo senza impostare l'equazione di secondo grado il pH del tampone risulta 1,9507... = 1,95

È questo il risultato del libro?

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Specifico meglio che il pH di una soluzione tampone è indipendente dalla diluizione con H2O, perché le moli del sale e quelle dell'acido sono contenute sempre nello stesso volume, sia esso 900 o 1000 mL:

(n SO42-/900) / (n HSO4-/900) = (n SO42-/1000) / (n HSO4-/1000)

quindi fare il rapporto fra le moli equivale a fare il rapporto fra le concentrazioni.

[nartami]

si sinceramente avevo il dubbio se il termine giusto fosse i moli o le moli grazie della risposta =) nel secondo esercizio i risultati sono 2,004 e dopo diventa 2,010

[LuiCap]

Scusami tanto, anch'io nel secondo esercizio ho sbagliato a risolvere l'equazione di 2° grado.

x = [H+] = 9,78·10^-3 mol/L
da cui il pH del tampone portato a 1 L è 2,010.

Sinceramente non capisco come 0,9 L del tampone possano avere un pH di 2,004.
Proverò ancora, ma al momento non ci arrivo

[LuiCap]

Sono testarda e direi di esserci arrivata

L'HSO4- è un acido moderatamente forte, perciò in soluzione diluita le concentrazioni molari dell'acido e del sale non sono uguali alle loro concentrazioni formali, in quanto gli H+ fanno retrocedere la dissociazione dell'acido.

TAMPONE 500 mL SO42- 0,30 M + 400 mL HSO4-

Calcoliamo la concentrazione formale di SO42-:
0,30 mol/L · 0,500 L = x · 0,900 L
x = 1/6 mol/L

Calcoliamo la concentrazione formale di HSO4-:
0,35 mol/L · 0,400 L = x · 0,900 L
x = 7/45 mol/L

I termini dell'equazione all'equilibrio saranno:
[H+] = x
[SO42-] = (1/6 + x)
[HSO4-] = (7/45 - x)

Impostiamo l'equazione di Henderson-Hasselbalch:
0,0120 = x·(1/6+x) / (7/45-x)
e risolviamo l'equazione di 2° grado:
x = [H+] = 9,899·10^-3 mol/L
da cui il pH del tampone è 2,004

TAMPONE 500 mL SO42- 0,30 M + 400 mL HSO4- portati a 1000 mL con acqua

Calcoliamo la concentrazione formale di SO42-:
0,30 mol/L · 0,500 L = x · 1,00 L
x = 0,150 mol/L

Calcoliamo la concentrazione formale di HSO4-:
0,35 mol/L · 0,400 L = x · 1,00 L
x = 0,140 mol/L

I termini dell'equazione all'equilibrio saranno:
[H+] = x
[SO42-] = (0,150 + x)
[HSO4-] = (0,140 - x)

Impostiamo l'equazione di Henderson-Hasselbalch:
0,0120 = x·(0,150+x) / (0,140-x)
e risolviamo l'equazione di 2° grado:
x = [H+] = 9,780·10^-3 mol/L
da cui il pH del tampone è 2,010

[nartami]

grazie mille ora risulta =)