PH soluzione NaHCO3 e V HCl da aggiungere a Na2CO3 per pH 10

calcolare il pH di una soluzione 0.02 M di NaHCO3 sapendo che per H2CO3 ka1=4.3*10-7 e ka2=4.8*10-11. Calcolare inoltre il volume di HCl 0,01 M da aggiungere a 21,0 mL della soluzione di Na2CO3 0.03M per preparare una soluzione tampone a pH 10.00

Per la prima parte, si dimostra, che per la specie anfotera HCO3-, è valida la relazione

[H3O+] = radice quadra (Ka1*Ka2) = radice quadra (4.3*10^-7*4.8*10^-11 )= 4.54*10^-9

da cui si ricava

pH = 8.34

il pH non dipende dalla concentrazione del sale.

Per la seconda parte, per ottenere una soluzione tampone a pH 10, vuol dire che la coppia acido-base in soluzione deve essere HCO3-/CO3(-2) in quanto il pH è prossimo al pKa2

la reazione

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + H2O

deve quindi avvenire con HCl in difetto stechiometrico

poniamo X = moli di HCl da aggiungere

moli iniziali di Na2CO3 = 0.03*0.021 = 6.3*10^-4

a fine reazione si avrà

moli di Na2CO3 = moli di CO3(-2) = 6.3*10^-4 - X

moli di NaHCO3 = moli di HCO3- = X

l'equilibrio da considerare è

CO3(-2) + H2O = HCO3- + OH-

Kb1 = Kw/Ka2
Kb1= 1*10^-14/4.8*10^-11 = 2.08*10^-4

utilizzando l'equazione di HENDERSON-HASSELBACH, che per la coppia in esame è

pOH = pKb1 + Log (moli HCO3-/moli CO3(-2))

sostituendo i valori noti

14 - 10 = 3.68 + Log X/(6.3*10^-4 - X)

10^(4 - 3.68) = 2.09 = X/(6.3*10^-4 - X)

1.32*10^-3 - 2.09*X = X

X = 1.32*10^-3/3.09 = 4.26*10^-4

Volume di HCl da aggiungere = mol/M = 4.26*10^-4/0.01 = 4.26*10^-2 litri, ovvero 42.6 mL