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QUI201 (QUI145) – QUÍMICA ANALÍTICA B (Química Industrial) Prof. Mauricio X. Coutrim (mcoutrim@iceb.ufop.br) mailto:mcoutrim@iceb.ufop.br 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 2 CONSTANTES DE EQUILÍBRIO EM SISTEMAS REDOX TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO E0Ag – E 0 Cu = (0,0592/2)*log(1/[Ag +]2) – (0,0592/2)*log(1/[Cu2+]); E0Ag – E 0 Cu = (0,0592/2)*log(1/[Ag +]2) + (0,0592/2)*log[Cu2+]; (E0Ag – E 0 Cu)*2/0,0592 = log([Cu 2+]/[Ag+]2) = log Keq No equilíbrio o potencial de eletrodo para todas as semirreações em um sistema de oxidação/redução são iguais. 0 (zero) (x 2) Keq = [Cu 2+] / [Ag+]2 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 3 CONSTANTES DE EQUILÍBRIO EM SISTEMAS REDOX TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO log Keq = log([Cu 2+]/[Ag+]2) = (E0Ag – E 0 Cu)*2/0,0592 = 2*(0,799 – 0,337)/0,0592; log Keq = 15,61; Keq = 4,1.10 15 Obtenção da Keq a partir da energia livre (DG) da reação DG0 = - n*F*E0cel = - R*T*ln Keq; ln Keq = n*F*E 0 cel / R*T; (x 2) E0Ag+/Ag = 0,799 V E0Cu2+/Cu = 0,337 V log Keq = n*E 0 cel / 0,0592 = n*(E 0 direita – E 0 esquerda) / 0,0592 Qual Keq dessa reação? 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 4 CONSTANTES DE EQUILÍBRIO EM SISTEMAS REDOX TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO log Keq = log([Fe 2+]2*[I3 -])/([Fe3+]2*[I-]3) = (E0Fe3+/Fe2+ – E 0 I3-/I-)*2 / 0,0592; log Keq = 2*(0,771 – 0,536) / 0,0592 = 7,94; Keq = 8,7.10 7 Calcule Keq para a reação espontânea do sistema redox: Fe3+ + é ⇋ Fe2+, E0 = 0,771 V; I3- + 2é ⇋ 3I-, E0 = 0,536 V 2Fe3+ + 2é ⇋ 2Fe2+ E0 = 0,771 V; 3I- ⇋ I3 - + 2é E0 = 0,536 V 2Fe3+ + 3I- ⇋ 2Fe2+ + I3 - 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 5 CONSTANTES DE EQUILÍBRIO EM SISTEMAS REDOX TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO log Keq = log([H +]4)/([MnO4 -]2*[Mn2+]3) = (E0MnO4-/MnO2 – E 0 MnO2/Mn2+)*6 / 0,0592; log Keq = 6*(1,695 – 1,23) / 0,0592 = 47,1; Keq = 1,3.10 47 Calcule Keq para a reação espontânea do sistema redox: MnO4 - + 4H+ + 3é ⇋ MnO2(s) + 2H2O, E 0 = 1,695 V; MnO2(s) + 4H + + 2é ⇋ Mn2+ + 2H2O, E 0 = 1,23 V 2MnO4 - + 8H+ + 6é ⇋ 2MnO2(s) + 4H2O E 0 = 1,695 V; 3Mn2+ + 6H2O ⇋ 3MnO2(s) + 12H + + 6é E0 = 1,23 V 2MnO4 - + 3Mn2+ + 2H2O ⇋ 5MnO2(s) + 4H + 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 6 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO A curva de titulação num sistema redox é construída em função do pontencial do eletrodo (e não como uma função p) vs Vtitulante. P. Ex., Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+ Seja o sistema: Ce4+ + é Ce3+; E0 = + 1,44 V Fe3+ + é Fe2+; E0 = + 0,68 V Fe2+ Fe3+ + é ; E0 = – 0,68 V Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+; E0 = + 0,76 V (espontânea) 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 7 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Para a titulação a reação deve ser rápida e reversível (o sistema estará em equilíbrio em todos os estágios da titulação) No equilíbrio Esistema = ECe4+/Ce3+ = EFe3+/Fe2+ (ambas semirreações fornecem Esistema!) Tem-se que: Ce4+ + é Ce3+; E0 = + 1,44 V (em H2SO4 1,0 mol.L -1) Fe3+ + é Fe2+; E0 = + 0,68 V (em H2SO4 1,0 mol.L -1) Fe2+ Fe3+ + é ; E0 = – 0,68 V Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+; E0 = + 0,76 V (espontânea) 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 8 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de uma solução de Fe2+ 0,0500 mol.L-1 utilizando como titulante uma solução de Ce4+ 0,1000 mol.L-1, em meio de H2SO4 1,0 mol.L -1. As concentrações das espécies oxidadas e reduzidas do indicador devem estar ajustadas! Assim, o potencial de eletrodo do indicador será igual ao do sistema. O E0 de algumas espécies varia com o pH do meio. Esses valores podem ser obtidos no Apêndice 5 do livro. O potencial do sistem pode ser obtido tanto pela semirreação do Ce4+ quanto pela do Fe3+. Dependendo do estágio da titulação uma ou outra será preferida. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 9 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de uma solução de Fe2+ 0,0500 mol.L-1 utilizando como titulante uma solução de Ce4+ 0,1000 mol.L-1, em meio de H2SO4 1,0 mol.L -1. No ponto de equivalência (PE) tem-se, pela semirreação do Ce4+: Pela semirreação do Fe3+: E somando as duas semirreações: 2*Eeq = E 0 Ce4+/Ce3+ + E 0 Fe3+/Fe2+ – 0,0592*log([Ce 3+]*[Fe2+])/([Ce4+]*[Fe3+]); No PE: [Fe2+] = [Ce4+] e [Fe3+] = [ Ce3+] 2*Eeq = E 0 Ce4+/Ce3+ + E 0 Fe3+/Fe2+; Eeq = (E 0 Ce4+/Ce3+ + E 0 Fe3+/Fe2+) / 2 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 10 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de Fe2+ 0,0500 mol.L-1 com Ce4+ 0,1000 mol.L-1. (nFe2+ = 0,05000 x 0,0500 = 2,500.10-3 mol) No PE: nFe2+ = nCe4+ ([Fe2+] = [Ce4+]) e nFe3+ = nCe3+ ([Fe3+] = [Ce3+]). Então: Veq = VCe4+ = [Fe 2+]*VFe2+ = Veq = 0,02500 L = 25,00 mL [Ce4+] 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 11 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de Fe2+ 0,0500 mol.L-1 com Ce4+ 0,1000 mol.L-1. (nFe2+ = 0,05000 x 0,0500 = 2,500.10-3 mol) Antes do PE (utiliza-se a semirreação do Fe2+ / há excesso de Fe2+): Com V = 0 mL não é possível se saber quanto do Fe2+ foi a Fe3+ oxidado pelo oxigênio do ar. Então, se calcula após alguma adição de Ce4+. Com adição de V = 5,00 mL de Ce4+ (nCe4+ = 0,1000 x 0,00500 = 5,00.10-4 mol) O potencial é dado pelo excesso de Fe2+/Fe3+. E nFe2+ = 2,500.10-3 – 5,00.10-4 = 2,000.10-3 mol e nCe4+(adicionado) = nFe3+ = 5,00.10-4 mol. [Fe2+] = 2,000.10-3 mol / 0,05500 L = 3,636.10-2 mol.L-1. [Fe3+] = 5,00.10-4 mol / 0,05500 L = 9,09.10-3 mol.L-1. Esistema = E0Fe3+/Fe2+ - (0,0592/1) log ([Fe2+] / [Fe3+]) Esistema = 0,68 - 0,0592 log (3,636.10-2 / 9,09.10-3 ) = 0,64 V Pelo mesmo raciocínio após a adição de 24,90 mL de Ce4+ tem-se um potencial de 0,82 V 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 12 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de Fe2+ 0,0500 mol.L-1 com Ce4+ 0,1000 mol.L-1. (nFe2+ = 0,05000 x 0,0500 = 2,500.10-3) Após o PE (utiliza-se a semirreação do Ce4+ / há excesso de Ce4+): Com adição de V = 25,10 mL de Ce4+ (nCe4+ = 0,1000 x 0,02510 = 2,510.10-3 mol > nFe2+) O potencial é dado pelo excesso de Ce4+/Ce3+. E nCe4+ = 2,510.10-3 – 2,500.10-3 = 1,0.10-5 mol e nCe3+ = nFe3+ = 2,50.10-3 mol. [Ce4+] = 1,0.10-5 mol / 0,07510 L = 1,33.10-4 mol.L-1. [Ce3+] = 2,50.10-3 mol / 0,07510 L = 3,33.10-2 mol.L-1. Esistema = E0Ce4+/Ce3+ - (0,0592/1) log ([Ce3+] / [Ce4+]) Pelo mesmo raciocínio após a adição de 30,00 mL de Ce4+ tem-se um potencial de 1,40 V Esistema = 1,44 - 0,0592 log (3,33.10-2 / 1,33.10-4 ) = 1,30 V 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 13 CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de Fe2+ 0,0500 mol.L-1 com Ce4+ 0,1000 mol.L-1. (nFe2+ = 0,05000 x 0,0500 = 2,500.10-3) 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 14 CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Dependência da curva com o potencial redox do sistema (analito e titulante) e com a constante de equilíbrio da reação O potencial de eletrodo para o analito (E0A) é 0,200 V; iniciando com a curva A, os potenciais de eletrodo para o titulante (E0T) são 1,20; 1,00; 0,80; 0,60 e 0,40 V, respectivamente. Ambos, analito e titulante, sofrem uma variação de um elétron. Encontre na curva o Potencial de Equivalência para essas 5 situações Tem-se que: Ce4+ + é Ce3+; E0 = + 1,44 V (em H2SO4 1,0 mol.L -1) (x2) UO2 2+ + 4H+ + 2é U4+ + 2H2O E 0 = + 0,334 V 2Ce4+ + 2é 2Ce3+ E0 = + 1,44 V U4+ + 2H2O UO2 2+ + 4H+ + 2é E0 = – 0,334 V 2Ce4+ + U4+ + 2H2O UO2 2+ + 2Ce3+ + 4H+; E0 = + 1,106 V (espontânea) 15/08/2017 Química Analítica I Prof.Mauricio Xavier Coutrim 15 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de uma solução de U4+ 0,02500 mol.L-1 utilizando como titulante uma solução de Ce4+ 0,1000 mol.L-1, em meio de H2SO4 1,0 mol.L -1. 16 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de uma solução de U4+ 0,02500 mol.L-1 utilizando como titulante uma solução de Ce4+ 0,1000 mol.L-1, em meio de H2SO4 1,0 mol.L -1. No ponto de equivalência (PE) tem-se, pela semirreação do Ce4+: Multiplicando a última semirreação por 2 e somando as duas: 3*Eeq = 2*E 0UO22+/U4+ + E0Ce4+/Ce3+ – 0,0592*log([U 4+][Ce3+])/([UO2 2+][Ce4+][H+]4); No PE: [U4+] = [Ce4+]/2 e [UO2 2+] = [Ce3+]/2 3*Eeq = 2*E 0UO22+/U4+ + E0Ce4+/Ce3+ – 0,0592*log(2[Ce 4+][Ce3+])/(2[Ce3+][Ce4+][H+]4) Eeq = (2*E 0 UO2 2+/U4+ + E0Ce4+/Ce3+)/3 – (0,0592/3)*log(1/[H +]4) Pela semirreação do U4+: 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 17 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de U4+ 0,02500 mol.L-1 com Ce4+ 0,1000 mol.L-1. (nU4+ = 0,05000 x 0,02500 = 1,250.10-3 mol) No PE: nU4+ = nCe4+/2 ([U4+] = [Ce4+]/2) e nUO22+ = nCe3+/2 ([UO2 2+] = [Ce3+]/2). E: Veq = VCe4+ = 2*([U 4+]*VU4+) = Veq = 0,02500 L = 25,00 mL [Ce4+] Eeq = (2*E 0 UO2 2+/U4+ + E0Ce4+/Ce3+)/3 – (0,0592/3)*log(1/[H +]4) = 0,703 V 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 18 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de U4+ 0,02500 mol.L-1 com Ce4+ 0,1000 mol.L-1. (nU4+ = 0,05000 x 0,02500 = 1,250.10-3 mol) Antes do PE (utiliza-se a semirreação do U4+ / há excesso de U4+): Com V = 0 mL não há reação (não há ddp). Com adição de V = 5,00 mL de Ce4+ (nCe4+ = 0,1000 x 0,00500 = 5,00.10-4 mol) O potencial é dado pelo excesso de U4+/UO2 2+. E nU4+ = 1,250.10-3 – (5,00.10-4)/2 = 1,000.10-3 mol e nUO22+ = nCe3+(formado)/2 = 2,50.10-4 mol. [U4+]remanescente = 1,000.10 -3 mol / 0,05500 L = 1,82.10-2 mol.L-1. [UO2 2+]formado = 2,50.10 -4 mol / 0,05500 L = 4,54.10-3 mol.L-1. Esistema = E0U4+/UO22+ - (0,0592/2) log ([U4+] / ([UO2 2+] [H+]4)) Esistema = 0,334 - 0,0592/2 log (1,82.10-2 / 4,54.10-3 ) = 0,316 V Pelo mesmo raciocínio após a adição de 24,90 mL de Ce4+ tem-se um potencial de 0,405 V nU4+ = nCe4+/2 nUO24+ = nCe3+/2 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 19 CONSTRUÇÃO DA CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de U4+ 0,02500 mol.L-1 com Ce4+ 0,1000 mol.L-1. (nU4+ = 0,05000 x 0,02500 = 1,250.10-3 mol) Após o PE (utiliza-se a semirreação do Ce4+ / há excesso de Ce4+): Com adição de V = 25,10 mL de Ce4+ (nCe4+ = 0,1000 x 0,02510 = 2,510.10-3 mol > nUO22+) O potencial é dado pelo excesso de Ce4+/Ce3+. E nCe4+ = 2,510.10-3 – 2,500.10-3 = 1,0.10-5 mol e nCe3+ = 2nUO22+ = 2*1,250.10-3 = 2,50.10-3 mol. [Ce4+]remanescente = 1,0.10 -5 mol / 0,07510 L = 1,33.10-4 mol.L-1. [Ce3+]formado = 2,50.10 -3 mol / 0,07510 L = 3,33.10-2 mol.L-1. Esistema = E0Ce4+/Ce3+ - (0,0592/1) log ([Ce3+] / [Ce4+]) Pelo mesmo raciocínio após a adição de 30,00 mL de Ce4+ tem-se um potencial de 1,40 VEsistema = 1,44 - 0,0592 log (3,33.10-2 / 1,33.10-4 ) = 1,30 V nCe3+ = 2nUO22+ 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 20 CURVA DE TITULAÇÃO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Titulação de 50,00 mL de uma solução de Fe2+ 0,05000 mol.L-1 (A) e U4+ 0,02500 mol.L-1 (B), utilizando como titulante uma solução de Ce4+ 0,1000 mol.L-1, em meio de H2SO4 1,0 mol.L -1. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 21 VELOCIDADE DE REAÇÃO E POTENCIAIS DE ELETRODO TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Nem sempre potenciais padrão favoráveis indicam que determinada reação é adequada para finalidades analíticas. É preciso se saber da cinética da reação (rapidez com a qual o equilíbrio é atingido). Exemplo, oxidação de As(III) com Ce(IV) em H2SO4(aq): O equilíbrio é bastante deslocado para a direita mas a titulação do arsênio(III) com cério(IV) é impossível sem um catalisador (são necessárias várias horas para se atingir o equilíbrio). Keq ≅ 10 28 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 22 INDICADORES REDOX TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO São substâncias que mudam de cor quando oxidadas ou reduzidas. A mudança de cor ocorre quando muda para Variação de cerca de 100 X nas razões de concentração dos reagentes, ou seja, uma variação de cerca de 0,06 V muitas vezes é suficiente. A mudança de cor depende somente do potencial do sistema. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 23 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO Indicador específico: amido →complexo azul com I3- (indica produção de I2) 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 24 INDICADOR FERROÍNA (Fe2+ + 1,10-fenantrolina = vermelho) TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO A ferroína se comporta como um indicador ideal: 1) Reage rápida e reversivelmente, 2) A mudança de cor é pronunciada, 3) As soluções são estáveis e facilmente preparadas, 4) A forma oxidada é bastante inerte ante agentes oxidantes fortes. (praticamente incolor) 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 25 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação AGENTES REDUTORES PADRÃO 1) Tiossulfato de sódio (Na2S2O3). • Agente redutor moderadamente forte. • Pode determinar iodo, reduzindo-o (I- → I2) por método indireto. • Com o sistema I2 / S2O3 2- pode se determinar agentes oxidantes. O I- em excesso garante que todo OCl- seja reduzido. O ponto final da titulação pode ser determinado pelo surgimento de uma leve coloração amarelada (I2 é castanho) ou com amido (a a-amilose do amido forma com o I2 um composto de coloração azul intensa). Exemplo de utilização: determinação de hipoclorito (ClO-). 2 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 26 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação IODATO: PADRÃO PARA TIOSSULFATO DE SÓDIO Qual a concentração de uma solução de tiossulfato de sódio padronizada com 0,1210 g de iodato de potássio (214,00 g.mol-1) em excesso de iodeto de potássio e fortemente acidificada com ácido clorídrido, sabendo que para a titulação foram utilizados 41,65 mL da solução até o ponto final indicado pelo amido? Têm-se que nIO3- = 0,1210 / 214,00 = 5,654.10 -4 mol. Sendo nS2O32- = 6 x nIO3-, então: nS2O32- = 6 x 5,654.10 -4 = 3,392.10-3 mol; CNaS2O3 = 3,392.10 -3 mol / 41,65.10-3 L = 8,145.10-2 mol.L-1. 3 Padronização de uma solução de tiossulfato de sódio (Na2S2O3). • Pode ser utilizado iodato de potássio (KIO3), excelente padrão primário. • Iodeto e iodato precisam estar em meio fortemente acidificado. • Pelas estequiometrias: 1 mol IO3 - = 3 mols I2 = 6 mols S2O3 2-. 2 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 27 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação DETERMINAÇÃO DE HIPOCLORITO COM TIOSSULFATO DE SÓDIO Determinação de hipoclorito em água sanitária por iodometria. ClO- + H2O + Cl - → 2OH- + Cl2 Um volume de 15,00 mL de água sanitária foi diluído a 250,00 mL e, após adição de excesso de iodeto e ácido, uma alíquota de 50,00 mL dessa solução foi titulada com a solução de Na2S2O3 padronizada no exercício anterior, consumindo 14,75 mL até o ponto final. Calcule o teor (%, m/v) de ClO- (51,45 g.mol-1) na amostra. Qual a qualidade dessa amostra sabendo que a especificação é 2,0 a 2,5 % de cloro (Cl2)? Têm-se que nS2O32- = 8,145.10 -2 x 14,75.10-3 = 1,201.10-3 mol. Sendo nClO- = 2 x nS2O32-, então: nClO- = 1,201.10 -3 / 2 = 6,005.10-4 mol; Para ClO- tem-se: mClO- = 6,005.10 -4 x 51,45 = 3,09.10-2 g (em 50/250 x 15 mL = 3 mL). Em 100 mL = 1,03 g ou 1,03 %, m/v. Em Cl2, teor = 1,03 x (70,91/51,45) = 1,42 %, m/v! 2 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 28 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação DETERMINAÇÃO DE PRINCÍPIO ATIVO EM ANTIBIÓTICO Determinação de sulfanilamidaem medicamento. Uma amostra de 0,2981 g de um antibiótico em pó foi dissolvida em HCl e a solução foi diluída a 100,0 mL. Uma alíquota de 20,00 mL foi transferida para um frasco, seguida pela adição de 25,00 mL de KBrO3 0,01767 mol L -1. Um excesso de KBr foi adicionado para formar Br2 e o frasco foi fechado. Após dez minutos, durante os quais o Br2 reagiu com a sulfanilamida, um excesso de KI foi acrescentado. O iodo liberado foi titulado com 12,92 mL de tiossulfato de sódio 0,1215 mol L-1. Calcule o porcentual de sulfanilamida (NH2C6H4SO2NH2, 172,21 g mol -1) presente no medicamento. R. 80,47 %, m/m Exercício para nota 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 29 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação AGENTES OXIDANTES PADRÃO 1) Permanganato de potássio (KMnO4) e cloreto de cério IV (CeCl4). • Ambos são agentes oxidantes fortes. // • Vantagens: Ce4+ é muito estável (em H2SO4), padrão primário; MnO4 - não utiliza indicador (solução MnO4 - tem cor púrpura intensa / sensível a 4.10-6 mol.L-1). • Desvantagens: Ce4+ precipita sais básicos, custa + que 10X // MnO4 - degrada. Problemas com o ponto final na titulação com MnO4-: 1) O ponto final deve ser rapidamente observado (30 s) porque Mn2+ reage: 2) O MnO4 - se degrada lentamente com a água. Essa reação é lenta mas é catalisada pela luz, calor, Mn2+, etc. Filtração retira MnO2, aquecimento elimina matéria orgânica e evitar exposição à luz aumentam a vida útil da solução de MnO4 -. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 30 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação PREPARAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO DE PERMANGANATO Descreva como você prepararia 2,0 L de uma solução com cerca de 0,010 mol L-1 de KMnO4 (158,03 g mol-1). 1º) Calcular a massa de soluto necessária: 3,16 g Procedimento: Dissolva cerca de 3,2 g de KMnO4 em um pouco de água. Após a dissolução se completar, adicione água para atingir o volume até quase 2,0 L. Aqueça a solução até a ebulição por um breve período e deixe em repouso até seu resfriamento. Filtre em um cadinho de placa porosa e armazene em um frasco escuro limpo. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 31 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação OXALATO: PADRÃO PARA PERMANGANATO Qual a concentração de uma solução de permanganato de potássio da qual foram utilizados 31,50 mL para atingir o ponto final na padronização com 0,1150 g de oxalato de sódio (134,00 g.mol-1)? Têm-se que nC2O42- = 0,1150 / 134,00 = 8,582.10 -4 mol. Sendo nMnO4- = (2/5) x nC2O42-, então: nMnO4- = 2 / 5 x 8,582.10 -4 = 3,433.10-4 mol; CKMnO4 = 3,134.10 -4 mol / 31,50.10-3 L = 1,090.10-2 mol.L-1. Padronização de uma solução de permanganato de potássio (KMnO4). • Pode ser utilizado oxalato de sódio (Na2C2O4) em meio ácido. Bom padrão primário. • Pelas estequiometrias: 2 mols MnO4 - = 5 mols C2O4 2-. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 32 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO COM PERMANGANATO A água oxigenada mais comumente comercializada apresenta 10 volumes, ou seja, 1L de solução produz 10 L de O2, conforme reação: 2 H2O2 2H2O + O2. Qual o teor de H2O2 (34,01 g.mol -1) nesse produto, em %, m/v? Exemplo de utilização: análise de água oxigenada (teor de H2O2). Têm-se que 1 mol de O2 nas CNTP ocupa 22,4 L, então, em 10 L há 0,446 mol de O2. Se 2 mols de H2O2 produz 1 mol de O2, serão necessários 0,892 mols de H2O2 para produzir 0,446 mols de O2, cuja massa é igual a (0,892 x 34,01 =) 30,34 g. Se em 1,0 L do produto há 30,34 g de H2O2, em 100 mL haverá 3,03 g (3,03 %, m/v). A água oxigenada comercial deve conter cerca de 3,0 %, m/m, de H2O2. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 33 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação Uma massa igual a 1,3594 g de água oxigenada foi transferida para um erlenmeyer, diluída com água destilada e acidificada com H2SO4. E na titulação com a solução de KMnO4 de exercício anterior foram consumidos 40,05 mL da solução padrão. Determine o percentual em massa (%, m/m) de H2O2 (34,01 g.mol -1) nessa amostra. Qual a qualidade dessa água oxigenada para ser comercializada como 10 volumes? Têm-se que nMnO4- = 1,090.10 -2 x 40,05.10-3 = 4,365.10-4 mol. Sendo nH2O2 = (2/5) x nMnO4-, então: nH2O2 = 5 / 2 x 4,365.10 -4 = 1,091.10-3 mol; Então: mH2O2 = 1,091.10 -3 x 34,01 = 3,711.10-2 g (em 1,3594 g). Em 100 g, mH2O2 = 3,711.10 -2 x 100 / 1,3594 = 2,73 g (2,73 %, m/m). O teor dessa amostra está abaixo de 3,0% e isso significa que ela é menos que 10 Vol. Determinação de peróxido de hidrogênio (H2O2) Continuação DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO COM PERMANGANATO 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 34 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação DICROMATO DE POTÁSSIO: AGENTE OXIDANTE PADRÃO 2) Dicromato de potássio (K2Cr2O7). • Agente oxidante forte. • Vantagens: as soluções são muito estáveis, padrão primário; preço acessível. • Desvantagens: Necessita indicador no ponto final (ácido Difenilaminossulfônico). Principal aplicação: Determinação de Fe2+ em meio ácido (pode ser utilizado em titulação indireta): 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 35 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação DETERMINAÇÃO DE ETANOL COM DICROMATO Uma amostra de 5,00 mL de conhaque foi diluída para 1,000 L e o etanol (C2H5OH) contido em uma alíquota de 25,00 mL dessa solução foi destilado e recolhido em 50,00 mL de K2Cr2O7 2,000.10 -2 mol.L-1 sendo oxidado a ácido acético por aquecimento: Após o resfriamento, 20,00 mL de uma solução de Fe2+ 0,1253 mol L-1 foi pipetada no frasco e o excesso de Fe2+ foi titulado com 7,45 mL de K2Cr2O7 padrão até a viragem do indicador ácido difenilaminossulfônico. Encontre o teor alcoólico (teor de etanol em %, m/v) dessa bebida. Tem-se que nFe2+ Total = 0,1253 x 20,00.10 -3 = 2,506.10-3 mol. nCr2O72- = 2,000.10 -2 x 7,45.10-3 = 1,49.10-4 mol. nFe2+ excesso = 6 nCr2O72- = 6 x 1,49.10 -4 = 8,94.10-4 mol. Então nFe2+ reagido = 1,61.10 -3 mol Utilização: determinação de teor alcoólico (C2H2OH) com Fe 2+/Cr2O7 2-. 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 36 TITULAÇÃO DE OXI-REDUÇÃO / Aplicação Amostra: 5,00 mL / 1 L; C2H5OH (46,07 g.mol -1) em 25,00 mL oxidado com 50,00 mL de K2Cr2O7 2,000.10 -2 mol.L-1: O excesso de Cr2O7 2- é reduzido com 20,00 mL de Fe2+ 0,1253 mol L-1 e o excesso de Fe2+ titulado com 7,45 mL de K2Cr2O7 2,000.10 -2 mol.L-1. Qual a %, m/v de C2H5OH (46,07 g.mol -1) no conhaque (teor alcoólico)? Tem-se que nCr2O72- excesso = nFe2+ reagido / 6 = 1,61.10 -3 / 6 = 2,68.10-4 mol. nCr2O72- adicionado = 2,000.10 -2 x 50,00.10-3 = 1,000.10-3 mol. nCr2O72- reagido = 1,000.10 -3 – 2,68.10-4 = 7,32.10-4 mol = (2/3) nC2H5OH. nC2H5OH = (3/2) 7,32.10 -4 = 1,10.10-3 mol em 25 mL. Em 1 L nC2H5OH = 4,40.10 -2 mol. Em 5 mL de conhaque há 4,40.10-2 mol de C2H5OH, ou seja, 2,027 g de C2H5OH. Então em 100 mL há 40,54 g, isto é, o teor de C2H5OH é igual a 40,54 %, m/v. Utilização: determinação de etanol (C2H2OH) com Fe 2+/Cr2O7 2- ContinuaçãoDETERMINAÇÃO DE ETANOL COM DICROMATO EXERCÍCIOS DE OXIDAÇÃO / REDUÇÃO 15/08/2017 Química Analítica I Prof. Mauricio Xavier Coutrim 37 1) A titulação de 0,1756 g do padrão primário Na2C2O4 necessitou de 32,04 mL de uma solução de KMnO4. Calcule a concentração em mol por litro de KMnO4 nessa solução. 2) Uma amostra de 0,1809 g de um fio de ferro puro foi dissolvida em ácido, reduzida para o estado +2 e titulada com 31,33 mL de Ce(IV). Calcule a concentração em mol por litro da solução de Ce4+. 3) O iodo produzido quando um excesso de KI foi adicionado a uma solução contendo 0,1259 g de K2Cr2O7 consumiu 41,26 mL na titulação com Na2S2O3. Calcule a concentração em mol por litro da solução de tiossulfato. 4) O Sb(III) presente em uma amostra de 0,978 g de um minério necessitou de 44,87 mL em uma titulação com I2 0,02870mol L-1 [produto da reação: Sb(V)]. Expresse os resultados dessa análise em termos de (a) porcentual de Sb e (b) porcentual de estibinita (Sb2S3). R. 0,01636 mol.L-1 R. 0,0622 mol.L-1 R. a) 16,03%, m/m; b) 22,37%, m/m
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