¿Cómo se calcula el cambio en el pH cuando 3.00 mL de 0.100 M # "HCl" (aq) # se agrega a 100.0 mL de una solución tampón que es 0.100 M en # "NH" _3 (aq) # y 0.100 M en # "NH" _4 "Cl" (aq) #?

Respuesta

#Delta_"pH" = -0.026#

Explicación:

Estás agregando ácido clorhídrico, #"HCl"#, y ácido fuerte, a tu búfer, así que desde el principio deberías esperarlo pH a disminuir.

Esto implica que el cambio en el pH será negativo

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

Sin embargo, el hecho de que esté tratando con una solución tampón le permite saber que este cambio no ser significativo ya que el papel de un búfer es resistir cambios significativos en el pH que resultan de la adición de ácido fuerte o bases fuertes.

Entonces, el ácido clorhídrico reaccionará con amoníaco, #"NH"_3#, y base débil, para producir el catión de amonio, #"NH"_4^(+)#, el ácido conjugado de amoniaco y el agua.

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

La reacción consume ácido clorhídrico y amoníaco en un #1:1# relación molar. Además, observe que para muy moles de ácido clorhídrico o amoníaco consumidos por la reacción, un lunar de cationes de amonio se produce. Mantén esto en mente.

Utilizar la molaridad de la solución de amoniaco y la volumen del búfer para calcular cuántos lunares contiene

#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)|)))#

Usted tendrá

#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#

Haz lo mismo con los cationes de amonio, #"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 cuantos lunares de ácido clorhídrico se agregan al tampón

#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"#

Usted sabe que el ácido clorhídrico y el amoníaco reaccionan en un #1:1# relación molar, lo que significa que la solución resultante contendrá

#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^(+)#

El volumen total del búfer será

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

Las nuevas concentraciones de amoniaco y cationes de amonio serán

#["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 la concentración de cationes de amonio se mantuvo prácticamente sin alterar porque el incrementar en el número de lunares fue contrarrestado por el incrementar en volumen.

Ahora puedes encontrar el cambio en pH usando el Henderson - ecuación de Hasselbalch, que para un búfer que contiene un base débil y su ácido conjugado Se ve como esto

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

Observe que la solución tampón inicial tenía concentraciones iguales de base débil y ácido conjugado. Esto significa que su 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#

Después de el ácido fuerte se agrega al tampón, el pOH del tampón 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#

Usted sabe que una solución acuosa a temperatura ambiente tiene

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

Para la solución inicial, tienes

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

Para la solución final, tienes

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

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

Por lo tanto, puede decir que el cambio en el pH es 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)|)))#

Como se predijo, el cambio en el pH es negativo porque el pH del tampón disminuido como resultado de la adición de un ácido fuerte.


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