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MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 1 EXERCÍCIOS SOBRE EQUILÍBRIOS IÔNICO RESPOSTAS 1. Um solução do ácido fraco HClO foi analisada, verificando-se, no equilíbrio, a existência das seguintes concentrações molares: [HClO] = 1,00 mols/L [H+] = 1,78 ∙ 10−4 mols/L [ClO−] = 1,78 ∙ 10−4 mols/L Calcular as constantes de ionização, Ka, do HClO. RESPOSTA Comentário: As concentrações já nos são apresentadas no equilíbrio. Logo podemos aplicar a formula de Ka para a reação: HClO ⇌ H+ + ClO− Ka = [H+]× [ClO−] [HClO] = [1,78 ∙ 10−4] × [1,78 ∙ 10−4] 1,00 ≅ 3,17 ∙ 10−8 (mols/L) ∴ Ka = 3,1684 ∙ 10 −8 (mols/L) 2. Em solução 2,0 ∙ 10−2 mols/L, a 25ºC, o ácido acético se encontra 3% ionizado de acordo com a equação: H3CCOOH ⇌ H + +H3CCOO − Calcular a constante de ionização, Ka, deste ácido, naquela temperatura. RESPOSTA Comentário: A concentração e o grau de ionização do ácido acético nos foram dados. Logo podemos facilmente resolver pela seguinte formula: Ka =𝓂 ∙ α² Então: Ka = 2,0 ∙ 10 −2 × (3,0 ∙ 10−2)2 = 2,0 ∙ 10−2 × 9,0 ∙ 10−4 ∴ Ka = 1,8 ∙ 10 −5 3. A 25ºC, um ácido HX apresenta Ka = 1,8 ∙ 10 −5 . Calcular a concentração molar de cada espécie derivada do soluto numa solução de 0,5 mols/L de HX, naquela temperatura. RESPOSTA HX ⇌ H+ +X− Para Ka: Ka = [H+]× [X−] [HX] Logo [H+] = [X−] → [H+] ∙ [X−] = [H+]2ou [H+] ∙ [X−] = [X−]² Ka = [H+]2 [HX] ⇒ 1,8 ∙ 10−5 ∙ 0,5 = [H+]² [H+]2 = 9 ∙ 10−6 [H+] = √9,0 ∙ 10−6 = 3,0 ∙ 10−3mols/L MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 2 Então: ∴ [H+] = 3,0 ∙ 10−3mols/L e ∴ [X−] = 3,0 ∙ 10−3mols/L 4. Em relação a questão anterior. Calcular o grau de ionização (em %) do ácido HX, a 25ºC. RESPOSTA Ka =𝓂 ∙ a 2 ⇒ a = √ Ka 𝓂 = √ 1,8 ∙ 10−5 5,0 ∙ 10−1 = √0,36 ∙ 10−4 = 0,6 ∙ 10−2 a = 0,6 ∙ 10−2 a% = 0,6 ∙ 10 −2 ∙ 102 = 0,6% ∴ a% = 0,6% 5. Um estudante preparou uma solução 0,1 mols/L de ácido acético, e , experimentalmente, mediu o pH desta solução, encontrando-o igual a 2,88. Calcule o Ka para o ácido acético e seu grau de ionização (a) em porcentagem. RESPOSTA Temos que: pH = −log [H+] 2,88 = −log [H+] [H+] = 10−2,88 Pela reação teremos: H3CCOOH ⇌ H + +H3CCOO − H3CCOOH ⇌ H + H3CCOO − Início 0,1 0,0 0,0 Reagem 0,1 − 0,00132 0,00132 0,00132 No Equilibrio 0,09868 0,00132 0,00132 Ka = [H+]× [H3CCOO −] [H3CCOOH] = 0,00132 × 0,00132 0,09868 = 1,76 ∙ 10−5mols/L Ka = 1,76 ∙ 10 −5 mols/L Para a%: a% = 0,00132 0,1 × 100 = 1,32% ∴ a% = 1,32% 6. Um estudante preparou um solução de NH3 0,010 mols/L e, pela experiência de baixo ponto de congelação, determinou que o NH3 sofreu ionização de 4,3%. Calcule a constante de ionização Kb no NH3. MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 3 RESPOSTA Kb =𝓂 ∙ α² Kb = 0,01 ∙ (0,043) 2 ∴ Kb = 1,849 ∙ 10 −5mols/L 7. Qual a concentração de OH−em uma solução de HCl 0,001 mols/L? RESPOSTA HCl ⇌ H+ +Cl− Comentário: O ácido clorídrico é um ácido forte e se ioniza totalmente. HCl ⇌ H+ Cl− No Equilíbrio 0,001 0,001 0,001 pH = −log [H+] pH = −(log1 ∙ 10−3) pH = −(−3) + (− log1) pH = 3+ 0 = 3 pH = 3 Temos que: pH+ pOH = 14 pOH = 14− pH pOH = 14 − 3 pOH = 11 Para a concentração de OH−: [OH−] = 10−pOH ∴ [OH−] = 10−11 mols/L 8. Qual o pH de uma solução de HI 0,001 mols/L? RESPOSTA Comentário: Mesmo caso da questão anterior: pH = −log [H+] pH = − log(1 ∙ 10−3) pH = − log1 + (−log 10−3 ) pH = 0+ 3 = 3 ∴ pH = 3 9. Qual o pH de uma solução HNO3 2,0 ∙ 10 −3mols/L? MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 4 RESPOSTA Comentário: Mesmo caso da questão anterior: HNO3 ⇌ H + NO3 − No Equilíbrio 0,002 0,002 0,002 pH = −log [H+] pH = − log(2 ∙ 10−3) pH = −log 2 − (−log10−3) pH = 3 ∙ 0,3 = 3 pH = −0,30 + 3 = 2,7 ∴ pH = 2,7 10. Qual o pH de uma solução de NaOH 5,0 ∙ 10−4mols/L? RESPOSTA Comentário: Mesmo caso da questão anterior: NaOH ⇌ Na+ HO− No Equilíbrio 5,0 ∙ 10−4 5,0 ∙ 10−4 5,0 ∙ 10−4 Para o pOH teremos pOH = −log [OH−] pOH = −log(5,0 ∙ 10−4) = − log5 − (− log10−4) pOH = −0,7 + 4 = 3,3 Para o pH: pOH + pH = 14 pH = 14− pOH pH = 14− 3,3 ∴ pH = 10,7 11. Constatou-se que uma determinada amostra de suco de laranja possuía pH = 3,80. Quais são as concentrações molares de H+ e de OH− nesse suco? RESPOSTA Comentário: Admitimos um grau de ionização de 100%. Teremos: HX ⇌ H+ X− No Equilíbrio Mols/L 10−3,8 10−3,8 10−3,8 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 5 Para a pOH teremos: pH + pOH = 14 pOH = 14 − pH pOH = 14− 3,8 pOH = 10,2 Para a concentração de OH- teremos: pOH = − log[OH−] [OH−] = 10−10,2 mols/L Obs.: Talvez o resultado deva está diferente quanto ao expoente, isso ocorrem devido ao não uso de uma tabela de logaritmos. 12. Qual o pH de uma solução de 5,0 × 10−2mols/L de ácido acético, sabendo-se que 2% ioniza? RESPOSTA Pela reação teremos: H3CCOOH ⇌ H + +H3CCOO − H3CCOOH ⇌ H + H3CCOO − Início 5,0 × 10−2 0,0 0,0 Reagem 0,1 × 10−2 1,0 × 10−3 1,0 × 10−3 No Equilibrio 4,9 × 10−2 1,0 × 10−3 1,0 × 10−3 Para o pH temos: pH = − log[H+] pH = −log(1,0 × 10−3) pH = − log1 + (−log 10−3) pH = −0+ [−3 ∙ (− log 10)] ∴ pH = 3 13. Qual o grau de ionização do hidróxido de amônio numa solução 0,05 mols/L, sabendo que o pH da mesma é 11? RESPOSTA Pelo pH descobriremos pOH: pH + pOH = 14 pOH = 14 − pH pOH = 14 − 11 pOH = 3 Logo teremos como concentração de [OH−]: [OH−] = 10−pOH = 10−3 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 6 [OH−] = 1,0 ∙ 10−3 mols/L Pelo equilíbrio teremos: NH4OH ⇌ NH4 + + OH− NH4OH ⇌ NH4 + + OH− Início 50,0 ∙ 10−3 0,0 0,0 Reagem 1,0 ∙ 10−3 1,0 ∙ 10−3 1,0 ∙ 10−3 No Equilíbrio 49 ∙ 10−3 1,0 ∙ 10−3 1,0 ∙ 10−3 Mols/L 49 ∙ 10−3 1,0 ∙ 10−3 1,0 ∙ 10−3 Para α%: α% = 1,0 ∙ 10−3 50,0 ∙ 10−3 ×100 = 2%→ ∴ α% = 2% 14. Calcular o pH de uma solução de HCl que apresenta 10,95 mg deste ácido por litro de solução. Dados: Massa molar: HCl = 36,5 g/mol; Log 3 = 0,48. RESPOSTA Convertendo mg para g teremos: 10,95 mg = 0,01095 g Calculando a molaridade do HCl: 𝓂 = mg V ∙ Mmolar = 1,095 ∙ 10−2 1 ∙ 36,5 = 0,03 ∙ 10−2 = 3,0 ∙ 10−4mols/L 𝓂 = 3,0 ∙ 10−4mols/L Montando a tabela de contabilidade estequiométrica considerando um grau de ionização de 100%: HCl ⇌ H+ Cl− No Equilíbrio Mols/L 3,0 ∙ 10−4 3,0 ∙ 10−4 3,0 ∙ 10−4 Para o pH tem-se: pH = − log[H+] pH = −log(3,0 ∙ 10−4) pH = − log3 + [−4 ∙ (− log 10)] pH = −0,48 + [−4 ∙ (−1)] pH = −0,48 + 4 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 7 ∴ pH = 3,52 15. Calcular o pH de uma solução 2,0 × 10−2mols/L de NH4OH, a 25ºC, sabendo-se que o grau de dissociação da base é 1,34%. Dados: log 2,68 = 0,43. RESPOSTA Pelo equilíbrio teremos:NH4OH ⇌ NH4 + + OH− Montemos a tabela de contabilidade estequiométrica: NH4OH ⇌ NH4 + + OH− Início 200,0 × 10−4 0,0 0,0 Reagem 2,68 × 10−4 2,68 × 10−4 2,68 × 10−4 No Equilíbrio 1,9732 × 10−2 2,68 × 10−4 2,68 × 10−4 Mols/L 1,9732 × 10−2 2,68 × 10−4 2,68 × 10−4 Para o pH: pH+ pOH = 14 ⇒ pH = 14− pOH pH = 14− [−log(2,68 × 10−4)] = 14 − [− log2,68 + (−4 ∙ (− log 10))] pH = 14− [−0,43 + 4] = 14 − 3,57 = 10,43 ∴ pH = 10,43 16. Calcular o pH da solução resultante da adição de 100 ml de solução aquosa 0,2 mols/L de NaOH a 150 ml de solução aquosa de 0,1 mols/L de HCl. Dados: log 5 = 0,70 RESPOSTA Comentário: A reação entre o ácido clorídrico e a hidróxido de sódio é uma reação de neutralização. O ponto principal para resolvermos questões deste tipo é descobrirmos quem é o reagente limitante e o reagente em excesso. Mols que reagem: nNaOH = V ∙ 𝓂 = 0,1 ∙ 0,2 = 0,020 mols nHCl = V ∙𝓂 = 0,15 ∙ 0,1 = 0,015 mols Tabela de contabilidade estequiométrica 01 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 8 HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(s) + H2O(l) Reagem 0,015 0,020 0,015 0,015 Sobram 0,0 0,005 0,015 0,015 Logo ao final da neutralização sobram 5,0 ∙ 10−3 mols de NaOH, e por isso é o reagente em excesso e o HCl é o reagente limitante, visto que não sobra nada no final. Devemos agora calcular a molaridade da nova solução em relação ao NaOH ainda existente. 𝓂 = 5,0 ∙ 10−3 100 + 150 1000 = 5,0 ∙ 10−3 250 100 = 5,0 ∙ 10−3 0,25 = 2,0 ∙ 10−3 mols/L Lembre-se que o NaOH é uma base forte e portanto seu grau de dissociação é de 100%. Tabela de contabilidade estequiométrica 02. NaOH ⇌ Na+ + OH− Reagem 2,0 ∙ 10−2 2,0 ∙ 10−2 2,0 ∙ 10−2 No equilíbrio 2,0 ∙ 10−2 2,0 ∙ 10−2 2,0 ∙ 10−2 Para o pH teremos: pH = 14− pOH pH = 14− [− log(2,0 ∙ 10−2)] pH = 14 − [−log 2 + (−log10−2)] pH = 14− [−0,30 + (−2 ∙ (− log 10))] pH = 14− [−0,30 + 2] ∴ pH = 12,3 17. Indique o caráter ácido, básico ou neutro das soluções aquosas dos sais NaCN, ZnCl2, Na2SO4 e NH4Cl. RESPOSTA Para o NaCN: Temos neste caso um sal formado por uma base forte e ácido fraco. A hidrolise desse sal é representada abaixo: NaCN+H2O ⇌ NaOH + HCN Na+ +CN− +H2O ⇌ Na + +OH− + HCN CN− + H2O ⇌ 𝐎𝐇 − +HCN ∴ Pela presença da hidroxila ao final teremos um solução básica, ou, seja, 𝐩𝐇 > 𝟕. MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 9 Para o ZnCl2: Temos neste caso um sal formado por uma base fraca e ácido forte . A hidrolise desse sal é representada abaixo: ZnCl2 + 2H2O ⇌ Zn(OH)2 +2HCl Zn2+ +2Cl− +2H2O ⇌ Zn(OH)2 + 2H ++ 2Cl− Zn2+ + 2H2O ⇌ Zn(OH)2 + 𝟐𝐇 + ∴ Pela presença do H+ ao final teremos um solução ácida, ou, seja, 𝐩𝐇 < 𝟕. Para o Na2SO4 Temos neste caso um sal formado por uma base forte e ácido forte. A hidrolise desse sal é representada abaixo: Na2SO4 + 2H2O ⇌ 2NaOH+ H2SO4 2Na+ + SO4 −2 +2H2O ⇌ 2Na + + SO4 −2 + 2OH− +2H+ 2H2O ⇌ 2OH − + 2H+ ∴ Pela presença igualitária de H+ e OH− teremos uma solução neutra no final, ou seja, pH = 7 Para o NH4Cl: Temos neste caso um sal formado por uma base fraca e ácido forte . A hidrolise desse sal é representada abaixo: NH4Cl + H2O ⇌ NH4OH + HCl NH4 + + Cl− ⇌ NH4OH + H + +Cl− NH4 + ⇌ NH4OH +𝐇 + ∴ Pela presença do H+ ao final teremos um solução ácida, ou, seja, 𝐩𝐇 < 𝟕. 18. Prepara-se uma solução de cianeto de potássio (KCN), a 25ºC. Calcular a constate de hidrolise deste sal, sabendo que a constante de ionização do HCN a 25ºC é 8,0 × 10−10. RESPOSTA Comentário: Temos um sal formado por um ácido fraco e uma base forte. Logo teremos: KCN +H2O ⇌ HCN +KOH K+ +CN− +H2O ⇌ K + +OH− + HCN CN− +H2O ⇌ OH − +HCN Kc = [OH−]× [HCN] [CN−] × [H2O] K c ∙ [H2O]⏞ Nova constante Kh = [OH−] × [HCN] [CN] MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 10 Kh = [OH−] × [HCN] [CN−] Para HCN HCN ⇌ H+ + CN− Ka = [H+]× [CN−] [HCN] ⇒ [HCN] = [H+]× [CN−] Ka Substituindo teremos: Kh = [OH−] × [H+]× [CN−] Ka [CN−] Kh = [OH −] × [H+]× [CN−] Ka × 1 [CN−] = [OH−] × [H+] Ka = Kw Ka Kh = Kw Ka Kh = 1,0 ∙ 10−14 8,0 × 10−10 = 1,25 × 10−5 ∴ Kh = 1,25 × 10 −5 19. Para uma solução de 0,10 mols/L de acetato de sódio, NaAc, calcular: Dados: Ka = 1,8 ∙ 10 −5 a) A constante de hidrolise desse sal: RESPOSTA Comentário: Logo percebemos que se trata de um sal formado pela reação de neutralização ocorrida entre um ácido fraco com uma base forte. Logo apliquemos a relação abaixo: Kh = Kw Ka Teremos: Kh = Kw Ka = 1,0 ∙ 10−14 1,8 ∙ 10−5 ≅ 0,556 ∙ 10−14−(−5) = 0,556 ∙ 10−9 ∴ Kh = 5,56 ∙ 10 −10 b) O grau de hidrolise em porcentagem (%) RESPOSTA NaAc+H2O ⇌ NaOH + HAc Na+ + Ac− ⇌ Na+ +OH− +HAc Ac− +H2O ⇌ OH − +HAc Para Kc: MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 11 Kc = [OH −]× [HAc] [Ac−]× [H2O] K c ∙ [H2O]⏞ Nova constante Kh = [OH−] × [HAc] [Ac−] Kh = [OH −] × [HAc] [Ac−] Matamos a tabela de contabilidade estequiométrica: Ac− + H2O ⇌ OH − + HAc Início 0,1 0,0 0,0 0,0 Reagem x x x x No equilíbrio x − 0,1 x x x Mols/L x − 0,1 x x x Kc = [OH −]× [HAc] [Ac−]× [H2O] ⇒ Kc ∙ [H2O] = [OH −]× [HAc] [Ac−] K c ∙ [H2O]⏞ Nova constante Kh = [OH −]× [HAc] [Ac−] 5,56 ∙ 10−10 = [OH −] × [HAc] [Ac−] = x × x (0,1 − x) = x² 0,1 − x 5,56 ∙ 10−10 = x² 0,1 − x 0,556 ∙ 10−10 − 5,56 ∙ 10−10x = x² x2 + 5,56 ∙ 10−10 −5,56 ∙ 10−11 = 0 ∆= (5,56 ∙ 10−10)2 − 4 ∙ 1 ∙ (−5,56 ∙ 10−11) ∆= 30,91 ∙ 10−20 + 22,24 ∙ 10−11 ∆= 30,91 ∙ 10−20 + 22240000000 ∙ 10−20 √∆=√22240000030,91 ∙ 10−20 = 149130,82 ∙ 10−10 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 12 x = −(−0,556 ∙ 10−10) + 149130,82 ∙ 10−10 2 = 74565,688 ∙ 10−10 x = 7,4565688 ∙ 10−6 x ≅ 7,5 ∙ 10−6 Para α%: α% = x 0,1 × 102 = 7,5 ∙ 10−6 1,0 ∙ 10−1 × 102 = 7,5 ∙ 10−5 × 102 = 7,5 ∙ 10−3 % ∴ α% = 7,5 ∙ 10 −3 % Poderíamos também de maneira mais direta ter feito por: Kh =𝓂 ∙ α 2 5,56 ∙ 10−10 = 0,1 ∙ α2 α2 = 5,56 ∙ 10−10 1,0 ∙ 10−1 = 5,56 ∙ 10−9 α2 = 5,56 ∙ 10−9 α = √5,56 ∙ 10−9 = √55,6 ∙ 10−10 = √55,6 ∙ 10− 10 2 α ≅ 7,456 ∙ 10−5 Para α%: α% ≅ 7,456 ∙ 10 −5 × 102 ≅ 7,5 ∙ 10−3 % ∴ a% = 7,5 ∙ 10 −3 % c) Calcular o pH da solução. RESPOSTA Comentário: Devemos preencher a tabela abaixo substituindo pelo seu valor número e determinar a o pH usando como referência o produtos iônico da água e a concentração de OH− dada como o preenchimento da tabela. Ac− + H2O ⇌ OH − + HAc Início 0,1 0,0 0,0 0,0 Reagem 7,5 ∙ 10−6 7,5 ∙ 10−6 7,5 ∙ 10−6 7,5 ∙ 10−6 No equilíbrio 0,0999925 7,5 ∙ 10−6 7,5 ∙ 10−6 7,5 ∙ 10−6 Mols/L 0,0999925 7,5 ∙ 10−6 7,5 ∙ 10−6 7,5 ∙ 10−6 Para o pH teremos: MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 13 pH+ pOH = 14 pH = 14− pOH pH = 14 − (−log 7,5 ∙ 10−6) pH = 14− [−log7,5 + (−6 ∙ (− log 10))] pH = 14− [−0,875+ 6] pH = 14 + 0,875 − 6 pH = 8,875 ≅ 8,8 ∴ pH = 8,8 20. Para uma solução 0,10 mols/L de N2H5Cl, calcular: a) A constante de hidrolise: RESPOSTA Kh = Kw Kb = 1,0 ∙ 10−14 1,7 ∙ 10−6 = 0,59 ∙ 10−8 Kh = 5,9 ∙ 10 −9 b) O grau de hidrolise em porcentagem (%) RESPOSTA Kh =𝓂 ∙ α 2 5,9 ∙ 10−9 = 1,0 ∙ 10−1 × α2 α2 = 5,9 ∙ 10−9 1,0 ∙ 10−1 = 5,9 ∙ 10−8 α = √5,9 ∙ 10−8 = √5,9 ∙ 10− 8 2 ≅ 2,43 ∙ 10−4 α = 2,43 ∙ 10−4 Para a% α% = 2,43 ∙ 10 −4 ∙ 102 = 2,43 ∙ 10−2 ∴ α% = 2,43 ∙ 10 −2% c) O pH da solução formada RESPOSTA pH = −log(0,1 × 2,43 ∙ 10−4) = −log(0,243 × 10−4) = −log(2,43 ∙ 10−5) pH = − log2,43 + (− log10−5) = −0,385 + (−5 ∙ [− log 10)] pH = −0,385 + 5 = 4,615 ∴ pH ≅ 4,62 21. Calcular o pH de uma solução 1,0 mols/L de NH4Cl, a 25°C. (Dados: Kb:1,8 ∙ 10 −5, log 2,36 = 0,37) RESPOSTA Kh = Kw Kb = 1,0 ∙ 10−14 1,8 ∙ 10−5 ≅ 0,556 ∙ 10−9 Kh = 5,56 ∙ 10 −10 Para α teremos: MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 14 Kh =𝓂 ∙ α 2 ⇒ α = √ Kh 𝓂 α = √ Kh 𝓂 = √ 5,56 ∙ 10−10 1,0 ≅ 2,36 ∙ 10−5 α = 2,36 ∙ 10−5 Para o pH: pH = −log(𝓂 ∙ α) = − log(1,0 ×2,36 ∙ 10−5) = −log (2,36 ∙ 10−5) pH = − log2,36 + (−log 10−5) pH = −0,37 + [−5 ∙ (− log10)] = −0,37 + 5 ∴ pH = 4,63 22. Calcule a constante de ionização do ácido nitroso, HNO2(g) , à temperatura de 25ºC, sabendo que numa solução aquosa de concentração de 0,02 mols/L, a essa temperatura, a porcentagem de moléculas do ácido que se encontra ionizadas é igual a 15%. RESPOSTA Pela ionização do ácido teremos: HNO2 ⇌ H + +NO2 − Montamos a tabela: HNO2 ⇌ H + + NO2 − Início 0,02 0,0 0,0 Reagem 0,02 ×0,15 = 0,003 0,003 0,003 No equilíbrio 0,017 0,003 0,003 Mols/L 0,017 0,003 0,003 Para Ka: Ka = [H +]× [NO2 − ] [HNO2] = 3,0 ∙ 10−3 × 3,0 ∙ 10−3 1,7 ∙ 10−2 = 9,0 ∙ 10−6 1,7 ∙ 10−2 ≅ 5,29 ∙ 10−4 ∴ Ka = 5,29 ∙ 10 −4 mols/L 23. Quando 0,050 mols de um ácido HÁ foi dissolvido em quantidade de água suficiente para obter 1,0 L de solução, constatou-se que o pH resultante foi igual a 2. a) Qual é a concentração total de íons na solução? RESPOSTA Pela ionização do ácido teremos: HA ⇌ H+ +A− Para a concentração de H+ temos que: pH = − log[H+] [H+] = 10−pH MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 15 [H+] = 10−2 = 0,01 Montamos a tabela: HA ⇌ H + + A− Início 0,05 0,0 0,0 Reagem 0,01 0,01 0,01 No equilíbrio 0,04 0,01 0,01 Mols/L 0,04 0,01 0,01 Para a concentração total de íons teremos: Totalions = ∑íons Totalions = [H +]+ [A− ] Totalions = 0,01 + 0,01 Totalions = 0,02 = 2,0 ⋅ 10 −2 Totalions = 2,0 ⋅ 10 −2 mols/L b) Qual o valor da constante Ka do ácido HÁ? RESPOSTA Para Ka teremos: Ka = [ H +][A−] [ HA] = [0,01]× [0,01] [0,04] = (1,0 ∙ 10−2)² 4,0 ∙ 10−2 = 1,0 ∙ 10−4 4,0 ∙ 10−2 = 0,25 ∙ 10−2 Ka = 2,5 ∙ 10 −3 (mols/L) 24. Um estudante misturou todo o conteúdo de dois frascos A e B, que continham: Frasco A: 25 ml de solução aquosa de ácido clorídrico, HCl(aq) , 0,80 mols/L; Frasco B: 25 ml de solução aquosa de hidróxido de potássio, KOH(aq), 0,60 mols/L; a) Calcule o pH da solução resultante, a 25°C. RESPOSTA Comentário: Esta questão se assemelha à questão 16. Calculamos o número de mols para cada espécie química. Logo teremos: nHCl =𝓂× VHCl = 0,80 × 25 1000 = 0,02 mols → nHCl = 0,02 mols nKOH = 𝓂× VHCl = 0,60 × 25 1000 = 0,015 mols → nKOH = 0,015 mols Como na questão 16, devemos descobrir quem é o reagente limitante e o em excesso. Para isso montamos uma tabela de contabilidade estequiométrica. Veja abaixo: HCl(aq) + KOH(aq) → KCl(s) + H2O(aq) Início (mols) 0,020 0,015 0,0 0,0 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 16 Reagem (mols) 0,015 0,015 0,015 0,0,5 Sobram (mols) 0,005 0,000 0,015 0,015 Logo percebemos que o reagente limitante se trata do KOH, e o reagente em excesso será o HCl, pois neste caso ao final da reação de neutralização ainda existe ácido. Já podemos adiantar que o solução resultante da mistura terá um caráter ácido, ou seja, seu pH será menor que 7,0 (pH < 7,0 = Solução Ácida). Para o pH devemos calcular a molaridade da solução em relação ao ácido clorídrico (HCl) ainda existente. Para isso fazemos: 𝓂HCl = nsobram Vresultante 1000 = nsobram VHCl+ VKOH 1000 = 0,005 25 + 25 1000 = 0,005 50 1000 = 0,005 0,05 = 1,0 ∙ 10−1 𝓂HCl = 1,0 ∙ 10 −1 Pelo equilíbrio estabelecido, sabendo que o HCl ioniza-se totalmente teremos: HCl ⇌ H + + Cl− No equilíbrio 1,0 ∙ 10−1 1,0 ∙ 10−1 1,0 ∙ 10−1 Logo pH será: pH = −log[ H +] pH = − log(1,0 ∙ 10−1) ∴ pH = 1 b) A solução resultante é ácida, básica ou neutra? Justifique sua resposta utilizando o produto iônico da água. RESPOSTA O item “a” responde o item b. Veja a demonstração abaixo: pH + pOH = 14 pH = pOH = Solução neutra pH < 7 ⇒ pH > pOH pH > pOH − log[H +] > − log[OH −] Eliminado o logaritmo de ambos os lados obtemos que: ∴ [H +] > [OH –] Ou seja, a concentração do H+ será maior que a concentração do OH− no equilíbrio iônico que fora estabelecido. 25. A metilamina, H3C −NH2, proveniente da decomposição de certas proteínas, responsáveis pelo desagradável cheiro de peixe, é uma substancia gasosa, solúvel e água. Em soluções aquosas de metilamina o equilíbrio : H3C− NH2 + H2O(l) ⇌ H3C− NH3 + + OH− a) O pH da solução aquosa de metilamina será maior, menor ou igual a 7,0? Explique. RESPOSTA MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 17 O pH da solução em equilíbrio de metilamina será maior do que 7,0 devido a maior concentração de íons OH− do que íons H+. b) Por que o limão ou vinagre (soluções ácidas) diminuem o cheiro de peixe? RESPOSTA Soluções ácidas possuem concentração de H+ > OH−, ao entrar em contato como o peixe seria como “aumentar a concentração de H+”, abaixando o pH devido o consumo do OH− dado pela reação: H+ + OH− → H2O. A retirada do OH − desloca o equilíbrio no sentido de repor está mesma quantidade, com isso o equilíbrio será deslocado para a direita consumindo mais metilamina, consequentemente diminuído o odor de peixe. 26. Um determinado produto de limpeza, de uso doméstico, é preparado a partir de 2,5 ∙ 10−3 mols de NH3 para cada litro de produto. A 25ºC, esse produto contém, dentre outras espécies químicas, 1,0 ∙ 10−10 mols/L de H+. Considere que a equação de ionização da amônia em água é: NH3(g) +H2O(l) ⇌ NH4(aq) ++ OH(aq) Calcule, em porcentagem, o grau de ionização da amônia nesse produto. RESPOSTA Comentário: Veja que nos foi dado uma informação muito importante, a concentração de H+. A partir dela poderemos calcular o pH da solução e a concentração do OH−. Veja: pH = − log[H+] pH = − log[1,0 ∙ 10−10] pH = 10 Para o pOH teremos: pH + pOH = 14 pOH = 14 − pH pOH = 14 − 10 pOH = 4 Para a concentração de OH−no equilíbrio teremos: pOH = −log[OH−] ⇒ [OH−] = 10−pOH [OH−] = 1,0 ∙ 10−4mols/L ou [OH−] = 0,1 ∙ 10−3 mols/L Montamos a tabela: NH3(g) ⇌ NH4(aq) + + OH−(aq) Início 2,5 ∙ 10−3 0,0 0,0 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IVE-MAIL: icosaedro@hotmail.com 18 Reagem 0,1 ∙ 10−3 0,1 ∙ 10−3 0,1 ∙ 10−3 No equilíbrio 2,4 ∙ 10−3 0,1 ∙ 10−3 0,1 ∙ 10−3 Mols/L 2,4 ∙ 10−3 0,1 ∙ 10−3 0,1 ∙ 10−3 Para a% teremos: a% = 0,1 ∙ 10−3 2,5 ∙ 10−3 × 100 ≅ 4,0 % ∴ a% = 4,0 % 27. Dois comprimidos de aspirina, cada um com 0,36 g desse composto, foram dissolvidos em 200 ml de água. a) Calcule a concentração molar da aspirina nessa solução, em mols/L. (Massa molar da aspirina = 180 g/mol) RESPOSTA Convertendo o volume para litros Vlitros = 200 1000 = 0,2 L Vlitros = 0,2 L Para a molaridade teremos que: 𝓂 = n Vlitros = mg Mmolar Vlitros = mg Mmolar × 1 V = mg Mmolar × Vlitros 𝓂 = mg Mmolar × Vlitros = 2⏞ São 2 comprimidos × 0,36 180,0 × 0,2 = 0,72 32,0 = 0,02 ∴ 𝓂 = 2,0 ∙ 10−2 mols/L b) Considerando a ionização da aspirina segundo a equação: C9H8O4(aq) ⇌ H(aq) + + C9H7O4(aq) + e sabendo que ela se encontra 5% ionizada. Calcule o pH dessa solução: RESPOSTA Montando a tabela de contabilidade estequiométrica para a reação dada teremos: C9H8O4(aq) ⇌H(aq) + + C9H7O4(aq) + C9H8O4 (aq) ⇌ C9H7O4(aq) + + H(aq) + Início 2,0 ∙ 10−2 0,0 0,0 MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 19 Ionizam/Reagem 0,1 ∙ 10−2 0,1 ∙ 10−2 0,1 ∙ 10−2 No equilíbrio 1,9 ∙ 10−2 0,1 ∙ 10−2 0,1 ∙ 10−2 Mols/L 1,9 ∙ 10−2 0,1 ∙ 10−2 0,1 ∙ 10−2 Para o pH teremos: pH = − log[H+] pH = − log[0,1 ∙ 10−2] = − log[1,0 ∙ 10−3] pH = − log1 + (−log 10−3) pH = 0 + [−3 ∙ (− log 10)] pH = 0+ [−3 ∙ (−1)] pH = 0+ 3 ∴ pH = 3 28. Um dos problemas associados à queima de carvão em usinas termelétricas é a chuva ácida, decorrente, entre outros, da formação de ácido sulfúrico na atmosfera. Um dos países mais afetados, na Europa, foi a Suécia. Nesse país, vários lagos tornaram-se acidificados, apresentando um pH incompatível com a vida aquática. Como solução, foi utilizado CaCO3, na tentativa de neutralizar esse ácido em excesso. Supondo um lago com 1 milhão de metros cúbicos de água, com um pH = 4,0, calcule a quantidade de CaCO3, em toneladas necessária para elevar esse pH para 7,0. Dados: H2SO4 + CaCO3 ⟶CaSO4 + CO2 +H2O Massa Molares (g/mol): H2SO4 = 98;CaCO3 = 100. RESPOSTA Para a reação em equilíbrio entre o ácido sulfúrico e o calcário: H2SO4 +CaCO3 ⇌ H2CO3 +CaSO4 H2CO3 +CaSO4 ⇌ 2H + +CO3 − + CaSO4 Somando as equações acima: H2SO4 +CaCO3 ⇌ 2H + +CO3 −2 +CaSO4 Para a concentração de H+: pH = − log[H+] ⇒ [H+] = 10−pH [H+] = 1,0 ∙ 10−4 mols/L Montamos a tabela: MAURÍCIO DOS SANTOS PEREIRA / LICENCIATURA EM QUÍMICA IV E-MAIL: icosaedro@hotmail.com 20 H2SO4 + CaCO3 ⇌ 2H + + CO3 −2 CaSO4 Reagem 0,5 ∙ 10−4 0,5 ∙ 10−4 1,0 ∙ 10−4 0,5 ∙ 10−4 0,5 ∙ 10−4 Para que o pH seja igual a 7,0 a concentração de H+ deverá ser igual á 1,0 ∙ 10−7mols/L. Agora devemos descobrir a concentração de CaCO3que equivale a este pH. Usando proporção: 1,0 mols de CaCO3 −− −− −2 mols H + z −− −− −− −− −1,0 ∙ 10−4mols H+ Teremos: z′ = 1,0 ∙ 10−4mols H+ 2 mols H+ ∙ 1,0 mols de CaCO3 z′ = 0,5 ∙ 10−4 mols de CaCO3 Em um litro a molaridade será: 𝓂CaCO3 = 5,0 ∙ 10 −5mols/L Agora devemos descobrir o número de mols de CaCO3 dissolvido em no volume dado. Nos foi dado que o volume do lago seria de 1 milhão de metros cúbicos. Convertendo isso para litros teremos: Vlago em litros = 1,0 ∙ 10 6 × 103 = 1,0 ∙ 109 L Vlago em litros = 1,0 ∙ 10 9 L Veja: 𝓂CaCO3 = nCaCO3 Vlitros ⇒ nCaCO3 =𝓂CaCO3 × Vlitros nCaCO3 =𝓂CaCO3 × Vlitros nCaCO3 = 5,0 ∙ 10 −5 × 1,0 ∙ 109 nCaCO3 = 5,0 ∙ 10 4 mols Está é a quantidade em mols de CaCO3 que irão neutralizar o H2SO4 . Para massa em gramas teremos: n = mg Mmolar ⇒ mg = n ×Mmolar mCaCO3 em gramas = 5,0 ∙ 10 4 × 100 mCaCO3 em gramas = 5,0 ∙ 10 6g Para a massa em quilogramas: mCaCO3 em gramas = 5,0 ∙ 106 103 = 5,0 ∙ 103kg ∴ mCaCO3 em gramas = 5,0 ∙ 10 3kg Ou ∴ mCaCO3 em toneladas = 5,0 ton
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