aggiunta di NH3 in H2SO4

[LucaZombini]

5,8 dm3 di NH3 (condizioni standard) sono aggiunti a 1,75 dm3 di H2SO4 0,0775 mol dm^-3. calcolare il pH della soluzione finale. la soluzione è 2.33

nNH3 =5,8 dm3  / 22,7dm3 mol-1   = 0,255 mol
nH2SO4 = 1,75 dm3 * 0,0775 mol dm-3* 2 = 0,271 mol

(0,271-0,255)/1,75 = 9,14e-3 mol dm-3 da cui pH =2,038  senza contare le reazioni collaterali

[LuiCap]

Non sono d'accordo con la tua risoluzione.

n NH3 = 1 atm · 5,8 dm^3 / 0,0821 dm^3 atm / mol K · 298 K = 0,237 mol
n H2SO4 = 0,0775 mol/dm^3 · 1,75 dm^3 = 0,136 mol

H2SO4 + NH3 NH4HSO4
0,136......0,237.........0
-0,136....-0,136........+0,136
0.............0,101.........0,136

NH4HSO4 + NH3 (NH4)2SO4
0,136..........0,101.......0
-0,101........-0,101......+0,101
0,0342..........0............0,101

Si forma un tampone HSO4(-)/SO4(2-):

[H+] = 1,0·10^-2 · 0,0342 / 0,101 = 3,37·10^-3 mol/dm^3
pH = 2,47

Inoltre bisogna considerare che anche lo ione NH4+ rende acida la soluzione.

[LucaZombini]

ho rifatto il problema in un altro modo. Inoltre, il valore dell' H2SO4 era sbagliato. quello corretto è 0,0755 mol dm-3

2NH3 + H2SO4 -> (NH4)2SO4

da cui:

10^5 * 5.8*10^-3 = 2nNH3 * 8,31 * 273,15

nNH3 = 0,1277 mol

nH2SO4 = 0,1321 mol 

nH2SO4 restanti = nH2SO4 - nNH = 4,425*10^-3 mol, da cui pH = 2.36. non so se questo risultato sia valido, dato che non ho diviso le moli ottenute per il volume. ho riprodotto la soluzione da lei data con la nuova concentrazione e temperatura 273,15K ma il risultato viene ancora più distante (2.80)

[LuiCap]

Le moli di NH3 che hai calcolato sono sbagliate: il coefficiente stechiometrico 2 deve essere considerato in seguito, quando si costruisce la ice chart.

n NH3 (a 273,15°C) = 0,259 mol
n H2SO4 = 0,132 mol

Considerando la seguente reazione, l'NH3 è il reagente in difetto:

2 NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4
0,259......0,132.........0
-0,259....-0,259/2......+0,259/2
0.............0,00281......0,129

(NH4)2SO4 + H2SO4 2 NH4HSO4
0,129.............0,00281.......0
-0,00281........-0,00281......+2·0,00281
0,127................0...............0,00562

Si forma un tampone HSO4(-)/SO4(2-):

[H+] = 1,0·10^-2 · 0,00562 / 0,127 = 4,44·10^-4 mol/dm^3
pH = 3,35

Allo stesso pH finale si arriva anche seguendo il procedimento della mia precedente risposta:

H2SO4 + NH3 NH4HSO4
0,132......0,259.........0
-0,132....-0,132........+0,132
0.............0,127.........0,132

NH4HSO4 + NH3 (NH4)2SO4
0,132..........0,127.......0
-0,127........-0,127......+0,127
0,00562..........0............0,127

Si forma un tampone HSO4(-)/SO4(2-):

[H+] = 1,0·10^-2 · 0,00562 / 0,127 = 4,44·10^-4 mol/dm^3
pH = 3,35

Come mai con questo procedimento a te risulta 2,80???

[LuiCap]

Ho provato un altro procedimento.

Considerando l'H2SO4 come un acido forte per entrambe le dissociazioni, le moli di H+ che libera sono il doppio di quelle di H2SO4:
n H2SO4 = 0,0755 mol/dm^3 · 1,75 dm^3 = 0,132 mol
n H+ = 0,132 mol · 2 = 0,264 mol

n NH3 (a 273,15°C) = 0,259 mol

La reazione completa che avviene è la seguente, in cui l'NH3 è il reagente limitante:
NH3 + H+ NH4+
0,259...0,264.....0
-0,259..-0,259...-0,259
0..........0,00562..0,259

[H+] = 0,00562 mol / 1,75 L = 0,00321 mol/L
[NH4+] = 0,259 mol / 1,75 L = 0,148 mol/L

Siamo in presenza di una soluzione formata da un acido forte (H+) e un acido debole (NH4+), perciò l'equilibrio di dissociazione dell'acido debole in acqua, avvenendo in presenza di uno ione in comune, viene retrocesso; in altre parole la concentrazione di H+ derivanti dal solo acido debole è trascurabile.

NH4+ + H2O NH3 + H3O+
0,148......./.............0.......0,00321
-x............/...........+x.......+x
0,148-x..../.............x........0,00321+x

Ka = 5,56·10^-10 = [x · (0,00321+x)] / (0,148-x)

Risolvendo:
[H3O+] da NH4+ = 2,56·10^-8 mol/L
[H3O+] totale = [H3O+] da H2SO4 + [H3O+] da NH4+ = 0,00321 + 2,56·10^-8 = 0,00321 mol/L
pH = 2,49