Come calcolare concentrazioni di H3PO4, H2PO4–, HPO42– e PO43–?

[annina91]

Buongiorno a tuttii !
Chi sarebbe così gentile da aiutarmi nella risoluzione di questo quesito?
Vi ringrazio !



Un litro di una soluzione 0.120 M di H3PO4 viene portata a pH 7.20 con NaOH
solido. Calcolare le concentrazioni di H3PO4, H2PO4–, HPO42– e PO43– nella soluzione
risultante e la massa di base forte che è stata aggiunta, ammettendo che l’aggiunta
del solido non provochi variazioni di volume della soluzione. Per l’acido fosforico
K1= 7.52·10–3 M, K2 = 6.23·10–8 M, K3 = 2.20·10–13 M.

[Abramo]

Ciao,
per risolvere questo problema, possiamo seguire i seguenti passaggi:

Per risolvere questo problema, possiamo seguire i seguenti passaggi:

Scrivere la reazione di dissociazione dell'acido fosforico (H₃PO₄) in soluzione acquosa.
Calcolare il volume di NaOH necessario per portare il pH a 7,20.
Utilizzare le reazioni chimiche coinvolte per calcolare le concentrazioni finali degli ioni H₃PO₄, H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻ e PO₄³⁻.

Passaggio 1: Dissociazione dell'acido fosforico:
H3PO4⇌H++H2PO4−Ka1H3​PO4​⇌H++H2​PO4−​Ka1​
H2PO4−⇌H++HPO42−Ka2H2​PO4−​⇌H++HPO42−​Ka2​
HPO42−⇌H++PO43−Ka3HPO42−​⇌H++PO43−​Ka3​

Passaggio 2: Calcolare il volume di NaOH necessario per portare il pH a 7,20.
Quando il pH è uguale al pKa del primo passaggio (H₃PO₄ ⇌ H₂PO₄⁻), l'acido e la sua base coniugata sono presenti in quantità equimolari. Al pH 7,20, il pKa corrispondente è quello tra H₃PO₄ e H₂PO₄⁻.

pKa=−log(Ka1)pKa=−log(Ka1​)

Da qui, possiamo calcolare [H₂PO₄⁻] e [H₃PO₄] utilizzando la relazione di equilibrio:

Ka1=[H+][H2PO4−][H3PO4]Ka1​=[H3​PO4​][H+][H2​PO4−​]​

Passaggio 3: Calcolare le concentrazioni finali degli ioni H₃PO₄, H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻ e PO₄³⁻.
Dato il volume aggiunto di NaOH, possiamo calcolare la variazione della concentrazione di H₃PO₄ e le concentrazioni finali di tutti gli ioni.

La reazione chimica tra H₃PO₄ e NaOH sarà:

H3PO4+3NaOH→Na3PO4+3H2OH3​PO4​+3NaOH→Na3​PO4​+3H2​O

Ora, possiamo scrivere l'equazione di bilancio della massa per H₃PO₄:

CiVi=CfVfCi​Vi​=Cf​Vf​

dove CiCi​ e ViVi​ sono le concentrazioni e i volumi iniziali e CfCf​ e VfVf​ sono le concentrazioni e i volumi finali.

Possiamo utilizzare questo equilibrio per calcolare la variazione della concentrazione di H₃PO₄ e quindi calcolare le concentrazioni finali di tutti gli ioni.

Una volta che abbiamo le concentrazioni finali, possiamo utilizzare la costante di dissociazione per calcolare le concentrazioni degli ioni H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻ e PO₄³⁻.

Sarà un po' lungo calcolare manualmente, ma questi sono i passaggi chiave per risolvere il problema. Se hai bisogno di assistenza aggiuntiva nei calcoli specifici, non esitare a chiedere!
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Certamente! Ecco i passaggi in formato testuale:

Scrivi la reazione di dissociazione dell'acido fosforico (H3PO4) in soluzione acquosa.
Calcola il volume di NaOH necessario per portare il pH a 7,20.
Utilizza le reazioni chimiche coinvolte per calcolare le concentrazioni finali degli ioni H3PO4, H2PO4-, HPO4^2-, e PO4^3-.

Passaggio 1: Dissociazione dell'acido fosforico:
H3PO4 <--> H^+ + H2PO4- (Ka1)
H2PO4- <--> H^+ + HPO4^2- (Ka2)
HPO4^2- <--> H^+ + PO4^3- (Ka3)

Passaggio 2: Calcola il volume di NaOH necessario per portare il pH a 7,20.
Trova il pKa corrispondente al primo passaggio (H3PO4 ⇌ H2PO4-). A pH 7,20, utilizza il pKa per calcolare [H2PO4-] e [H3PO4] tramite l'equazione di equilibrio.

Passaggio 3: Calcola le concentrazioni finali degli ioni H3PO4, H2PO4-, HPO4^2-, e PO4^3-.
Utilizza l'equazione di bilancio della massa per H3PO4, considerando la reazione chimica con NaOH. Calcola la variazione della concentrazione di H3PO4 e quindi le concentrazioni finali di tutti gli ioni.
Utilizza la costante di dissociazione per calcolare le concentrazioni degli ioni H2PO4-, HPO4^2-, e PO4^3- una volta ottenute le concentrazioni finali.

Questi passaggi ti guideranno attraverso la risoluzione del problema. Se hai bisogno di assistenza aggiuntiva con i calcoli o qualsiasi altra domanda, non esitare a chiedere!