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GABARITO – LISTA DE EXERCÍCIOS #12 CQ167 Assunto: equilíbrio iônico 1. Rosenberg, problema 16.28, página 225. Basta seguir o procedimento: como ZnCl2 é um composto iônico, ele deve se dissociar totalmente quando dissolvido em água. reação: Zn++(aq.) + H2O (líq.) =(ZnOH) + (aq.) + H+ (aq.) equilíbrio: (0,001-x) (x) (x) 6,0pHLmol10xOH10x10Kx0,001 xx 16 3 1229 h 2. Rosenberg, problema 16.29, página 226. Este é um caso em que ambos cátion e ânion hidrolisam. Por coincidência, as constantes de hidrólise são iguais. Assim, as concentrações finais de H3O + e OH são iguais. E o pH da solução é 7,0. A extensão de hidrólise também é a mesma: 1510 b w h 7 4 33 Lmol105,7x105,7 K KK x0,01 101,0x NH OHNH A extensão de hidrólise é 0,57%Lmol 0,01 Lmol 105,7 inicial NH ohidrolisad NH 1- 15 4 4 Menos de 1% ambos íons são muito fracos! 3. São três as teorias. Nenhuma delas é errada, apenas as posteriores são mais completas e abrangentes (explicam um número maior de fenômenos). Arrhenius (1888): simplesmente definiu “ácido” como qualquer substância que em solução libera prótons, e “base” como qualquer substância que em solução libera ânions OH (hidroxila). A reação de um ácido é HA H+ (aq.) + A (aq.) enquanto a reação de uma base é B(OH)n B n+ (aq.) + n OH (aq.) Bronsted & Lowry (1923): introduziram o conceito de transporte de carga entre pares conjugados ácido/base. Agora havia um papel para o solvente (ele pode ser ácido ou base). Lewis (1923): a teoria mais geral. Nela, “ácido” é qualquer substância com afinidade por pares de elétrons, que são fornecidos por uma “base”. Usualmente o exemplo mais usado é o da reação :NH3 + BF3 = H3N-BF3 onde o BF3 não tem prótons nem oxigênios, mas ele tem orbitais vazios que podem interagir com o par de elétrons da amônia. Assim, BF3 é dito ser um “ácido de Lewis” enquanto a amônia é uma “base de Lewis”. 4. Rosenberg, problema 16.10, página 220. A reação é CH3COOH (aq.) + H2O (líq.) = CH3COO (aq.) + H3O + (aq.) Seja c0 a concentração nominal da solução. Então [ H3O + ] = [ CH3COO ] = c0, e [ CH3COOH ] = ( 1 - ) c0 Substituindo na equação do equilíbrio, vem 5 0 2 3 33 a 101,75c0,98 0,02 COOHCH COOCH OH K c0 = 0,044 mol.L -1 5. Rosenberg, problema 16.37, páginas 230-231. Este é interessante por causa da freqüência com que problemas de tampão aparecem no laboratório. A primeira tarefa é calcular a concentração de íons hidrônio desejada: [ H3O + ] = 10-pH = 10-8,5 = 3,210-9 mol.L-1 A solução pode ser preparada misturando CN (base fraca) com HCN (um ácido fraco) nas proporções adequadas. A reação HCN = H+ + CN é associada com a constante de equilíbrio HCN CN H Ka , logo 0,194103,2 106,2 OH K HCN CN 9 10 3 a . Esta proporção pode ser obtida se uma parte do cianeto original for neutralizada com um ácido forte, por exemplo HCl, para formar uma quantidade equivalente de HCN. Se [ HCN ] = x, então [ CN ] = 0,0100 – x donde 0,0084x0,194 x x0,0100 moles. Ou seja, para preparar a solução tampão dissolve-se 0,0100 mol de KCN e 0,0084 mol de HCl em água suficiente para completar 1 L. Os itens (b) e (c) dizem respeito à estabilidade do pH desta solução. Se por acaso for adicionada uma quantidade de um ácido forte (ou uma base forte), qual será a alteração do pH? (b) 100 cm3 da solução tampão contem... (0,0084 mol.L-1) (0,100 L) = 8,410-4 mol de HCN (0,0016 mol.L-1) (0,100 L) = 1,610-4 mol de CN A adição de um ácido forte vai converter mais CN a HCN. 6. O evento inicial é a dissolução do sal, que é completa: NaOCN (s) OH2 Na+ (aq.) + OCN (aq.) O cátion Na+ não sofre hidrólise (pois NaOH é uma base muito forte), logo só precisamos nos preocupar com o ânion OCN : OCN (aq.) + H2O (líq.) = HOCN (aq.) + OH (aq.) 11 4 14 a w h 0 103,0 103,3 10 K KK xc x x x2 + Kh x – c0 Kh = 0 A equação de segundo grau se resolve pelo método de Báskara, = Kh 2 + 4c0Kh 4c0Kh 111h0h 103,0 Lmol 0,4 Kc2 Kx X = [ OH ] = 3,4610-6 pOH = 5,46 pH = 8,54 (básico) 7. Rosenberg, problema 16.19, página 223. Este é um caso no qual dois ácidos fracos contribuem para [ H3O + ]. A contabilidade das duas equações simultâneas é feita do modo usual, só que usamos variáveis diferentes para medir o avanço de cada reação: HCOOH + H2O = H3O + + HCOO HOCN = H + OCN início: 0,1 0 0 0,1 0 0 mudança: -x +x +x -y +y +y equilíbrio: (0,1-x) (x+y) (x) (0,1-y) (x+y) (y) Chegamos então a duas equações, uma para cada reação: 4101,80 x0,1 yxx e 4103,3 y0,1 yxy Dividindo a segunda equação pela primeira (e assumindo que tanto x como y são muito menores que 0,1 mol.L-1 em vista de ambos ácidos serem fracos), temos: x1,83y1,83 1,80 3,3 x y Subtraindo a equação do HCOOH da equação do HOCN, vem y2 – x2 = 1,510-5 x = [HCOO] = 2,510-3 mol.L-1 y = [OCN] = 1,83 x = 4,610-3 mol.L-1. Finalmente, [ H3O + ] = x + y = 7,110-3 mol.L-1 pH = -log [ H3O + ] = 2,15 8.
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