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16.7 : Titration Calculations: Weak Acid - Strong Base

Calculating pH for Titration Solutions: Weak Acid/Strong Base

For the titration of 25.00 mL of 0.100 M CH3CO2H with 0.100 M NaOH, the reaction can be represented as:

Quantum harmonic oscillator energy level diagram with wave function symbols, illustrating quantization.

The pH of the titration solution after the addition of the different volumes of NaOH titrant can be calculated as follows:

(a) The initial pH is computed for the acetic acid solution in the usual ICE approach:

Mohr's circle diagram for stress analysis, illustrating principal stresses and shear plane orientation.

(b) The acid and titrant are both monoprotic and the sample and titrant solutions are equally concentrated; thus, this volume of titrant represents the equivalence point. Unlike the strong-acid example, the reaction mixture in this case contains a weak conjugate base (acetate ion). The solution pH is computed considering the base ionization of acetate, which is present at a concentration of

Static equilibrium, ΣFx=0, force vector diagram, illustrating balance and tension in physics.

Base ionization of acetate is represented by the equation

Static equilibrium diagram; sum of forces ΣFx=0 formula; mechanical system with forces and moments.

Assuming x << 0.0500, the pH may be calculated via the usual ICE approach:

Static equilibrium diagram with ΣFx=0 and MA=0 equations; truss with nodes and force vectors.

Note that the pH at the equivalence point of this titration is significantly greater than 7, as expected when titrating a weak acid with a strong base.

(c) Titrant volume = 12.50 mL. This volume represents one-half of the stoichiometric amount of titrant, and so one-half of the acetic acid has been neutralized to yield an equivalent amount of acetate ion. The concentrations of these conjugate acid-base partners, therefore, are equal. A convenient approach to computing the pH is use of the Henderson-Hasselbalch equation:

DNA replication process diagram; visualization of DNA synthesis method; educational genetics diagram.

(pH = pKa at the half-equivalence point in a titration of a weak acid)

(d) Titrant volume = 37.50 mL. This volume represents a stoichiometric excess of titrant, and a reaction solution containing both the titration product, acetate ion, and the excess strong titrant. In such solutions, the solution pH is determined primarily by the amount of excess strong base:

Chromatography equipment diagram for separating solution mixtures, with labeled components.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-base Titrations.

Tags

Titration CalculationsWeak AcidStrong BasePH CalculationKaKbICE TableHenderson Hasselbalch EquationNeutralization ReactionHydronium IonsHydroxide IonsAcetic Acid SolutionSodium HydroxideBufferMoles Of AcetateMoles Of Acetic AcidBuffer PHPKaEquivalence Point

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