Neutralizzazione e titolazioni

In laboratorio si effettua la neutralizzazione di $40{,}0\,\text{mL}$ di una soluzione acquosa di idrossido di bario, $\mathrm{Ba(OH)_2}$, di concentrazione $0{,}050\,\text{M}$, impiegando come reagente titolante una soluzione acquosa di acido cloridrico, $\mathrm{HCl}$, di concentrazione $0{,}125\,\text{M}$ alla temperatura di $25\,^\circ\text{C}$.

1. a) Scrivi l'equazione chimica bilanciata corrispondente alla reazione di neutralizzazione che avviene.
2. b) Calcola il volume di soluzione di $\mathrm{HCl}$, espresso in millilitri, che occorre aggiungere per raggiungere esattamente il punto di equivalenza stechiometrico.

In un laboratorio di controllo chimico si titolano $50{,}0\,\text{mL}$ di una soluzione acquosa di acido nitrico, $\mathrm{HNO_3}$, $0{,}0400\,\text{M}$ mediante l'aggiunta controllata di una soluzione standard di idrossido di sodio, $\mathrm{NaOH}$, di concentrazione $0{,}0500\,\text{M}$ a $25\,^\circ\text{C}$.

Dato: $K_\mathrm{w} = 1{,}00 \cdot 10^{-14}$ a $25\,^\circ\text{C}$. Si assumono volumi rigorosamente additivi.

1. a) Determina il $\mathrm{pH}$ della miscela risultante dopo aver aggiunto $30{,}0\,\text{mL}$ della soluzione di $\mathrm{NaOH}$. Calcola inoltre il volume di titolante necessario per raggiungere il punto di equivalenza e giustifica il valore del $\mathrm{pH}$ in tale punto.
2. b) Calcola il nuovo valore di $\mathrm{pH}$ della soluzione dopo aver aggiunto un volume cumulativo di $45{,}0\,\text{mL}$ di $\mathrm{NaOH}$ (in eccesso rispetto al punto di equivalenza). Considera le soluzioni ideali e i volumi additivi.

Nella titolazione volumetrica di $25{,}0\,\text{mL}$ di acido acetico, $\mathrm{CH_3COOH}$ (acido debole), con una soluzione di idrossido di sodio, $\mathrm{NaOH}$ (base forte), il punto di equivalenza si raggiunge teoricamente a $\mathrm{pH} \approx 8{,}8$. In laboratorio si dispone di due indicatori acido-base: rosso di metile (intervallo di viraggio di $\mathrm{pH}$ tra $4{,}4$ e $6{,}2$, da rosso a giallo) e fenolftaleina (intervallo di viraggio di $\mathrm{pH}$ tra $8{,}2$ e $10{,}0$, da incolore a rosa).

1. a) Definisci e distingui in modo conciso il concetto di punto di equivalenza rispetto a quello di punto finale di una titolazione volumetrica.
2. b) Giustifica quale dei due indicatori è idoneo per minimizzare l'errore sperimentale in questa titolazione.

Si titolano $25{,}0\,\text{mL}$ di una soluzione acquosa di acido benzoico, $\mathrm{C_6H_5COOH}$ (acido debole monoprotico), di concentrazione $0{,}0100\,\text{M}$ con una soluzione standard di idrossido di potassio, $\mathrm{KOH}$, $0{,}0100\,\text{M}$ a $25\,^\circ\text{C}$.

Dati a $25\,^\circ\text{C}$: $K_\mathrm{a}(\mathrm{C_6H_5COOH}) = 6{,}30 \cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w} = 1{,}00 \cdot 10^{-14}$.

1. a) Calcola il $\mathrm{pH}$ iniziale della soluzione acida prima di iniziare l'aggiunta di base e calcola il $\mathrm{pH}$ dopo aver aggiunto esattamente $12{,}5\,\text{mL}$ della soluzione di $\mathrm{KOH}$.
2. b) Determina il volume di soluzione di $\mathrm{KOH}$ necessario per raggiungere il punto di equivalenza e calcola, motivando, il valore del $\mathrm{pH}$ in tale punto stechiometrico, scrivendo le reazioni corrispondenti. Considera le soluzioni ideali e i volumi additivi.

Si titolano $30{,}0\,\text{mL}$ di una soluzione acquosa di ammoniaca, $\mathrm{NH_3}$, di concentrazione $0{,}150\,\text{M}$ con una soluzione di acido cloridrico, $\mathrm{HCl}$, $0{,}100\,\text{M}$ a $25\,^\circ\text{C}$.

Dati a $25\,^\circ\text{C}$: $K_\mathrm{b}(\mathrm{NH_3}) = 1{,}80 \cdot 10^{-5}$; $K_\mathrm{w} = 1{,}00 \cdot 10^{-14}$.

Indicatori disponibili (nome, intervallo di viraggio, colore forma acida/colore forma basica): verde di bromocresolo ($3{,}8 - 5{,}4$, giallo/blu); rosso di metile ($4{,}4 - 6{,}2$, rosso/giallo); timolftaleina ($9{,}3 - 10{,}5$, incolore/blu).

1. a) Calcola il volume di soluzione di $\mathrm{HCl}$ consumato nel punto di equivalenza e il $\mathrm{pH}$ della soluzione in tale punto, giustificandone chimicamente l'acidità.
2. b) Seleziona, motivando, un indicatore adatto tra i tre proposti e spiega in dettaglio quale conseguenza analitica avrebbe l'uso errato della timolftaleina in questa titolazione. Considera le soluzioni ideali e i volumi additivi.

Per determinare la concentrazione sconosciuta di una soluzione acquosa di acido cloridrico, $\mathrm{HCl}$, si preleva un'aliquota di $25{,}0\,\text{mL}$ con una pipetta tarata e la si trasferisce in una beuta di Erlenmeyer, aggiungendo due gocce di fenolftaleina. Si riempie una buretta graduata da $50{,}0\,\text{mL}$ (incertezza di lettura di $\pm 0{,}05\,\text{mL}$ per azzeramento) con una soluzione standard di idrossido di sodio, $\mathrm{NaOH}$, $0{,}100\,\text{M}$. Nella figura sono mostrati l'apparato sperimentale, la lettura iniziale della buretta e la lettura finale nell'istante del viraggio.

La lettura iniziale del menisco è $1{,}20\,\text{mL}$ e la lettura finale nel punto di viraggio persistente è $24{,}60\,\text{mL}$.

1. a) Determina il volume netto di soluzione di $\mathrm{NaOH}$ consumato nella titolazione e calcola l'incertezza assoluta associata a tale misura volumetrica.
2. b) Calcola la concentrazione molare della soluzione di $\mathrm{HCl}$ analizzata, esprimendo il risultato con le cifre significative appropriate. Stima in modo prudenziale l'incertezza del volume consumato sommando le due incertezze massime di lettura.

Si analizza il contenuto di acido acetico, $\mathrm{CH_3COOH}$, di un aceto commerciale di densità $1{,}01\,\text{g/mL}$. A tale scopo, si prelevano $10{,}0\,\text{mL}$ di aceto con una pipetta tarata, si introducono in un matraccio tarato da $100{,}0\,\text{mL}$, si porta a volume con acqua deionizzata e si omogeneizza. In seguito, si preleva un'aliquota di $20{,}0\,\text{mL}$ della soluzione diluita e la si titola con una soluzione acquosa di $\mathrm{NaOH}$ di concentrazione $0{,}120\,\text{M}$ in presenza di fenolftaleina. Per raggiungere il punto finale si consumano esattamente $16{,}5\,\text{mL}$ di titolante.

Dati: Masse atomiche relative: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.

1. a) Scrivi l'equazione bilanciata della reazione di neutralizzazione.
2. b) Calcola la concentrazione molare dell'acido acetico nell'aceto originale e determina la sua percentuale in massa ($\%\,\text{m/m}$).

Si desidera quantificare il contenuto di carbonato di calcio, $\mathrm{CaCO_3}$, di una compressa antiacido commerciale di massa totale $1{,}20\,\text{g}$. Il campione polverizzato viene fatto reagire con $50{,}0\,\text{mL}$ di soluzione acquosa di $\mathrm{HCl}$ $0{,}600\,\text{M}$, generando anidride carbonica secondo il processo:

$\mathrm{CaCO_3\,(s) + 2\,HCl\,(aq) \rightarrow CaCl_2\,(aq) + CO_2\,(g) + H_2O\,(l)}$.

Una volta allontanato tutto il gas formato, l'eccesso di acido cloridrico residuo viene titolato per retrotitolazione con una soluzione di $\mathrm{NaOH}$ $0{,}250\,\text{M}$, richiedendo un volume di $44{,}0\,\text{mL}$ di base per raggiungere il viraggio.

Dati: Masse atomiche: $\mathrm{Ca}=40{,}1$; $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.

1. a) Calcola la quantità di sostanza di $\mathrm{HCl}$, in moli, che ha reagito con il $\mathrm{CaCO_3}$.
2. b) Determina la massa di $\mathrm{CaCO_3}$ presente nella compressa e la sua percentuale in massa nel medicinale. Supponi che gli altri componenti della compressa non reagiscano con l'acido e che non si perda HCl durante l'allontanamento del gas.

In un laboratorio didattico rimangono residui di acido solforico concentrato, $\mathrm{H_2SO_4}$, e di soluzione concentrata di idrossido di sodio, $\mathrm{NaOH}$, entrambi etichettati come corrosivi. Uno studente propone di mescolarli direttamente in un becher e di versare il risultato nello scarico. a) Individua due rischi di tale proposta e spiega quale protezione di occhi, pelle e abiti richiede il lavoro supervisionato con reagenti corrosivi. b) Proponi come identificare, separare e comunicare questi residui al responsabile del laboratorio per la loro gestione secondo la procedura dell'istituto. Giustifica perché l'eventuale neutralizzazione deve essere un'operazione controllata e non una miscela improvvisata di sostanze concentrate.