QUIZ DI "ACIDI E BASI" - NAZIONALI CATEGORIA A

Nella reazione data: NH₄⁺(aq) + H₂O(l) → NH₃(aq) + H₃O⁺(aq), l'acqua (H₂O) si comporta da base.

Per capire questo, è importante considerare il concetto di acidi e basi secondo la teoria di Brønsted-Lowry. Secondo questa teoria, un acido è una specie chimica che può donare un protone (unione H⁺) a un'altra specie, mentre una base è una specie chimica che può accettare un protone.

Nel tuo caso, l'acqua (H₂O) accetta un protone (H⁺) dall'ione ammonio (NH₄⁺), formando così l'ione idronio (H₃O⁺), che è una specie molto simile all'acido idronio (H⁺). L'equazione chimica illustra chiaramente questo processo:

NH₄⁺(aq) + H₂O(l) → NH₃(aq) + H₃O⁺(aq)

Qui, l'acqua (H₂O) accetta un protone dall'ione ammonio (NH₄⁺), diventando l'ione idronio (H₃O⁺). Questo comportamento indica che l'acqua si comporta come una base, poiché sta accettando un protone da un acido (NH₄⁺).

Quindi, la risposta corretta è C) base.

La somma della pKa di un acido e della pKb della sua base coniugata, a 298 K, è sempre uguale a 14. Questo è una conseguenza della relazione tra costante di acidità (Ka) e costante di basicità (Kb), nonché della costante dell'acqua (Kw) a temperatura ambiente.

Ecco una spiegazione più dettagliata:

1. Per un acido (HA): - Quando un acido perde un protone (H⁺), si dissocia in ioni. Ad esempio, per l'acido acetico (CH₃COOH): CH₃COOH → CH₃COO^- + H⁺ - La costante di dissociazione acida, Ka, misura la capacità dell'acido di cedere ioni H⁺. È definita come: Ka = [H⁺] [A^-] / [HA].

2. Per la sua base coniugata (A^-): - La base coniugata di un acido è ciò che resta dopo che l'acido ha perso un protone. Ad esempio, per l'acido acetico (CH₃COOH), la sua base coniugata è l'acetato (CH₃COO^-). - La costante di dissociazione basica, Kb, misura la capacità della base coniugata di accettare ioni H⁺. È definita come: Kb = [HA] [OH^-] / [A^-].

3. Relazione tra Ka, Kb e Kw: - La costante dell'acqua, Kw, a temperatura ambiente (298 K), è una costante di equilibrio che misura la concentrazione di ioni H⁺ (acidi) e OH^- (idrossido) in soluzione. Kw = [H⁺] [OH^-] = 10^-14 M² a 298 K. - C'è una relazione fondamentale tra Ka, Kb e Kw: Kw = Ka * Kb. Questo significa che il prodotto delle costanti di acidità e basicità per una coppia acido-base coniugata è sempre uguale a Kw.

4. pKa e pKb: - pKa e pKb sono logaritmi negativi delle rispettive costanti: pKa = -log(Ka) e pKb = -log(Kb). - Quindi, pKa + pKb = -log(Ka) + (-log(Kb)) = -log(Ka * Kb) = -log(Kw) = 14.

Pertanto, indipendentemente dall'acido e dalla sua base coniugata specifici, la somma di pKa e pKb è sempre uguale a 14 a 298 K. La risposta corretta è B, cioè 14.

Per calcolare il pH di una soluzione acquosa di Ca(NO₂)₂ 0,05 M, è necessario considerare la reazione dell'anione NO₂^- (derivato dall'acido nitroso HNO₂) con l'acqua e quindi calcolare la concentrazione di ioni idrossido (OH^-) nella soluzione. Successivamente, useremo la relazione tra il pH e il pOH per ottenere il pH finale.

Ecco come procedere:

1. Calcolare la costante di base (K_b):
La costante di acidità (K_a) dell'acido nitroso (HNO₂) è data come 4,4 x 10^-4. Per calcolare la costante di base (K_b), possiamo utilizzare la relazione:

K_b = Kw / K_a
Dove Kw è la costante dell'acqua, che è 1,0 x 10^-14 a 25°C.

K_b = (1,0 x 10^-14) / (4,4 x 10^-4) ≈ 2,27 x 10^-11

2. Calcolare la concentrazione di ioni NO₂^-:
Poiché hai una soluzione 0,05 M di Ca(NO₂)₂, la concentrazione di NO₂^- è il doppio di questa concentrazione, ovvero 0,1 M. Questo perché il Ca(NO₂)₂ si dissocia in due ioni NO₂^- per ogni formula unitaria di Ca(NO₂)₂.

3. Scrivere l'equazione della reazione:
La reazione dell'anione NO₂^- con l'acqua è:

NO₂^- + H₂O ⇌ HNO₂ + OH^-

4. Calcolare la concentrazione di ioni idrossido (OH^-):
Utilizzando la costante di base (K_b) e la concentrazione di NO₂^-, puoi calcolare la concentrazione di OH^- secondo la relazione:

K_b = [OH^-]² / [NO₂^-]
[OH^-]² = K_b * [NO₂^-]
[OH^-] = √(K_b * [NO₂^-])
[OH^-] ≈ 1,5 x 10^-6 M

5. Calcolare il pOH:
Il pOH è il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione di ioni idrossido:

pOH = -log₁₀([OH^-])
pOH ≈ -log₁₀(1,5 x 10^-6) ≈ 5,8

6. Calcolare il pH:
Il pH è il complemento a 14 del pOH:

pH = 14 - pOH
pH = 14 - 5,8 ≈ 8,2

Quindi, il pH della soluzione di Ca(NO2)2 0,05 M è approssimativamente 8,2, che corrisponde alla risposta C.