Titolazioni Acido-Base
Queste slides riportano materiale gentilmente concesso
dal Dr. Valerio Di Marco- Dip. Scienze Chimiche – Univ. Padova
Le titolazioni acid base permettono di misurare la concentrazione di un acido
o una base, presente in un sistema, attraverso un processo di reazione
quantitativa con una base forte o un acido forte, rispettivamente .
Attraverso questo procedimento è possibile determinare quantitativamente la
concentrazione della soluzione acida o basica incognita.
Nel seguito si descrivono i seguneti processi di titolazione:
Acido forte (analita) con Base forte (titolante)
Base forte (analita) con Acido forte (titolante)
Acido debole (analita) con Base forte (titolante)
Base debole (analita) con Acido forte (titolante)
Il titolante è sempre un acido o una base forte dal momento che garantisce una
reazione quantitativa e veloce con l’analita.
1
Titolazione Acido Forte – Base Forte
Obiettivo della titolazione è determinare la concentrazione di acido forte
presente nella soluzione indagata.
Il metodo utilizzato per seguire le variazioni che avvengono nell’ambiente di
reazione per aggiunta del titolante prevede la misura della concentrazione di
una delle specie presenti in soluzione come: [H3O+], pH o le concentrazioni
delle specie acido/base, dal momento che esse variano al variare della
composizione della soluzione.
La reazione che avviene nella titolazione dell’ HCl da parte di NaOH è:
HCl(aq) + NaOH(aq) → Na + (aq) + Cl − (aq) + H 2 O
Per questa reazione la costante di equilibrio è:
1
K=
= 1014
Kw
La reazione è quindi molto spostata verso i prodotti; uno dei requisiti richiesti
per essere una buona reazione di titolazione.
2
Ad un volume noto di soluzione di HCl si aggiungono aliquote crescenti di NaOH,
e si misurano (almeno idealmente) le concentrazioni delle specie presenti in
soluzione: [Na+], [Cl–] e [H3O+]
Supponiamo di titolare 100 mL
(V0HCl) di una soluzione 0.1 M di
HCl (C0HCl) con una soluzione 0.1 M
di NaOH (C0NaOH)
NaOH (0.1M)
HCl (100 mL, 0.1M)
NB: le aggiunte di NaOH fanno variare il volume totale nella beuta, per conoscere
la concentrazione molare delle specie nella beuta, bisogna tenere conto della
diluizione operata con l’aggiunta del titolante.
3
Calcolo delle concentrazioni di [Na+], [Cl–] e [H3O+] tramite foglio elettronico:
All’equilibrio le specie presenti in soluzione, dopo ogni aggiunta di titolante sono:
K W = [H 3O + ][OH − ]
[OH − ] + [Cl − ] = [H 3O + ] + [Na + ]
−
[Cl ] = C
0
HCl
0
VHCl
0
VHCl
+ Vt
[Na + ] = C 0NaOH
Vt
0
VHCl
+ Vt
KW
−
+
+
+
[Cl
]
=
[H
O
]
+
[Na
]
3
[H 3O + ]
[H 3O + ] =
(
) ([Cl
1
−
+
[Cl
]
−
[Na
]+
2 
−
)
2
] − [Na + ] + 4K w 

In un foglio elettronico posso impostare queste equazioni che calcolano le
concentrazioni delle specie all’equilibrio in funzione di Vt.
4
Prima di cominciare la titolazione, quando il volume di titolante Vt=0, le
concentrazioni delle specie in soluzione sono:
[Na + ] = 0 M [Cl − ] = 0.1 M
Kw
−13
[H 3O ] = 0.1 M [OH ] =
1
×
10
M pH = 1
+
[H 3O ]
+
−
Dopo aver aggiunto 10 mL di titolante (Vt= 10 mL) le concentrazioni delle specie
in soluzione sono:
[Na + ] = C 0NaOH
0
Vt
V
−
0
HCl
=
0.009
M
[Cl
]
=
C
0.091 M
HCl
0
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 0.082 M [OH − ] = 1.22 ×10 −13 M pH = 1.09
Dopo aver aggiunto 30 mL di titolante (Vt= 30 mL) le concentrazioni delle specie
in soluzione sono:
+
[Na ] = C
0
NaOH
0
Vt
VHCl
−
0
= 0.023 M [Cl ] = C HCl 0
0.077 M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 0.054 M [OH − ] = 1.86 ×10 −13 M pH = 1.27
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Dopo aver aggiunto 60 mL di titolante (Vt= 60 mL) le concentrazioni delle specie
in soluzione sono:
+
[Na ] = C
0
Vt
VHCl
0
−
= 0.037 M [Cl ] = C HCl 0
0.063 M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
0
NaOH
[H 3O + ] = 0.025 M [OH − ] = 4.00 ×10 −13 M pH = 1.60
Dopo aver aggiunto 90 mL di titolante (Vt= 90 mL) le concentrazioni delle specie
in soluzione sono:
[Na + ] = C 0NaOH
0
Vt
V
−
0
HCl
=
0.047
M
[Cl
]
=
C
0.053 M
HCl
0
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 5.26 ×10 −3 M [OH − ] = 1.90 × 10 −12 M pH = 2.28
Dopo aver aggiunto 99 mL di titolante (Vt= 99 mL) le concentrazioni delle specie
in soluzione sono:
[Na + ] = C 0NaOH
0
Vt
V
−
0
HCl
=
0.0497
M
[Cl
]
=
C
0.0503M
HCl
0
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 5.03 ×10 − 4 M [OH − ] = 1.99 ×10 −11 M pH = 3.30
6
Quando si aggiungono 100 mL di titolante (Vt= 100 mL) si arriva al Punto
Equivalente e le concentrazioni delle specie in soluzione sono:
+
[Na ] = C
0
NaOH
0
Vt
VHCl
0
−
= 0.0500 M [Cl ] = C HCl 0
0.0500M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 1.00 ×10 −7 M [OH − ] = 1.00 × 10 −7 M pH = 7.00
Un ulteriore aggiunta di 1 mL di titolante (Vt= 101 mL) fa si che le concentrazioni
delle specie in soluzione siano:
+
[Na ] = C
0
NaOH
0
Vt
VHCl
−
0
= 0.0503 M [Cl ] = C HCl 0
0.0497M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 2.01×10 −11 M [OH − ] = 4.98 ×10 − 4 M pH = 10.70
Un aggiunta di 9 mL di titolante (Vt= 110 mL) fa si che le concentrazioni delle
specie in soluzione siano:
+
[Na ] = C
0
NaOH
0
Vt
VHCl
−
0
= 0.0524 M [Cl ] = C HCl 0
0.0476M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 2.10 ×10 −12 M [OH − ] = 4.76 × 10 −3 M pH = 11.68
7
Un aggiunta ulteriore di 20 mL di titolante (Vt= 130 mL) fa si che le concentrazioni
delle specie in soluzione siano:
+
[Na ] = C
0
NaOH
0
Vt
VHCl
0
−
= 0.0565 M [Cl ] = C HCl 0
0.0434M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 7.67 ×10 −13 M [OH − ] = 1.30 × 10 − 2 M pH = 12.11
Un aggiunta ulteriore di 20 mL di titolante (Vt= 150 mL) fa si che le concentrazioni
delle specie in soluzione siano:
+
[Na ] = C
0
NaOH
0
Vt
VHCl
−
0
= 0.0600 M [Cl ] = C HCl 0
0.0400M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 5.00 ×10 −13 M [OH − ] = 2.00 ×10 − 2 M pH = 12.30
Un aggiunta ulteriore di 50 mL di titolante (Vt= 200 mL) fa si che le concentrazioni
delle specie in soluzione siano:
+
[Na ] = C
0
NaOH
0
Vt
VHCl
−
0
= 0.0667 M [Cl ] = C HCl 0
0.0333M
0
VHCl + Vt
VHCl + Vt
[H 3O + ] = 3.00 ×10 −13 M [OH − ] = 3.33 ×10 −2 M pH = 12.52
8
Si riporta in grafico la variazione delle concentrazione delle specie presenti nel
sistema in funzione di Vt per vedere quale sia meglio seguire per individuare il
punto di fine e quindi il punto equivalente per la titolazione:
0,1
[Cl–]
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0
50
100
150
200
250
[Na+]
Vt
Nel caso delle concentrazioni
degli ioni associati all’acido e
alla base debole non si notano
variazioni nette in
corrispondenza del punto
equivalente.
Vt
9
Si riporta in grafico la variazione della concentrazione di [H3O+] nel sistema in
funzione di Vt :
[H3O+]
Vt
10
Si riporta in grafico la variazione del pH nel sistema in funzione di Vt :
14
pH
12
10
8
Serie1
6
4
2
0
0
50
100
150
200
250
Vt
Come si può notare il grafico che riporta l’andamento di pH vs Vt è quello che
permette di individuare in maniera più netta il punto di fine e quindi il punto
equivalente per la titolazione.
Questo punto corrisponde con il punto di massima pendenza nel grafico:
11
Se si utilizza il pH per osservare il punto equivalente in funzione di Vt in una
titolazione di un acido forte con una base forte, si nota che:
Il punto equivalente cade sempre a pH=7.
Il punto equivalente corrisponde al punto con massima pendenza nel grafico
Se si titola la base con l’acido, la curva è opposta: parte da pH basico,
arriva a pH acido, ma per il resto conserva le stesse caratteristiche
grafiche.
pH
Titolazione di
100 mL di NaOH
0.1 M
con HCl 0.1 M
Vt
12
Se si cambia C0 la concentrazione iniziale di analita (in questo caso si considera
l’acido) cambiano i pH di inizio e di fine, ma le altre caratteristiche grafiche della
curva restano immutate:
14
14
14
12
pH
10
12
pH
10
12
pH
10
8
8
8
6
6
6
4
4
4
2
CA = 10-1 M
CA = 10-3 M
2
0
0
0.0
0.5
1.0
1.5 x 2.0
CA = 10-5 M
2
0
0.0
0.5
1.0
1.5 x
2.0
0.0
0.5
1.0
1.5 x
2.0
Meno concentrato è l’acido da titolare, minore è il salto di pH in
corrispondenza del PE
Se il salto non è molto accentuato, è più difficile “accorgersi” che siamo al PE,
cioè è più facile sbagliare Vt(PE) (e quindi nA)
Affinché il PE possa essere identificato con accuratezza, C0A dovrebbe
essere maggiore di circa 10–4 M
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