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

[ascterr...@gmail.com]

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.

[Soviet_Mario]

Il 21/02/2018 00:29, ascterr...@gmail.com ha scritto:
> 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 ?


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1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

[Vito Basile]

Il giorno mercoledì 21 febbraio 2018 00:29:08 UTC+1, Vito Basile ha scritto:
> 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

[Soviet_Mario]

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.

[Soviet_Mario]

Il 22/02/2018 02:15, Soviet_Mario ha scritto:
> Il 21/02/2018 01:31, Vito Basile ha scritto:
>> Il giorno mercoledì 21 febbraio 2018 00:29:08 UTC+1, Vito
>> 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)

[Vito Basile]

Il giorno mercoledì 21 febbraio 2018 00:29:08 UTC+1, Vito Basile ha scritto:

> 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!

[Soviet_Mario]

Il 22/02/2018 10:38, Vito Basile ha scritto:
> Il giorno mercoledì 21 febbraio 2018 00:29:08 UTC+1, Vito Basile ha scritto:
>> 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.

questa si, SEMPRE, nel contesto

Era la KII dell'acido solforico l'intrusa scomoda.

> 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!
>

[ADPUF]

ascterr...@gmail.com 00:29, mercoledì 21 febbraio 2018:

> acido solforico H2SO4
> acido nitrico HNO3


devi fare tritolo?
:-)


--
E-S °¿°
Ho plonkato tutti quelli che postano da Google Groups!
Qui è Usenet, non è il Web!

[Elio Fabri]

From: Soviet_Mario <Sovie...@CCCP.MIR>
Newsgroups: it.scienza.chimica
Subject: Re: Come posso calcolare il ph di 2 acidi forti come il H2SO4 + il
HNO3?
Date: Thu, 22 Feb 2018 02:15:33 +0100

Soviet_Mario ha scritto:

> Il 21/02/2018 01:31, Vito Basile ha scritto:
>> 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.
>

> [B] cerchiamo di considerare l'equilibrio della seconda
> 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

[Soviet_Mario]

Il 22/02/2018 15:48, Elio Fabri ha scritto:
> From: Soviet_Mario <Sovie...@CCCP.MIR>
> Newsgroups: it.scienza.chimica
> Subject: Re: Come posso calcolare il ph di 2 acidi forti
> come il H2SO4 + il
>  HNO3?
> Date: Thu, 22 Feb 2018 02:15:33 +0100
>
> Soviet_Mario ha scritto:
>> Il 21/02/2018 01:31, Vito Basile ha scritto:
>>> 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.
>>
>> [B] cerchiamo di considerare l'equilibrio della seconda
>> dissociazione
> OK, ma vediamo di usare un po' di algebra, invece di
> buttarsi nei
> 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