Como você calcula a alteração no pH quando 3.00 mL de 0.100 M # "HCl" (aq) # é adicionado a 100.0 mL de uma solução tampão que é 0.100 M em # "NH" _3 (aq) # e 0.100 M em # "NH" _4 "Cl" (aq) #?

Responda:

#Delta_"pH" = -0.026#

Explicação:

Você está adicionando ácido clorídrico, #"HCl"#, a ácido forte, para o seu buffer, então, desde o início, você deve esperar pH para diminuir.

Isso implica que a mudança de pH será negativo

#Delta_ "pH" = "pH"_ "final" - "pH"_ "initial" <0#

No entanto, o fato de você estar lidando com uma solução de buffer permite saber que essa alteração será não ser significativo, uma vez que o papel de um buffer é resistir mudanças significativas no pH que resultam da adição de ácido forte ou bases fortes.

Então, o ácido clorídrico reagirá com amônia, #"NH"_3#, a base fraca, para produzir o cátion de amônio, #"NH"_4^(+)#, o ácido conjugado da amônia e a água.

#"HCl"_ ((aq)) + "NH"_ (3(aq)) -> "NH"_ (4(aq))^(+) + "Cl"_ ((aq))^(-)#

A reação consome ácido clorídrico e amônia em um #1:1# proporção molar. Além disso, observe que, para muito mole de ácido clorídrico ou amônia consumido pela reação, uma toupeira de cátions de amônio é produzido. Mantenha isso em mente.

Use o molaridade da solução de amônia e do volume do buffer para calcular quantas moles contém

#color(purple)(|bar(ul(color(white)(a/a)color(black)(c = n_"solute"/V_"solution" implies n_"solute" = c * V_"solution")color(white)(a/a)|)))#

Você vai ter

#n_("NH"_3) = "0.100 mol" color(red)(cancel(color(black)("L"^(-1)))) * 100.0 * 10^(-3)color(red)(cancel(color(black)("L")))#

#= "0.0100 moles NH"_3#

Faça o mesmo com os cátions de amônio, #"NH"_4^(+)#

#n_("NH"_4^(+)) = "0.100 mol" color(red)(cancel(color(black)("L"^(-1)))) * 100.0 * 10^(-3)color(red)(cancel(color(black)("L")))#

#= "0.0100 moles NH"_4^(+)#

Calcular quantos moles de ácido clorídrico estão sendo adicionados ao tampão

#n_("HCl") = "0.100 mol" color(red)(cancel(color(black)("L"^(-1)))) * 3.00 * 10^(-3)color(red)(cancel(color(black)("L")))#

#= "0.000300 moles HCl"#

Você sabe que o ácido clorídrico e a amônia reagem de #1:1# relação molar, o que significa que a solução resultante conterá

#n_("HCl") = "0 moles HCl" -># completely consumed

#n_("NH"_3) = "0.0100 moles" - "0.000300 moles"#

#= "0.0097 moles NH"_3#

#n_("NH"_4^(+)) = "0.0100 moles" + "0.000300 moles"#

#="0.0103 moles NH"_4^(+)#

O volume total do buffer será

#V_"total" = "100.0 mL" + "3.00 mL" = "103.0 mL"#

As novas concentrações de amônia e cátions de amônio serão

#["NH"_3] = "0.0097 moles"/(103.0 * 10^(-3)"L") = "0.094175 M"#

#["NH"_4^(+)] = "0.0103 moles"/(103.0 * 10^(-3)"L") = "0.100 M"#

Observe que a concentração de cátions de amônio permaneceu virtualmente inalterado porque o aumentar no número de toupeiras foi neutralizado pelo aumentar em volume.

Agora, você pode encontrar o alterar em pH usando o Equação de Henderson - Hasselbalch, que para um buffer que contém um base fraca ea sua ácido conjugado se parece com isso

#color(blue)(|bar(ul(color(white)(a/a)"pOH" = "p"K_b + log((["conjugate acid"])/(["weak base"]))color(white)(a/a)|)))#

Observe que a solução tampão inicial tinha concentrações iguais de base fraca e ácido conjugado. Isso significa que seu pOH era igual a

#"pOH" = "p"K_b + log( color(red)(cancel(color(black)("0.100 M")))/(color(red)(cancel(color(black)("0.100 M")))))#

#"pOH" = "p"K_b#

Depois de o ácido forte é adicionado ao tampão, o pOH do tampão será

#"pOH" = "p"K_b + log( (0.100 color(red)(cancel(color(black)("M"))))/(0.095175color(red)(cancel(color(black)("M")))))#

#"pOH" = "p"K_b + 0.026#

Você sabe que uma solução aquosa à temperatura ambiente

#color(purple)(|bar(ul(color(white)(a/a)color(black)("pH " + " pOH" = 14)color(white)(a/a)|)))#

Para o solução inicial, Você tem

#"pH"_ "initial" = 14 - "p"K_b#

Para o solução final, Você tem

#"pH"_ "final" = 14 - ("p"K_b + 0.026)#

#"pH"_ "final" = 14 - "p"K_b - 0.026#

Portanto, você pode dizer que a mudança no pH é igual a

#Delta_ "pH" = color(red)(cancel(color(black)(14))) - color(red)(cancel(color(black)("p"K_b))) - 0.026 - color(red)(cancel(color(black)(14))) + color(red)(cancel(color(black)("p"K_b)))#

#color(green)(|bar(ul(color(white)(a/a)color(black)(Delta_"pH" = -0.026)color(white)(a/a)|)))#

Conforme previsto, a mudança no pH é negativo porque o pH do buffer diminuiu como resultado da adição de um ácido forte.

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