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Titolo: Come posso calcolare il ph di 2 acidi forti come il H2SO4 + il HNO3?

Calcolare il pH di una soluzione mescolando una soluzione di volume V1=0,7 L di acido solforico H2SO4 0,71 M con una soluzione di volume V2 = 0,1 L di acido nitrico HNO3 0,73 M.
 

 
 
scuole superiori, università (non chimica), chimica ?
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 

 Calcolare il pH di una soluzione mescolando una soluzione di volume V1=0,7 L di acido solforico H2SO4 0,71 M con una soluzione di volume V2 = 0,1 L di acido nitrico HNO3 0,73 M.
 
Corso di ing. ambientale - laurea ing. civile

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uhm, okay, non so intuire il grado di approssimazione 
ritenuto sufficiente. Proviamo a ricostruire insieme alcune 
soluzioni a differente accuratezza.
 
Premessa.
La difficoltà del problema nasce da una caratteristica non 
frequente dell'acido solforico : è un acido estremamente 
forte alla I° costante di dissociazione, e medio-forte alla 
II°. Per medio forte intendo una KaII circa 0,01 (pKaII = 
circa 2).
Di norma un valore così elevato non rende possibile 
trascurarla nemmeno a fronte della presenza contemporanea di 
acidi forti, che tendono a "reprimere" la seconda 
dissociazione. Tuttavia il fatto se sia o meno trascurabile, 
dipende anche dalla concentrazione.
Più la conc. delle specie FORTI è alta, e più il grado di 
depressione della seconda dissociazione diventa marcato 
(quindi l'approssimazione di trascurarla diventa meno 
critica). Al contrario in soluzioni più diluite, l'effetto 
"repressivo" dell'acidità "forzata" diminuisce, e la seconda 
dissociazione diventa poco strascurabile. Al limite, in 
soluzioni molto diluite, la seconda costante si può persino 
considerare forte anch'essa, ossia considerare la seconda 
dissociazione completa al pari della prima.
 
L'acido nitrico si può considerare forte con ragionevole 
approssimazione, avendo un pKa < -1 (e una Ka > 10). A 
essere precisi, non si può considerare propriamente forte, 
ma questo lo trascurerò.
 
calcoli preliminari : moli e volumi totali (nell'ipotesi, 
inaggirabile, dell'additività dei volumi : non essendo 
forniti dati di densità delle soluzioni originali né della 
mix finale, non si può fare di meglio che semplicemente 
sommare i volumi, per quanto a rigori non siano mai additivi 
se non in soluzioni molto diluite : e quelle in gioco non lo 
sono, sono di conc. media).
 
V_tot finale = 0,7 + 0,1 = 0,8 L
mol_H2SO4 = 0,7 * 0,71 = 0,497 mol
mol_HNO3 = 0,1 * 0,73 = 0,073 mol
 
 
[A] trattazione più elementare e fortemente approssimata
si considerano solo le dissociazioni FORTI (e si trascura 
del tutto l'autoprotolisi dell'acqua). L'H2SO4 conta quindi 
come acido monoprotico.
mol H(+) liberate = 0,497 + 0,073 = 0,57 mol H(+)
sciolte in 0,8 L
pH = -Log [0,57 / 0,8] = -Log (0,7125) = 0,147215131
(lascio tutte le cifre per valutare le discrepanze).
 
Il pH così SOTTO-stimato, è già molto acido, molto vicino a 
zero, e quindi il trascurare la seconda dissociazione di 
H2SO4 non è poi pessima. E' un valore minimante.
 
[A'] Proviamo a SOVRA-stimare il valore massimante del pH, 
considerando completa anche la seconda dissociazione.
mol H(+) liberate = 0,497 * 2 + 0,073 = 1,067 mol H(+)
sciolte in 0,8 L
pH = -Log [1,067 / 0,8] = -Log (1,33375) = -0,125074432
(lascio tutte le cifre per valutare le discrepanze).
 
Ora il pH vero sarà intermedio tra le due stime 
(probabilmente più vicino al primo).
 
 
[B] cerchiamo di considerare l'equilibrio della seconda 
dissociazione
Ka = 0,01 = [H+] * [SO4--] / [HSO4-]
[SO4--] + [HSO4-] = 0,497 / 0,8 = 0,62125
(equazione del bilancio analitico di H2SO4, in cui si 
trascura la presenza infima della specie indissociata. 
Potrebbe essere attorno ad un decimilionesimo o meno)
2 * [SO4--] + [HSO4-] + [NO3-] = [H+]
(equazione dell'elettroneutralità, in cui si trascura la 
presenza infima della specie carica OH-, che è circa 
10^(-14) e quindi irrilevante)
Abbiamo quindi un sistema con tre equazioni e re incognite, 
ma non è di primo grado
 
 
0,01 * [HSO4-] = [H+] * [SO4--]
[SO4--] + [HSO4-] = 0,62125
2 * [SO4--] + [HSO4-] + [NO3-] = [H+]
 
in cui [NO3-] = 0,073 / 0,8 = 0,09125
è supposto totalmente dissociato
__________________________________________
 
[HSO4-] = 0,62125 - [SO4--]
__________________________________________
 
0,01 * (0,62125 - [SO4--]) = [H+] * [SO4--]
2 * [SO4--] + (0,62125 - [SO4--]) + 0,09125 = [H+]
__________________________________________
 
0,0062125 - 0,01 * [SO4--] = [H+] * [SO4--]
0,71255 + [SO4--] = [H+]
__________________________________________
 
(0,0062125 - 0,01 * [SO4--]) / [SO4--] = [H+]
0,7125 + [SO4--] = [H+]
__________________________________________
 
(0,0062125 - 0,01 * [SO4--]) / [SO4--] = 0,7125 + [SO4--]
 
0,0062125 - 0,01 * [SO4--] = (0,7125 + [SO4--]) * [SO4--]
 
0,0062125 - 0,01 * [SO4--] = 0,7125 * [SO4--] + [SO4--]^2
 
chiamo [SO4--] = X
 
X^2 + 0,7225 * X - 0,0062125 = 0
 
X = [- 0,7225 +- sqrt (0,7225 ^ 2 + 4 * 0,0062125)] / 2
 
X = [- 0,7225 +- sqrt (0,52200625 + 0,02485)] / 2
 
X = [- 0,7225 +- sqrt (0,54685625)] / 2
 
X = [- 0,7225 + 0,739497295] / 2
(scarto la soluzione negativa, senza senso fisico)
X = 0,016997295 / 2 = 0,008498648
 
sostituiamo il valore nel calcolo della conc. protonica
[H+] = 2 * [SO4--] + [HSO4-] + [NO3-]
[H+] = 0,016997295 + 0,497 + 0,09125
[H+] = 0,605247295
pH = 0,218067143
 
ora non so se ho infilato una o più imprecisioni :\
In effetti questo calcolo da un valore ancora meno acido che 
avendo trascurato la KaII (veniva pH = 0,147215131), 
superiore di 0,071 unità pH :\
 
Sempre ammesso che non ci siano sviste (mi trovo malissimo a 
fare calcoli in ascii), riterrei cmq quest'ultimo valore più 
vicino al vero.
 
Se ho tempo ci ripenso un altro po' cmq, non sono del tutto 
convinto. E' qualche anno che non faccio conti sul pH se non 
spannometrici e sicuramente ho messo su della ruggine.
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> Basile ha scritto:
 
 
ho anche trovato due tutorial buoni (che dovrò confrontare 
se possibile) qui :
 
http://www.chimicamo.org/stechiometria/calcolo-del-ph-di-una-soluzione-di-h2so4.html
 
 
https://www.chimitutor.org/ph-acidi-diprotici/
 
 
 
in entrambi trattano la seconda dissociazione in modo non 
approssimato, se serve.
La maggior parte degli altri link di google o considerano 
forte la seconda dissociazione, o la trascurano del tutto 
(se ti basta ciò, la prima risposta era sufficiente nella 
prima parte)


 Calcolare il pH di una soluzione mescolando una soluzione di volume V1=0,7 L di acido solforico H2SO4 0,71 M con una soluzione di volume V2 = 0,1 L di acido nitrico HNO3 0,73 M.
 
Ti ringrazio, sei stato gentilissimo e molto esaustivo. In effetti il problema era se considerare solo le dissociazioni FORTI trascurando l'autoprotolisi dell'acqua oppure no.
Confrontandomi con un 2 miei colleghi era nata una diatriba/scommessa!! :D
 
"La maggior parte degli altri link di google o considerano 
forte la seconda dissociazione, o la trascurano del tutto 
(se ti basta ciò, la prima risposta era sufficiente nella 
prima parte)" - Si era sufficiente già la risposta nella prima parte.
 
Ti auguro una buona giornata e colgo l'occasione per ringraziarti nuovamente!

 
 
 
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  acido nitrico HNO3 
 
 
devi fare tritolo?
:-)
 
 
-- 
E-S °¿°
Ho plonkato tutti quelli che postano da Google Groups!
Qui è Usenet, non è il Web!

 dissociazione
OK, ma vediamo di usare un po' di algebra, invece di buttarsi nei
calcoli numerici...
Dati:
v1 = 0.7 L; v2 = 0.1 L; c1 = 0.71 mol/L; c2 = 0.73 mol/L;
Ka = 0.01 mol/L;
Incognite:
x = [H+]; y = [HSO4-]; z = [SO4--]; w = [NO3-]
 
equilibrio di dissociazione di HSO4-:
x * z = Ka * y  (1)
 
bilancio analitico di H2SO4:
(v1 + v2)*(y + z) = c1 * v1  (2)
 
elettroneutralità:
x = y + 2z + w  (3)
 
concentrazione di NO3-:
(v1 + v2) * w = c2 * v2.  (4)
 
Dall'ultima si ricava w, che per ora lascio indicato:
w = c2 * v2 / (v1 + v2) = 0.09125.  (5)
 
Sostituisco x dalla (3) nella (1):
 
z * (y + 2z + w) = Ka * y.  (6)
 
Ricavo u=y+z dalla (2):
 
u = y + z = c1*v1/(v1+v2) = 0.62125.  (7)
 
Sostituisco nella (6):
 
z*(z + u + w) = Ka * (u - z)
z^2 + (Ka+u+w)*z - Ka*u = 0
 
z = 0.0085
y = u-z = 0.613
x = u + w + z = 0.721
pH = -log_10 x = 0.142
 
Sembra quello che ti aspettavi.
Non so dirti se nei tuoi conti c'è qualche errore: con tutti quei
numeri mi perdo...
 
 
-- 
Elio Fabri
 

 calcoli numerici...
 
elegantissimo ! Mi inchino :)

pure io mi ci sono perso, ma non per i numeri, è che non mi 
trovo a scrivere a video in testo.
Mi sono rifatto i conti sul quaderno, e mi è venuto un 
risultato diverso :\ da quello che mi era uscito qui.
Sono vetustamente analogico
