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1 1. Equilí brio quí mico em soluço es Ácidos, bases e sais quando dissolvidos em água sofrem ionização ou dissociação liberando íons em solução. As reações de ionização e dissociação são reversíveis, desta forma, entram em equilíbrio químico. 1.1 CONSTANTE DE IONIZAÇÃO Considere os seguintes valores da constante de equilíbrio: H2SO4 ⇌ H+ + HSO4- Kc = 103 CH3COOH ⇌ H+ + CH3COO- Kc =1,8.10-5 1.2 ÁCIDOS FRACOS E FORTES NO EQUILÍBRIO 1.3 TABELA DE VALORES DE Ka 1.4 Kb - CONSTANTE DE BASICIDADE Da mesma forma que definimos constante de ionização para ácidos como Ka podemos fazê-lo para bases como Kb. Tudo que foi concluído nos tópicos acima para os ácidos (Ka) valem para as bases (Kb). Exemplo: NaOH ⇌ Na+ + OH- 1 (FATEC-SP) Considere volumes iguais de soluções 0,1 mol.L-1 dos ácidos listados a seguir, designados por I, II, III e IV e seus respectivos Ka. A concentração de H+ será a) maior na solução do ácido IV. b) maior na solução do ácido I. c) a mesma nas soluções dos ácidos II e III. d) a mesma nas soluções dos ácidos I, II, III e IV. e) menor na solução do ácido IV. EQUILÍBRIO IÔNICO Prof.: Gerson Ito @gehideo bit.ly/conexaoquimica Nome: ___________________________________________________________________________ https://bit.ly/conexaoquimica https://youtu.be/bRPAwUZrBsU https://www.youtube.com/playlist?list=PLxSf0wOZRlWmM_FXq3DdhNeP59896L3ar 2 2 (UFSM-RS) Considere a tabela e o quadro esquemático: Os frascos que melhor representam as soluções A e B são, respectivamente: a) 1 e 2 b) 1 e 3 c) 2 e 4 d) 3 e 2 e) 4 e 2. EXERCÍCIOS 3. (Upf 2012) Compreender o comportamento ácido-básico das espécies químicas em solução aquosa é de fundamental importância não somente para o entendimento do que ocorre em laboratórios, mas também diariamente ao nosso redor. Apenas como um dos exemplos tem-se o que ocorre no interior da boca e aparelho digestivo, onde essas espécies afetam o sabor, a qualidade e a digestão de nossa comida. Abaixo são apresentados valores de constantes de ionização ácida (Ka) de espécies químicas em água a 25 °C. Espécie Química Ka Ácido fluorídrico 7,0 x 10-4 Ácido etanoico 1,8 x 10-5 Fenol 1,3 x 10-10 Ácido carbônico 4,3 x 10-7 Metilamina 2,8 x 10-11 Íon amônio 5,6 x 10-10 Considerando os valores de constantes de ionização ácida das referidas espécies químicas, avalie as afirmativas como verdadeiras (V) ou falsas (F). ( ) O ácido etanoico apresenta o menor caráter ácido entre as espécies químicas listadas na tabela. ( ) O fenol apresenta caráter básico mais acentuado dentre as espécies químicas listadas na tabela. ( ) Uma solução de fenol em água apresenta maior caráter ácido do que uma solução de metilamina em água. ( ) O ácido fluorídrico é a espécie que apresenta maior caráter ácido entre as espécies listadas na tabela. ( ) Em relação ao comportamento básico, podemos afirmar que o íon amônio apresenta maior caráter que o ácido fluorídrico e menor do que a metilamina. Assinale a alternativa que apresenta a ordem correta de cima para baixo. a) F, V, F, V, V b) F, V, F, V, F c) F, F, V, F, V d) V, F, V, F, V e) F, F, V, V, V 4 (Ufsj 2012) Abaixo, são fornecidas as constantes de dissociação para alguns ácidos monopróticos a 25 °C: Ácido Ka Acético 1,8 x 10–5 Cloroso 1,1 x 10–2 Cianídrico 4,0 x 10–10 Fluorídrico 6,7 x 10–4 Hipocloroso 3,2 x 10–8 Considerando soluções aquosas contendo a mesma concentração desses ácidos, a ordenação CORRETA de suas forças é a) cloroso > fluorídrico > acético> hipocloroso > cianídrico. b) cianídrico > hipocloroso> acético > fluorídrico > cloroso. c) fluorídrico > cianídrico > hipocloroso> acético > cloroso. d) fluorídrico = cianídrico = hipocloroso = acético = cloroso, pois são monopróticos. 5 (Mackenzie 2013) Uma substância química é considerada ácida devido a sua tendência em doar íons H+ em solução aquosa. A constante de ionização Ka é a grandeza utilizada para avaliar essa tendência. Assim, são fornecidas as fórmulas estruturais de algumas substâncias químicas, com os seus respectivos valores de Ka, a 25°C. A ordem crescente de acidez das substâncias químicas citadas é a) ácido fosfórico < ácido etanoico < ácido carbônico < ácido fênico. b) ácido fênico < ácido carbônico < ácido etanoico < ácido fosfórico. c) ácido fosfórico < ácido carbônico < ácido etanoico < ácido fênico. d) ácido fênico < ácido etanoico < ácido carbônico < ácido fosfórico. e) ácido etanoico < ácido carbônico < ácido fênico < ácido fosfórico. Solução Composto Concentração Acidez (Ka) A Ácido acético 3mol/L 1,7.10-5 B Ácido tricloroacético 0,01mol/L 2.10-1 https://youtu.be/j9Lk_ltIUhw 3 2. A Lei da Diluiça o de Ostwald Ostwald deduziu pela primeira vez uma expressão matemática para monoácidos e monobases relacionando: - Constante de ionização (Ka ou Kb) - Concentração em mol/L (Ɱ) - Grau de ionização (α) EXEMPLO Um monoácido de concentração 1mol/L tem grau de ionização de 2%. Calcule a concentração de H+ em solução e o valor do Ka FÓRMULAS Para α < 5%: A Lei da diluição de Ostwald pode ser aplicada tanto para bases como ácidos. 6. (Uern 2015) Considere a concentração de uma solução de ácido acético (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻) igual a 0,6𝑚𝑜𝑙/ 𝐿 e o seu grau de ionização igual a 3% em temperatura ambiente. É correto afirmar que a) A [𝐻+] é igual 0,18. b) A [𝐻+] é proveniente de duas etapas. c) O valor da [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂 −] é três vezes maior que a [𝐻+]. d) A constante de ionização é de, aproximadamente, 5,5 × 10−4. 7 (UFMG-MG) Um monoácido fraco tem constante de ionização igual a 10–8, em temperatura ambiente. Este ácido, numa solução molar, terá grau de ionização, aproximadamente, igual a: a) 10% b) 1% c) 0,1% d) 0,01% e) 0,001% EXERCÍCIOS 8. (Uerj simulado 2018) O cianeto de hidrogênio (𝐻𝐶𝑁) é um gás extremamente tóxico, que sofre ionização ao ser dissolvido em água, conforme a reação abaixo. 𝐻𝐶𝑁(𝑎𝑞) ⇄ 𝐻(𝑎𝑞) + + 𝐶𝑁(𝑎𝑞) − Em um experimento, preparou-se uma solução aquosa de HCN na concentração de 0,1 𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1 e grau de ionização igual a 0,5%. A concentração de íons cianeto nessa solução, em 1mol L ,− é igual a: a) 2,5 × 10−4 b) 5,0 × 10−4 c) 2,5 × 10−2 d) 5,0 × 10−2 9 (ITA-SP) Numa solução aquosa 0,100 mol/L de um ácido monocarboxílico, a 25 °C, o ácido está 3,7% ionizado após o equilíbrio ter sido atingido. Assinale a opção que contém o valor correto da constante de ionização desse ácido nessa temperatura. a) 1,4 b) 1,4 · 10-3 c) 1,4 · 10-4 d) 3,7 · 10-2 e) 3,7 · 10-4 Ka = 𝜶𝟐 𝟏−𝜶 . Ɱ [H+]=α.Ɱ Ka =α2.Ɱ https://youtu.be/h0IXo092vp0 https://youtu.be/kPRDEQEUAEA 4 10 (UFES-ES) Uma solução é preparada introduzindo-se 14,1 g de ácido nitroso (HNO2) em um balão volumétrico de 1000 cm3 e completando-se com água destilada. Sabendo-se que 4,1% do ácido se ionizou, determine os valores das concentrações dos produtos no equilíbrio e o valor do Ka para o ácido nitroso. Dados: Massas atômicas H = 1 u, N = 14 u, O = 16 u 11 (FUVEST-SP) Valor numérico da constante de ionização do ácido acético = 1,8 · 10–5. Dada amostra de vinagre foi diluída com água até se obter uma solução com [H+] = 10-3 mol/L. Nessa solução, as concentrações em mol/L, de CH3COO- e de CH3COOH são, respectivamente, da ordem de: a) 3 · 10–1 e 5 · 10–10 b) 3 · 10–1 e 5 · 10–2 c) 1 · 10–3 e 2 · 10–5 d) 1 · 10–3 e 5 · 10–12 e) 1 · 10–3 e 5 · 10–2 3. Equilí brioio nico da A gua O que é formado numa reação entre H2O + H2O? H2O + H2O ⇌ 4.1 PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA (Kw) H2O(l) ⇌ H+(aq) + OH-(aq) EXEMPLOS Calcule o valor da [H+] numa solução neutra a 25° Calcule o valor da [OH-] numa solução com concentração de [H+] = 10-2 mol/L. Esta solução será ácida ou básica? Complete a tabela https://youtu.be/cue92RryGKU 5 12. (Fac. Albert Einstein - Medicin 2019) A tabela mostra valores do pH da água líquida em diferentes temperaturas Temperatura (°𝑪) pH 0 7,47 10 7,27 20 7,08 25 7,00 30 6,92 40 6,77 50 6,63 100 6,14 A análise desses dados permite afirmar que o produto iônico da água, 𝐾𝑤, __________ com a elevação da temperatura e que a reação de autoionização da água __________ energia, sendo, portanto, um processo __________. As lacunas do texto devem ser preenchidas por: a) aumenta – absorve – endotérmico. b) aumenta – absorve – exotérmico. c) diminui – libera – exotérmico. d) aumenta – libera – endotérmico. e) diminui – absorve – endotérmico. EXERCÍCIOS 13 (UFSM-RS) As substâncias genéricas A, B e C, em solução aquosa, apresentam as concentrações mostradas no quadro: Pode-se afirmar que a ordem decrescente de acidez dessas substâncias a 25°C é: a) B > C > A b) C > A > B c) A > C > B d) C > B > A e) A > B > C 14 (UEL-PR) O produto iônico da água a 50 °C é cerca de 5 · 10-14. Logo, a concentração de íons H+(aq) na água pura a essa temperatura é: a) √5.10-14 b) √5.10-7 c) 2,5 · 10 -14 d) 2,5 · 10-7 e) 5 · 10-7 15. (Fatec 2019) A escala de pH que varia de 0 a 14 é válida apenas para sistemas aquosos a 25 °𝐶. Variando-se a temperatura, a escala de pH também varia. O quadro fornece valores de Kw e de pH da água pura em diferentes temperaturas. Temperatura (°𝑪) Kw pH 0 1,14 × 10−15 7,47 10 2,95 × 10−15 7,27 20 1,00 × 10−14 7,00 30 1,47 × 10−14 6,83 50 5,30 × 10−14 6,27 Analisando-se os dados, pode-se afirmar, corretamente, que a a) concentração de íons 𝑂𝐻−(𝑎𝑞) na água pura diminui com o aumento de temperatura. b) concentração de íons 𝐻+(𝑎𝑞) na água pura diminui com o aumento de temperatura. c) água pura é ácida em temperaturas superiores a 25 °𝐶. d) água pura é ácida em temperaturas inferiores a 25 °𝐶. e) água pura é neutra em qualquer temperatura. 4. Escala de pH O termo pH (potencial hidrogeniônico) foi introduzido, em 1909, pelo bioquímico dinamarquês Soren Peter Lauritz Sorensen (1868-1939), com o objetivo de facilitar seus trabalhos no controle de qualidade de cervejas. TRABALHANDO COM LOGARITÍMOS log x = y → 10y = x pH = – log [H+] → [H+] = 10-pH EXEMPLOS Calcule o valor do pH de uma solução [H+] = 10-3 Calcule o valor do pOH de uma solução [OH-] = 10-9 https://youtu.be/OXuzQeE_E08 https://youtu.be/Z4bksocRLME 6 Calcule o valor do pH de uma solução [H+] = 2. 10-5 Log 2 = 0,3 RELAÇÃO ENTRE PH E POH Kw =[H+][OH-] 10-14 = [H+][OH-] log10-14 = log[H+].[OH-] - log10-14 = - log[H+] -log[OH-] 16. (Uepg-pss 2 2019) A tabela a seguir relaciona diversas substâncias com seus respectivos valores de pH. Substância pH Vinagre 3,0 Suco de laranja 4,0 Leite de vaca 6,5 Sangue humano 7,3 Leite de magnésia 10,5 Sabendo-se, ainda, que o indicador fenolftaleína tem sua coloração mudando de incolor para vermelho entre pH 8,3 − 10,0, assinale o que for correto. 01) A substância mais alcalina é o leite de magnésia. 02) A fenolftaleína muda de incolor para vermelho na presença de leite de vaca. 04) A concentração hidrogeniônica [𝐻+] no suco de laranja é 1 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 08) A concentração de íons hidroxila [𝑂𝐻−] no vinagre é aproximadamente 1 × 10−11 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . EXERCÍCIOS 17. (Famerp 2020) Uma solução de hidróxido de sódio (𝑁𝑎𝑂𝐻) apresenta pH igual a 9 Considerando-se o valor de Kw igual a 10-14 a concentração de íons 𝑂𝐻− nessa solução é igual a: a) 10−7 𝑚𝑜𝑙/𝐿. b) 10−8 𝑚𝑜𝑙/𝐿. c) 10−5 𝑚𝑜𝑙/𝐿. d) 10−9 𝑚𝑜𝑙/𝐿. e) 10−6 𝑚𝑜𝑙/𝐿. 18. (G1 - ifsul 2019) A tabela a seguir mostra o pH de algumas substâncias no estado líquido. Bebida pH Vinagre 3 Refrigerante 4 Leite de magnésia 10 Amônia líquida 11 Qual delas apresenta concentração molar de íons 𝑂𝐻− em um meio aquoso igual a 10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ? a) Vinagre b) Refrigerante c) Leite de magnésia d) Amônia líquida COMPLETE A TABELA https://youtu.be/LfKD2snZtwA 7 19. (Acafe 2019) Considere o trecho retirado de um artigo da revista Veja publicada no dia 13/05/2016 relatando que o excesso de ácido fólico na gravidez pode dobrar o risco de autismo na criança “[…] Excesso de ácido fólico na gestação pode aumentar em até duas vezes o risco de autismo na criança. A conclusão é de um estudo realizado por pesquisadores da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, apresentado nesta sexta-feira durante o Encontro Internacional para Pesquisa sobre Autismo de 2016, em Baltimore. [...]”. Sob condições apropriadas, uma solução aquosa de ácido fólico apresenta [𝐻+] = 4,5 × 10−5 𝑚𝑜𝑙/𝐿 (sob temperatura de 25 °𝐶). Assinale a alternativa correta que contém o valor do pH dessa solução. Dados: 𝑙𝑜𝑔 2 = 0,30; 𝑙𝑜𝑔 3 = 0,48. a) 4,34 b) 4,64 c) 5,66 d) 4,50 20. (Acafe 2019) “[…] Os cremes dentais comuns possuem abrasividade variável e pH entre 6 e 11 dependendo do agente de polimento […]”. Considerando a temperatura de 25 °𝐶, assinale a alternativa correta que contém o valor de A) razão da [H+/[OH-] em mol/L do creme dental de maior acidez. B) razão da [H+/[OH-] em mol/L do creme dental de menor acidez. a) 𝐴) 106 e 𝐵) 10−11 b) 𝐴) 102 e 𝐵) 10−8 c) 𝐴) 102 e 𝐵) 10−7 d) 𝐴) 108 e 𝐵) 10−2 21. (Unesp 2020 - Adaptada) A variação de pH de ≈ 1 para ≈ 5 significa que a concentração de íons H+(aq) na solução __________, aproximadamente, __________ vezes. As lacunas do texto são preenchidas, respectivamente, por: a) aumentou; 10.000; b) aumentou; 10.000; c) diminuiu; 10.000; d) aumentou; 5; e) diminuiu; 5; 22. (Unicamp 2020) A atividade humana tem grande impacto na biosfera; um exemplo é o que vem ocorrendo na água dos oceanos nas últimas décadas. Assinale a alternativa que corretamente evidencia a influência da atividade humana no pH da água dos oceanos e como ela se acentua em função da região do planeta. a) Essa influência se acentua na região dos polos, em razão da temperatura da água do mar. b) Essa influência se acentua na região dos trópicos, em razão da temperatura da água do mar. c) Essa influência se acentua na região dos polos, em razão da temperatura da água do mar. d) Essa influência se acentua na região dos trópicos, em razão da temperatura da água do mar. 8 23. (Unicamp 2019) O refluxo gastroesofágico é o retorno do conteúdo do estômago para o esôfago, em direção à boca, podendo causar dor e inflamação. A pHmetria esofágica de longa duração é um dos exames que permitem avaliar essa doença, baseando-se em um resultado como o que é mostrado a seguir. Dados: O pH normal no esôfago mantém-se em torno de 4 e o pH da saliva entre 6,8-7,2 Assim, episódios de refluxo gastroesofágico acontecem quando o valor de pH medido é a) menor que 4 no exemplo dado eles ocorreram com maior frequência durante o dia. b) maior que 4 no exemplo dado eles ocorreram com maior frequência à noite. c) menor que 4 no exemplo eles não ocorreram nem durante o dia nem à noite. d) maior que 4 no exemplo eles ocorreram durante o período do exame.24. (Unifesp 2020) Considere as seguintes características de um suco de limão fresco: - pH=2 - teor de vitamina C (ácido ascórbico, 𝐶6𝐻8𝑂6) = 80𝑚𝑔/100𝑚𝐿 Uma limonada foi preparada com a diluição de um copo (200 𝑚𝐿) desse suco em água, até completar o volume de 2 litros. Dados: 𝐶 = 12,0; 𝐻 = 1,0; 𝑂 = 16,0. a) Calcule a concentração de vitamina C no suco de limão fresco, em % m/V e em mol/L b) Calcule a concentração de íons H+(aq) no suco de limão fresco. Determine o pH da limonada preparada com esse suco. 5. Indicadores a cido-base Indicadores ácido-base são substâncias que mudam de cor em função da [H+] e da [OH–], ou seja, de acordo com o pH. Seu funcionamento pode ser representado da seguinte maneira: Indicadores de ph e seus pontos de viragem 25 (FUVEST-SP) A tabela a seguir relaciona a cor de indicadores com pH de soluções aquosas: Indique a cor adquirida pelas soluções na presença de cada um dos indicadores. a) Solução 0,01 M de ácido clorídrico, 100% ionizado. b) Solução 0,01 M de ácido acético, 1% ionizado. https://youtu.be/APA98E64kis 9 EXERCÍCIOS 26. (Fepar 2019) A maceração de folhas de repolho roxo, seguida de sua diluição em água, permite obter uma solução roxa que mudará de cor tanto na presença de um ácido como na de uma base, variando a cor conforme o pH. Foram colocados 100 mL da solução de repolho roxo em 4 copos de béquer; em seguida, em cada um deles foram adicionados 20 mL de diferentes soluções, a 25 C. copo 1 2 3 4 solução amoníaco vinagre NaOH 0,1 𝑀 NaCl 1 𝑀 Com base nas informações apresentadas, julgue as afirmativas que se seguem. ( ) Após colocar o amoníaco na solução de repolho roxo, obteve-se cor vermelha. ( ) A solução de repolho roxo adquiriu a cor amarela após a adição de hidróxido de sódio. ( ) Na solução de repolho roxo a [𝐻+] = [𝑂𝐻−]. ( ) No vinagre a [𝐻+] < 10−7 𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1. ( ) Nos 20 𝑚𝐿 de solução de cloreto de sódio existem 1,2 × 1022 íons Na+ e 1,2 × 1022 íons 𝐶ℓ−. 27. (Fuvest 2020) Para exemplificar probabilidade, um grupo de estudantes fez uma atividade envolvendo química, conforme o procedimento descrito. Cada estudante recebeu um recipiente contendo 800 𝑚𝐿 de água destilada com algumas gotas do indicador de pH alaranjado de metila e soluções de 𝐻𝐶ℓ e 𝑁𝑎𝑂𝐻 em diversas concentrações. Cada estudante deveria jogar apenas uma vez dois dados, um amarelo e um vermelho, ambos contendo os números de 1 a 6. - Ao jogar o dado vermelho, o estudante deveria adicionar ao recipiente 100mL de solução do ácido clorídrico na concentração 10-n mol/L, sendo n o número marcado no dado (por exemplo, se saísse o número 1 no dado, a solução seria de 10-1 mol/L se saísse 6 a solução seria de 10-6 mol/L) - Ao jogar o dado amarelo, o estudante deveria executar o mesmo procedimento, mas substituindo o ácido por NaOH totalizando assim 1L de solução. - O estudante deveria observar a cor da solução ao final do experimento. A professora mostrou a tabela com alguns valores de pH resultantes conforme os números tirados nos dados. Ela pediu, então, aos estudantes que utilizassem seus conhecimentos e a tabela para prever em quais combinações de dados a cor final do indicador seria vermelha. N° dos dados Dado amarelo (adição de base) 1 2 3 4 5 6 D ad o v er m el h o (a d iç ão d e ác id o ) 1 7,0 2,1 2,0 2 3,1 3 7,0 4,1 4 7,0 5 11,9 8,9 6 7,9 7,0 A probabilidade de, após realizar o procedimento descrito, a solução final preparada por um estudante ser vermelha é de: Note e adote: Considere a seguinte relação entre pH do meio e coloração do indicador alaranjado de metila: Menor que 3,3 3,3 a 4,4 Maior que 4,4 Vermelho Laranja Amarelo a) 1/12 b) 1/6 c) 1/4 d) 11/36 e) 5/12 https://youtu.be/HGRnFcGJexI 10 28. (Famema 2019) A figura apresenta a fórmula estrutural e a variação da cor do indicador azul de bromotimol em função do pH. Esse indicador foi utilizado em uma aula de laboratório onde três soluções foram avaliadas em relação ao seu caráter ácido-base: A – [H+] = 10-8 mol/L B – [OH-] = 10-9 mol/L C – [H+] = 10-7 mol/L Considerando o produto iônico da água 𝐾𝑤 = [𝐻+] ⋅ [𝑂𝐻−] = 10−14, preencha a tabela presente no campo de Resolução e Resposta, associando as soluções às cores assumidas pelo indicador. Solução Cor do indicador A B C 6. Hidro lise Salina - Hidrólise salina é o processo em que o(s) íon(s) proveniente(s) de um sal reage(m) com a água. - Pode ser formado na hidrólise salina soluções ácidas, básicas ou neutras. 6.1. Processos da dissoluça o salina Na dissolução de um sal em água ocorre os seguintes processos: 6.1.1 AUTOIONIZAÇÃO DA ÁGUA H2O ⇌ H+ + OH- 6.1.2 DISSOCIAÇÃO DO SAL NaCN → Na+ + CN- 6.1.3 REAÇÃO DO ÂNION H+ + CN- → HCN 6.1.4 REAÇÃO DO CÁTION Na+ + OH- ⇌ NaOH 6.1.5 CARÁTER DA SOLUÇÃO https://youtu.be/BDyzK83dnP8 11 6.2. Equaça o global 6.3. Força dos A cidos e bases EXEMPLOS Equacione a reação global da hidrólise salina dos seguintes sais indicando o caráter da solução resultante. a) CuSO4 Autoionização da H2O Dissociação do sal: Reação do Ânion: Reação do cátion: Reação global: b) Na2CO3 Autoionização da H2O: Dissociação do sal: Reação do ânion: Reação do cátion: Reação global: c) NaCl Autoionização da H2O Dissociação do sal: Reação do Ânion: Reação do cátion: Reação global: d) NH4CN Ka HCN (4,9.10-10) Kb do NH4OH (1,8.10-5) Autoionização da H2O Dissociação do sal: Reação do Ânion: Reação do cátion: Reação global: 6.4. Quadro resumo 29. (Insper 2019) Um agricultor pretende iniciar um empreendimento de produção de frutas e, para isso, submeteu amostras do solo de sua propriedade para análise química e parecer técnico de um engenheiro agrônomo. Resultado da análise pH do solo da propriedade rural pH do solo adequado para plantação de frutas 5,0 6,0 Parecer técnico: recomenda-se fazer a correção do pH do solo. Para que o agricultor possa fazer a correção do pH do solo de forma adequada para a sua produção, ele deverá adicionar ao solo a) 𝑁𝑎𝐶ℓ. b) 𝑃4𝑂10. c) 𝐾𝑁𝑂3. d) 𝑁𝐻4𝐶ℓ. e) 𝐶𝑎𝑂. 12 EXERCÍCIOS 30. (Unesp 2018) Para sua apresentação em um “show de química”, um grupo de estudantes confeccionou um recipiente com três compartimentos, 1, 2 e 3, dispostos de modo a lembrar o formato da bandeira brasileira. A esses compartimentos, adicionaram três soluções aquosas diferentes, todas incolores e de concentração igual a 0,1mol L, uma em cada compartimento. O recipiente foi mantido em posição horizontal. Em seguida, acrescentaram em cada compartimento o indicador azul de bromotimol, que apresenta cor azul em pH 7,6 e amarela em pH 6,0. Como resultado, o recipiente apresentou as cores da bandeira nacional, conforme mostra a figura. As soluções aquosas colocadas inicialmente pelos estudantes nos compartimentos 1, 2 e 3 podem ter sido, respectivamente, a) cloreto de sódio, ácido clorídrico e hidróxido de sódio. b) cloreto de sódio, carbonato de sódio e ácido clorídrico. c) hidróxido de sódio, ácido clorídrico e cloreto de sódio. d) hidróxido de sódio, carbonato de sódio e ácido clorídrico. e) carbonato de sódio, hidróxido de sódio e ácido clorídrico. 31. (Enem PPL 2019) O processo de calagem consiste na diminuição da acidez do solo usando compostos inorgânicos, sendo o mais usado o calcário dolomítico, que é constituído de carbonato de cálcio (𝐶𝑎𝐶𝑂3) e carbonato de magnésio(𝑀𝑔𝐶𝑂3). Além de aumentarem o pH do solo, esses compostos são fontes de cálcio e magnésio, nutrientes importantes para os vegetais. Os compostos contidos no calcário dolomítico elevam o pH do solo, pois a) são óxidos inorgânicos. b) são fontes de oxigênio. c) o ânion reage com a água. d) são substâncias anfóteras. e) os cátions reagem com a água. 32. (Famema 2020) A figura representa uma estação de tratamento de água para abastecimento da população, onde ocorrem os processos de coagulação, floculação, filtração e desinfecção. Para a realização da coagulação, são adicionadas à água a ser tratada as substâncias sulfato de alumínio (𝐴ℓ(𝑆𝑂4)3) e cal hidratada (𝐶𝑎(𝑂𝐻)2), que produzem flocos de densidade mais elevada que sedimentam na etapa de decantação. Os flocos que não sedimentam são retidos na etapa de filtração e, ao final, adiciona-se à água hipoclorito de sódio (𝑁𝑎𝐶ℓ𝑂) para desinfecção. a) A que funções inorgânicas pertencem as substâncias utilizadas na coagulação? b) Uma solução de 𝑁𝑎𝐶ℓ𝑂 apresenta caráter ácido, básico ou neutro? Justifique sua resposta com base no conceito de hidrólise salina. https://youtu.be/7JAZwa-B2Es 13 33. (Upe-ssa 1 2018) Os antiácidos são medicamentos, que atuam para neutralizar o ácido clorídrico (𝐻𝐶ℓ), liberado pelas células parietais no estômago. Ao ingerirmos comidas e bebidas em excesso, normalmente buscamos tais remédios para aliviar os sintomas. Qual das substâncias a seguir é a melhor para funcionar como medicamento antiácido? a) 𝑁𝑎𝐶ℓ b) 𝑁𝑎𝑂𝐻 c) 𝐶𝑎𝐶𝑂3 d) 𝐻2𝑆𝑂4 e) 𝐶𝑎𝐶ℓ2 34. (Ufpr 2020) O fogo causado pela queima de óleo de cozinha ou gordura é bem mais difícil de se apagar do que o de outros líquidos inflamáveis, o que demandou a criação dos extintores classe K. Tais extintores são preenchidos com uma solução alcalina que causa a saponificação do óleo ou gordura, produzindo uma espuma que abafa a chama. No quadro abaixo, são listadas as propriedades de cinco substâncias. Substância Fórmula Solubilid ade (g/L) Tfusão C Álcool etílico 𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻 miscível −114 Ácido acético 𝐶𝐻3𝐶𝑂2𝐻 miscível 17 Acetato de etila 𝐶𝐻3𝐶𝑂2𝐶𝐻2𝐶𝐻3 83 −84 Cloreto de potássio 𝐾𝐶ℓ 330 773 Acetato de potássio 𝐶𝐻3𝐶𝑂2𝐾 2560 292 Qual das substâncias acima é a adequada para se preparar a solução de preenchimento desse tipo de extintor? a) Álcool etílico. b) Ácido acético. c) Acetato de etila. d) Cloreto de potássio. e) Acetato de potássio. 35. (Enem 2018) O manejo adequado do solo possibilita a manutenção de sua fertilidade à medida que as trocas de nutrientes entre matéria orgânica, água, solo e o ar são mantidas para garantir a produção. Algumas espécies iônicas de alumínio são tóxicas, não só para a planta, mas para muitos organismos como as bactérias responsáveis pelas transformações no ciclo do nitrogênio. O alumínio danifica as membranas das células das raízes e restringe a expansão de suas paredes, com isso, a planta não cresce adequadamente. Para promover benefícios para a produção agrícola, é recomendada a remediação do solo utilizando calcário 3(CaCO ). Essa remediação promove no solo o(a) a) diminuição do pH, deixando-o fértil. b) solubilização do alumínio, ocorrendo sua lixiviação pela chuva. c) interação do íon cálcio com o íon alumínio, produzindo uma liga metálica. d) reação do carbonato de cálcio com os íons alumínio, formando alumínio metálico. e) aumento da sua alcalinidade, tornando os íons alumínio menos disponíveis. 36. (Ita 2020) Quando dissolvidos em água para formar soluções com concentração 0,1 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1, os sais 𝑁𝑎2𝑆, 𝑁𝑎𝐶𝐻3𝐶𝑂2, 𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂4 e 𝑁𝑎2𝐻𝑃𝑂4 deixam o meio respectivamente a) ácido, básico, neutro, básico. b) básico, neutro, ácido, neutro. c) ácido, básico, ácido, ácido. d) básico, básico, ácido, básico. e) neutro, neutro, básico, neutro. 14 7. Soluça o Tampa o 7.1 CÁLCULO DO PH DE UMA SOLUÇÃO TAMPÃO Qual é o pH de uma solução tampão formado por 1 mol/L de HA e 0,1 mol/L de NaA Ka = 10-4 7.2 SISTEMA TAMPÃO SANGUÍNEO 37. (Enem PPL 2016) As águas dos oceanos apresentam uma alta concentração de íons e pH entre 8,0 e 8,3 Dentre esses íons estão em equilíbrio as espécies carbonato (𝐶𝑂3 2−) e bicarbonato (𝐻𝐶𝑂3 −), representado pela equação química: 𝐻𝐶𝑂3(𝑎𝑞) − ⇄ 𝐶𝑂3(𝑎𝑞) 2− + 𝐻(𝑎𝑞) + As águas dos rios, ao contrário, apresentam concentrações muito baixas de íons e substâncias básicas, com um pH em torno de 6 A alteração significativa do pH das águas dos mares e oceanos pode mudar suas composições químicas, por precipitação de espécies dissolvidas ou redissolução de espécies presentes nos sólidos suspensos ou nos sedimentos. A composição dos oceanos é menos afetada pelo lançamento de efluentes ácidos, pois os oceanos a) contêm grande quantidade de cloreto de sódio. b) contêm um volume de água pura menor que o dos rios. c) possuem pH ácido, não sendo afetados pela adição de outros ácidos. d) têm a formação dos íons carbonato favorecida pela adição de ácido. e) apresentam um equilíbrio entre os íons carbonato e bicarbonato, que atuam como sistema-tampão. EXERCÍCIOS 38. (Uerj 2016) Soluções-tampão são sistemas nos quais ocorrem variações desprezíveis de pH, quando recebem a adição de pequenas quantidades de ácidos ou de bases. Considere estes compostos para o preparo de uma solução-tampão: - 𝐻𝐶ℓ - 𝑁𝑎𝐶ℓ − 𝑁𝐻4𝐶ℓ - 𝑁𝑎𝑂𝐻 - 𝑁𝐻4𝑂𝐻 Indique, dentre os compostos disponíveis, os dois escolhidos para o preparo da solução-tampão. Considere, agora, a adição de uma solução aquosa de 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2, completamente dissociado, na concentração de 0,005 𝑚𝑜𝑙 ⋅ ℓ−1, a 25 °𝐶, à solução- tampão preparada. Calcule o pH inicial da solução de 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 e apresente a equação química que demonstra não haver aumento do pH da solução- tampão com a adição da solução de 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2. https://youtu.be/Ig11IoQkdAM https://youtu.be/kZkX-IkjLEs 15 39. (Uema 2016) Um sistema tampão mantém um pH quase constante porque neutraliza pequenas quantidades de ácido ou base adicionadas à solução. No nosso corpo, o pH é mantido em torno de 7,4 por vários pares de tampões que impedem a acidose (pH sanguíneo abaixo de 7,35) como também a alcalose (pH acima de 7,45), pois a morte pode resultar de aumentos ou de diminuições relativamente pequenas de pH. Os principais sistemas tampão do sangue consistem de ácido carbônico (𝐻2𝐶𝑂3) e íon hidrogenocarbonato (𝐻𝐶𝑂3 −) que atuam, conforme o seguinte esquema: a) Com base no esquema, explique por meio de reação química, o que ocorre com a concentração de 𝐶𝑂2 no sangue, ao se adicionarem íons 𝐻+. b) As concentrações dos principais sistemas tamponantes do sangue devem estar em equilíbrio, para que o pH do sangue fique dentro dos limites normais. Explique, por meio de reação química, o que ocorre ao equilíbrio quando uma base entra no sangue. 40. (Unifesp 2015) Um esquema com a escala de pH do nosso sangue está representado na figura. O pH do sangue é mantido por volta de 7,4, devido à ação de vários tampões, que impedem a acidose e a alcalose. O principal tampão do plasma sanguíneo consiste de ácido carbônico e íon hidrogenocarbonato. A equação que representa o equilíbrio é: 𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2𝑂(ℓ) ⇄ 𝐻2𝐶𝑂3(𝑎𝑞) ⇄ 𝐻 +(𝑎𝑞) + 𝐻𝐶𝑂3 −(𝑎𝑞) a) Quando uma pessoa prende a respiração por alguns segundos, há uma variação no pH do seu sangue. Nessa situação, ocorre alcalose ou acidose? Com base no equilíbrio reacional, justifique sua resposta.b) Explique como a presença de uma substância básica no sangue altera a concentração de íons hidrogenocarbonato. Represente a fórmula estrutural deste íon. 16 41. (Acafe 2020) Foi preparada uma solução tampão acetato pela mistura de 500 𝑚𝐿 de uma solução contendo 12g/L de ácido acético (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻) com 500 𝑚𝐿 de uma solução contendo 0,1 mol/L de acetato de sódio à temperatura de 25 °𝐶. Dados: Ka ácido acético = 1,8×10-5 log2=0,30; log3=0,48; log 5=0,70 C=12; H=1; O=16. Assinale a alternativa que contém o pH da solução tampão preparada. a) 4,74 b) 4,44 c) 5,04 d) 4,14 8. Produto de solubilidade (kps) 8.1 DEFINIÇÃO DE kps 8.2 SOLUBILIDADE E kps Solubilidade é a quantidade de soluto dissolvido (mol/L) Qual é a solubilidade do sal CA que possui Kps = 10-8? EXEMPLOS: https://youtu.be/7cw17VaJnMc 17 8.3 IDENTIFICAR UMA SOLUÇÃO SATURADA OU NÃO PELO Kps BaSO4 ⇌ Ba2+ + SO42- Kps = 10-10 8.4 EFEITO DO ÍON COMUM BaSO4 ⇌ Ba2+ + SO42- Kps = 10-10 O ÍON COMUM DIMINUI A SOLUBILIDADE 42. (Ufrgs 2016) O equilíbrio de solubilidade do cloreto de prata é expresso pela reação 𝐴𝑔𝐶ℓ(𝑠) ⇄ 𝐴𝑔 + (𝑎𝑞) + 𝐶ℓ−(𝑎𝑞), cuja constante de equilíbrio tem o valor 1,7 × 10−10. Sobre esse equilíbrio, é correto afirmar que a) uma solução em que [𝐴𝑔+] = [𝐶 ℓ−] = 1,0 × 10−5𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1 será uma solução supersaturada. b) a adição de cloreto de prata sólido a uma solução saturada de 𝐴𝑔𝐶ℓ irá aumentar a concentração de cátions prata. c) a adição de cloreto de sódio a uma solução saturada de 𝐴𝑔𝐶ℓ irá diminuir a concentração de cátions prata. d) a adição de nitrato de prata a uma solução supersaturada de 𝐴𝑔𝐶ℓ irá diminuir a quantidade de 𝐴𝑔𝐶ℓ precipitado. e) a mistura de um dado volume de uma solução em que [𝐴𝑔+] = 1,0 × 10−6𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1, com um volume igual de uma solução em que [𝐶 ℓ−] = 1,0 × 10−6𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1, irá produzir precipitação de 𝐴𝑔𝐶ℓ. EXERCÍCIOS 43. (Ufrgs 2018) O sulfato de cálcio 𝐶𝑎𝑆𝑂4 possui produto de solubilidade igual a 9 × 10−6. Se uma quantidade suficientemente grande de sulfato de cálcio for adicionada a um recipiente contendo 1 litro de água, qual será, ao se atingir o equilíbrio, a concentração, em 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1, esperada de 𝐶𝑎2+ em solução aquosa? a) 9,0 × 10−6. b) 4,5 × 10−6. c) 3,0 × 10−6. d) 1,5 × 10−3. e) 3,0 × 10−3. https://youtu.be/DPrwqRZKAgg 18 44. (Acafe 2017) O hidróxido de alumínio pode ser usado em medicamentos para o combate de acidez estomacal, pois este reage com o ácido clorídrico presente no estômago em uma reação de neutralização. A alternativa que contém a [𝑂𝐻−] em mol/L de uma solução aquosa saturada de hidróxido de alumínio, sob a temperatura de 25 C é: Dados: constante do produto de solubilidade do hidróxido de alumínio a 3325 C :1,0 10− a) 3 ⋅ 10−9 ⋅ √ 1.000 27 4 𝑚𝑜𝑙 𝐿 b) 10−9 ⋅ √ 1.000 27 4 𝑚𝑜𝑙 𝐿 c) 10−9 ⋅ √ 1.000 3 4 𝑚𝑜𝑙 𝐿 d) 3 ⋅ 10−9 ⋅ √ 1.000 3 4 𝑚𝑜𝑙 𝐿 45. (Ime 2018) Admitindo que a solubilidade da azida de chumbo 𝑃𝑏(𝑁3)2 em água seja 29,1 g/L pode-se dizer que o produto de solubilidade (𝐾𝑝𝑠) para esse composto é: (Dados: 𝑁 = 14𝑢 , 𝑃𝑏 = 207𝑢) a) 4,0 ⋅ 10−3 b) 1,0 ⋅ 10−4 c) 2,0 ⋅ 10−4 d) 1,0 ⋅ 10−3 e) 3,0 ⋅ 10−4 46. (Ime 2019) Quanto à precipitação do hidróxido férrico (𝐾𝑃𝑆 = 1,0 ⋅ 10 −36) em uma solução 0,001 molar de 𝐹𝑒3+, é correto afirmar que a) independe do pH. b) ocorre somente na faixa de pH alcalino. c) ocorre somente na faixa de pH ácido. d) não ocorre para pH 3. e) ocorre somente para pH 12. 47. (Uel 2019) A contaminação de ecossistemas em função do crescimento populacional e da industrialização tem sido cada vez maior ao longo dos anos, mesmo com o advento de tecnologias voltadas à descontaminação ambiental. Um dos efeitos deletérios ao ambiente é a elevada acidez da chuva e de solos. A figura a seguir mostra o efeito que a acidez do solo causa na velocidade de lixiviação de íons 𝐶𝑑2+. Dados: Kps para 𝐶𝑑(𝑂𝐻)2(𝑠) = 2,5 × 10 −14 Quanto maior a velocidade de lixiviação, maior o transporte de 𝐶𝑑2+ para os lagos por meio da corrente superficial ou subsuperficial, transferido para os aquíferos ou absorvido pela vegetação, com efeitos tóxicos. Com base na figura e nos conhecimentos sobre solubilidade de metais e equilíbrio químico, é correto afirmar que a lixiviação de cádmio a) em solos agrícolas é menor porque a concentração de íons 𝐻+ na água do solo é maior se comparada à água do solo urbano. b) em solos urbanos é maior porque o solo retém mais cádmio na forma de 𝐶𝑑2+ e porque a concentração de H+ na água do solo é baixa se comparada ao solo agrícola. c) em solos urbanos é maior porque a concentração de cádmio na forma 𝐶𝑑(𝑂𝐻)2(𝑠) é elevada se comparada ao solo agrícola. d) em solos agrícolas é menor porque usualmente esses solos são tratados com ureia (fertilizante com caráter básico), o que pode reduzir o pH da água do solo e, por consequência, tornar os íons 𝐶𝑑2+ mais móveis na água do solo. e) em solos agrícolas é menor porque usualmente esses solos são tratados com 𝐶𝑎𝐶𝑂3, o que pode elevar o pH da água do solo e, por consequência, precipitar os íons 𝐶𝑑2+ na forma de 𝐶𝑑(𝑂𝐻)2(𝑠), tornando-os menos móveis. 19 48. DESAFIO (Fuvest 2020) O experimento conhecido como “chuva de ouro” consiste na recristalização, à temperatura ambiente, de iodeto de chumbo (𝑃𝑏𝐼2). A formação desse sal pode ocorrer a partir da mistura entre nitrato de chumbo (𝑃𝑏(𝑁𝑂3)2) e iodeto de potássio (𝐾𝐼). Outro produto dessa reação é o nitrato de potássio (𝐾𝑁𝑂3) em solução aquosa. Tanto o 𝑃𝑏(𝑁𝑂3)2 quanto o 𝐾𝐼 são sais brancos solúveis em água à temperatura ambiente, enquanto o 𝑃𝑏𝐼2 é um sal amarelo intenso e pouco solúvel nessa temperatura, precipitando como uma chuva dourada. Em um laboratório, o mesmo experimento foi realizado em dois frascos. Em ambos, 100 𝑚𝐿 de solução 0,1 𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1 de 𝑃𝑏(𝑁𝑂3)2 e 100 𝑚𝐿 de solução 0,2 𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1 de 𝐾𝐼 foram misturados. Ao primeiro frasco foi também adicionado 20 𝑚𝐿 de água destilada, enquanto ao segundo frasco foi adicionado 20 𝑚𝐿 de solução 0,1 𝑚𝑜𝑙 ⋅ 𝐿−1 de iodeto de sódio (𝑁𝑎𝐼). A tabela a seguir apresenta os dados de solubilidade dos produtos da reação em diferentes temperaturas. Massa molar (𝑔 ⋅ 𝑚𝑜𝑙−1) Solubilidade em água em diferentes temperaturas (𝑔 ⋅ 𝐿−1) 4 °𝐶 32 °𝐶 80 °𝐶 𝑃𝑏𝐼2 461,0 0,410 0,922 3,151 𝐾𝑁𝑂3 101,1 135 315 1700 Responda aos itens a seguir considerando os dados do enunciado e o equilíbrio químico de solubilidade do iodeto de chumbo: 𝑃𝑏𝐼2(𝑠) ⇄ 𝑃𝑏(𝑎𝑞) 2+ + 2 𝐼(𝑎𝑞) − a) Indique se o procedimento do segundo frasco favorece ou inibe a formação de mais sólido amarelo. b) Para separar o precipitado da solução do primeiro frasco e obter o 2PbI sólido e seco, foi recomendado que, após a precipitação, fosse realizada uma filtração em funil com papel de filtro, seguida de lavagem do precipitado com água para se retirar o 3KNO formado e, na sequência, esse precipitado fosse colocado para secar. Nesse caso, para se obter a maior quantidade do 2PbI , é mais recomendado o uso de água fria (4 C) ou quente (80 C)? Justifique. c) Encontre a constante do produto de solubilidade PS(K ) do iodeto de chumbo a 32 C. 20 49. DESAFIO (Fuvest2020) Muitos metais (𝑀𝑛+) em água, dependendo do pH da solução, formam hidróxidos n(M(OH) ) insolúveis. Esse comportamento pode ser descrito pela equação (I), que relaciona o valor de pH com o logaritmo da concentração do metal n(log[M ]),+ para uma dada temperatura, em que PSK é a constante do produto de solubilidade do hidróxido do metal. Equação (I): n PSlog[M ] log(K ) 14n n(pH) + = + − O comportamento da equação (I) é representado no gráfico, no qual as linhas mostram o valor de pH e nlog[M ]+ em que se inicia a precipitação de cada um dos metais. Em condições mais alcalinas do que a apresentada na linha de cada metal, será observada a espécie insolúvel como hidróxido e, em condições mais ácidas do que a apresentada na linha, será observada a espécie em sua forma solúvel. a) Pinte no gráfico abaixo a região onde o 𝐶𝑟3+ se encontra na forma solúvel e o 𝑇𝑖4+ se encontra na forma de 𝑇𝑖(𝑂𝐻)4 insolúvel. b) As linhas que representam 2Mg + e 2Ca + possuem a mesma inclinação, mas diferem da inclinação das linhas que representam 3Cr + e nX ,+ que possuem a mesma inclinação entre si. Indique a carga n de nX + e justifique com base na equação (I). c) Indique qual das espécies tem maior valor de PS 2K : Ca(OH) ou 2Mg(OH) . Justifique com base nas informações dadas.