10.0 cm3, 0.100 mol/dm3 koncentrációjú NH3-oldatot titrálunk 0.1 mol/dm3 (faktor: 0.998) HCl oldattal. (Ammónia: Kb = 2,00·10-5) Hány cm3 HCl oldat hozzáadása után lesz az oldat pH-ja pontosan 8.80? Mekkora lesz a pH 100%-os titráltságnál?

Két képlet tisztázása fontos már így mindjárt az elején. 1): 100%-os titráltságnak nevezzük azt a pontot, amikor az oldatban lévő összes ammóniát épp elreagáltattuk a sósav mérőoldattal, vagyis ebben a pontban csak ammónium-klorid van az oldatban, ami egy erős sav és gyenge bázis sója. Vagyis annak ellenére hogy 100%-os a titráltság és csak só van jelen az oldatban, mégsem lesz semleges a pH, mert az NH4Cl egy savasan hidrolizáló só, az ilyen oldatok pH-ját a [H3O+]=gyök alatt (Kh*c) képlettel számolhatjuk, ahol c a sókoncentráció, Kh a hidrolízisállandó, ami = Kw/Kb (vízionszorzat/bázisállandó). 2): 100%-nál alacsonyabb titráltság esetén az oldat egyszerre tartalmaz ammóniát és ammónium-kloridot. Az ilyen oldatokat puffereknek nevezzük, és mivel nekünk a 8,80-as pH-t kell eltalálni, ezért ez az oldat még bázikus, vagyis az [OH-]=Kb*c(bázis)/c(só) képletet lehet alkalmazni. Megjegyzés: ez a két képlet egy egszerűsített formula, és vannak bizonyos feltételei hogy mikor alkalmazhatók, de én ezt sem levezetni, sem tárgyalni nem fogom itt kommentben, mert ehhez önmagában egy félórás egyetemi előadás kellene, ha érdekel hogy jönnek ki ezek a képletek és mik az alkalmazás feltételei, keress utána egy egyetemi jegyzetben, én most csak használni fogom őket.)

A feladatok: 8,80-as pH esetén a pOH=5,20, azaz az [OH-]=10^(-5,2)=6,31-10^-6 mol/dm3. A képletben Kb ismert, kellene még az ammónia és ammónium-klorid koncentráció. De vegyük észre, hogy most annak az oldatnak a pH-ja érdekel engem, ami kezdetben az ammóniát tartalmazza és csepegtetem hozzá a sósavat. Nyilván c=n/V, de az oldattérfogat igazából nem érdekes, hiszen az ammónia is és az ammónium-klorid is ugyanabban az oldatban van benne, tehát ugyanaz a térfogatuk. Vagyis a képletben nem kell c-kkel számolnunk, lehet n-ekkel is. Tudjuk hogy kezdetben 0,001 mol ammónia volt az oldatban, legyen a hozzácsepegtetett sósav anyagmennyisége x. Tehát a 8,80-as pH-jú pontban az ammóniából fogyott x, azaz az ő mennyisége 0,001-x, sóból volt 0 mol kezdetben és keletkezett x, tehát a megoldandó egyenletünk:

6,31*10^-6 = 2*10^-5 * (0,001-x) / x

Ezt megoldva x kiadja a becsepegtetett sósav anyagmennyiségét molban, de tudjuk hogy a sósav mérőoldatunk 0,1 mol/dm3-es és 0,998 faktorú, tehát a becsepegtetett térfogat: V(HCl)=(x/0,1)/0,998.

A második részhez pedig tudjuk, hogy 0,001 mol ammóniát kell semlegesítenünk, ehhez szintén 0,001 mol HCl kell, ami nem 10 cm3 sósavban lesz benne a faktor miatt, hanem 10/0,998 azaz 10,02 cm3-ben, tehát 100%-os titráltságnál az oldatunk össztérfogata 20,02 cm3. A benne oldott só 0,001 mol, azaz c(só)=0,001/0,02002=0,04995 mol/dm3. Használjuk a képletet:

[H3O+] = gyök { Kh * c(só) } ahol Kh=vízionszorzat/bázisállandó, azaz 10^(-14)/2*10^(-5)

[H3O+] = gyök { 10^(-14) / 2*10^(-5) * 0,04995 }

Ezt meg kiköpi a számológép, és már csak a negatív logaritmusát kell kiszámolni és az lesz a pH.