Esercizi: Idrolisi dei sali

In laboratorio si dispone di due beute con soluzioni acquose della stessa concentrazione: una di cloruro di sodio, $\mathrm{NaCl}$, e l'altra di nitrito di potassio, $\mathrm{KNO_2}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Scrivi le equazioni di dissociazione in acqua di entrambi i sali e individua gli ioni spettatori che non subiscono idrolisi.
2. b) Giustifica il carattere acido, basico o neutro di ciascuna delle due soluzioni risultanti sapendo che $K_\mathrm{a}(\mathrm{HNO_2})=4{,}5\cdot 10^{-4}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considera le soluzioni ideali.

Il nitrato di ammonio, $\mathrm{NH_4NO_3}$, è un composto ampiamente impiegato in soluzioni fertilizzanti a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Scrivi i processi di dissociazione e di idrolisi ionica in acqua relativi a questo sale, indicando le specie che agiscono come acido o base di Brønsted-Lowry.
2. b) Deduci, motivando, se il pH della soluzione acquosa risultante sarà minore, uguale o maggiore di $7$. Dato a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$. Considera le soluzioni ideali.

Si prepara una soluzione acquosa di fluoruro di ammonio, $\mathrm{NH_4F}$, a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Considera i seguenti dati delle costanti di equilibrio a tale temperatura: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HF})=6{,}6\cdot 10^{-4}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$ e $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$.

1. a) Scrivi le reazioni ioniche che avvengono quando i due ioni provenienti dal sale interagiscono con l'acqua.
2. b) Confronta quantitativamente le costanti degli equilibri di idrolisi degli ioni presenti e determina se la soluzione risultante ha carattere acido, basico o neutro. Considera le soluzioni ideali.

Nel laboratorio di chimica generale sono stati etichettati quattro becher numerati da 1 a 4, ciascuno contenente una soluzione acquosa $0{,}10\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ delle seguenti sostanze: $\mathrm{NaCl}$, $\mathrm{CH_3COONa}$, $\mathrm{NH_4Cl}$ e $\mathrm{KNO_3}$. Lo schema dell'insieme sperimentale è mostrato di seguito:

1. a) Classifica ciascuno dei quattro sali indicando la natura forte o debole dell'acido e della base da cui deriva, e indica quali subiscono idrolisi.
2. b) Sapendo che $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1{,}8\cdot 10^{-5}$, $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$ e $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$, ordina le quattro soluzioni dal valore di pH minore a quello maggiore, giustificando la risposta. Considera le soluzioni ideali.

Si prepara una soluzione acquosa sciogliendo $4{,}10\text{ g}$ di acetato di sodio, $\mathrm{CH_3COONa}$, in acqua distillata fino a raggiungere un volume totale di $500\text{ mL}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Scrivi l'equazione dell'equilibrio chimico di idrolisi e determina il valore della costante di idrolisi $K_\mathrm{h}$.
2. b) Calcola la concentrazione molare di tutte le specie presenti all'equilibrio ($\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{CH_3COO^-}$, $\mathrm{CH_3COOH}$, $\mathrm{OH^-}$ e $\mathrm{H_3O^+}$) e determina il pH finale della soluzione.

Dati a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: Masse atomiche molari in $\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$; $\mathrm{Na}=23{,}0$. $K_\mathrm{a}(\mathrm{CH_3COOH})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considera le soluzioni ideali.

Una soluzione acquosa di cloruro di ammonio, $\mathrm{NH_4Cl}$, di concentrazione $0{,}25\text{ M}$ è mantenuta a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Imposta il corrispondente equilibrio ionico di idrolisi e calcola il grado di idrolisi ($\alpha_\mathrm{h}$) dello ione ammonio in questa soluzione.
2. b) Determina la concentrazione di ioni $\mathrm{H_3O^+}$ all'equilibrio e il valore del pH risultante.

Dati a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considera le soluzioni ideali.

Si dispone di $250\text{ mL}$ di una soluzione acquosa di cianuro di sodio, $\mathrm{NaCN}$, la cui concentrazione iniziale è $0{,}40\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Successivamente, questa soluzione viene diluita aggiungendo acqua distillata fino a raggiungere un volume totale di $2{,}50\text{ L}$.

1. a) Calcola il pH e il grado di idrolisi ($\alpha_\mathrm{h1}$) dell'anione cianuro nella soluzione concentrata originale.
2. b) Calcola il pH e il nuovo grado di idrolisi ($\alpha_\mathrm{h2}$) nella soluzione dopo la diluizione, e giustifica, motivando, l'effetto che la diluizione produce sul grado di idrolisi basandoti sul principio di Le Chatelier.

Dati a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCN})=4{,}9\cdot 10^{-10}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considera le soluzioni ideali.

Si sciolgono $0{,}10\text{ moli}$ di formiato di ammonio, $\mathrm{HCOONH_4}$, in acqua distillata fino a un volume di $1{,}0\text{ L}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$. Sia il catione ammonio sia l'anione formiato subiscono idrolisi in soluzione acquosa.

1. a) Scrivi i singoli equilibri di idrolisi dei due ioni insieme all'equilibrio globale che si stabilisce e deduci, dalle espressioni delle costanti, l'equazione che mette in relazione $[\mathrm{H_3O^+}]$ esclusivamente con $K_\mathrm{a}$, $K_\mathrm{b}$ e $K_\mathrm{w}$, assumendo che i gradi di idrolisi di catione e anione siano praticamente uguali.
2. b) Calcola il pH della soluzione e determina la concentrazione molare delle specie $\mathrm{NH_3}$ e $\mathrm{HCOOH}$ all'equilibrio.

Dati a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{HCOOH})=1{,}8\cdot 10^{-4}$; $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3})=1{,}8\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considera le soluzioni ideali.

Si titolano $50{,}0\text{ mL}$ di una soluzione di acido benzoico ($\mathrm{C_6H_5COOH}$) $0{,}0120\text{ M}$ con una soluzione di idrossido di sodio ($\mathrm{NaOH}$) $0{,}0080\text{ M}$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$ fino a raggiungere esattamente il punto di equivalenza stechiometrico.

1. a) Calcola il volume di titolante necessario per raggiungere l'equivalenza e il pH della soluzione risultante in tale punto.
2. b) Se alla soluzione risultante nel punto di equivalenza si aggiunge acqua distillata fino a raddoppiarne il volume totale, calcola il nuovo pH e dimostra quantitativamente la variazione della percentuale di ione benzoato idrolizzato.

Dati a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{C_6H_5COOH})=6{,}3\cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w}=1{,}0\cdot 10^{-14}$. Considera le soluzioni ideali.