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LISTA 5 VOLUMETRIA ÁCIDO E BASE LISTA 5 – PROFESSORA ANNA 1) 9,7770g de ácido nítrico concentrado foram diluídos a um litro com água destilada. Esta solução foi usada na titulação de 25,00mL de NaOH 0,1040M, gastando-se 25,45mL. Calcular a porcentagem (p/p) de HNO3 no ácido concentrado. PM(HNO3) = 63,01 2) 1,000g de sal de amônio é tratado com uma solução concentrada de hidróxido de potássio. A amônia liberada é destilada e coletada em 50,00mL de ácido monoprótico 0,5000M e o excesso deste titulado com 1,56mL de NaOH 0,5000M. Calcule a porcentagem de NH3 na amostra. PM(NH3) = 17,03 3) 0,4671g de amostra contendo NaHCO3 foi dissolvida e titulada com uma solução de HCl gastando 40,72mL. O HCl foi padronizado titulando-se 0,1876g de Na2CO3. Nessa titulação gastaram-se 37,86mL de ácido. Calcular a porcentagem de NaHCO3 na amostra. PM(Na2CO3) = 105,99 PM(NaHCO3) = 84,01 4) A uma amostra de 25,00mL de NaHCO3 adicionam-se 30,00mL de HCl 0,2000M. O excesso de ácido foi titulado (titulação de retorno) com NaOH 0,2000M gastando-se 3,20mL. Calcule a concentração molar de NaHCO3 na amostra. 5) Uma mistura de HCl e H3PO4 é titulada com NaOH 0,1000M. O primeiro PE assinalado com vermelho de metila (4,2-6,2) consumiu 35,00mL de base e o segundo PE usando azul de bromotimol (6,2-7,6) como indicador consumiu um total de 50,00mL de base. Calcular o número de mmoles de HCl e H3PO4 presentes na solução. K1 = 7,5 x 10 -3 K2 = 6,2 x 10 -8 K3 = 4,8 x 10 -13 6) 25,00mL de HCl 0,1000M são titulados com NaOH 0,1000M. Escolha da lista abaixo o indicador adequado para sinalização do ponto final e calcule o erro do indicador se a detecção for feita na primeira coloração básica permanente. metanitrofenol (6,7-8,6) timolftaleína (9,3-10,6) 2,6-dinitrofenol (2,0-4,0) 7) Seja a titulação de 25,00mL de ácido fórmico 0,100M com NaOH 0,100M. Calcular o pH da solução nos seguintes pontos: a) Vb = 5,00mL b) Vb = 12,50mL c) no PE d) Vb = 30,00mL Qual o erro da titulação com o vermelho de metila (4,2-6,2)? Ka = 1,77 x 10 -4 8) 50,0mL de uma solução de NH3 0,100M são titulados com HCl 0,200M. Calcular o pH da solução nos seguintes pontos: a) Va = 0,00mL b) Va = 10,0mL c) no PE d) Va = 26,0mL Qual o erro de titulação com indicador p-nitrofenol (5,0-7,0)? Kb = 1,81 x 10 -5 9) 25,00mL de uma solução contendo 8,00g/L de uma mistura de Na2CO3.H2O e KHCO3 requer 25,35mL de HCl 0,0955M para neutralização usando alaranjado de metila como indicador. Calcular a composição da mistura em % (p/p). PM(Na2CO3.H2O) = 124 PM(KHCO3) = 100 10) Uma solução contém Na2CO3 e/ou NaOH ou NaHCO3. A titulação de 50,00mL dessa solução consumiu 22,10mL de HCl 0,100M usando fenolftaleína como indicador. Com alaranjado de metila, uma segunda alíquota de 50,00mL consumiu 48,40mL do mesmo ácido. Deduzir a composição da amostra e calcular as concentrações molares dos solutos na solução original. 11) Uma amostra pesando 0,8576g pode conter Na2CO3 e/ou NaOH ou NaHCO3. A amostra foi dissolvida e titulada com HCl 0,1163M, gastando 21,64mL para atingir o PF da fenolftaleína e mais 14,90mL para atingir o PF do alaranjado de metila. Deduzir a composição da amostra e calcular a %(p/p) dos componentes. PM(Na2CO3) = 105,99 PM(NaHCO3) = 84,01 PM(NaOH) = 40,00 QUESTÃO 1 Essa questão é fácil e começamos na titulação do ácido nítrico diluído. Se foram usados 25,0 mL de NaOH 0,1040 mol.L-1, então é válido: Número de móis de NaOH usados = mmolmLLmol 6,200,25.1040,0 1 Se observarmos a reação envolvida: HNO3 + NaOH ⇌ NaNO3 + H2O Temos que no P.E.: Número de móis de HNO3 = número de móis de NaOH gasto = 2,6 mmol Sabemos, então, a quantidade de HNO3 presente na volume de 25,45 mL de ácido diluído. Para encontrar sua concentração, fazemos: 1 3 .1021611,0 45,25 6,2 ][ Lmol mL mmol HNO Diluído Daí, tiramos que no 1,0L preparado há um total de 0,1021611 mol de HNO3. Podemos expressar essa quantidade em termos de massa fazendo: Massa de HNO3 = 63,01 g.mol -1 x 0,1021611 mol = 6,437171 g Vamos agora ver em relação ao ácido concentrado. Considerando que todo HNO3 presente na amostra veio exclusivamente dos 9,7770 g de ácido concentrado, podemos assumir que dessa massa total, 6,437171 g correspondem a HNO3. Para achar o teor fazemos: %84,65658399,0 g 9,7770 6,437171g Teor Teor de HNO3 = 65,84% QUESTÃO 2 ETAPA 1: Tratamento do sal com KOH. O sal de fórmula genérica (NH4)αYβ (onde Yα - é o ânion relacionado) é tratado, e a amônia é liberada: NH4 + + OH- ⇌ NH3↑ + H2O Aqui observamos que a estequiometria de NH4 + para NH3 é 1 pra 1. Então, são liberados mol de NH3. ETAPA 2: Coleta do NH3 gerado. Para coleta são usados 50mL de ácido monoprótico 0,5 mol.L-1. Isso implica em uma quantidade total de ácido = 50 mL x 0,5 mol.L-1 = 25 mmol. A reação representativa da coleta é : H+(aq) + NH3(g) ⇌ NH4 + (aq) Aqui, vemos que os mol de amônia consomem mol de H+. O ácido remanescente é titulado na etapa seguinte. ETAPA 3: Titulação do ácido remanescente. Tínhamos 25 mmol de ácido e, após reação com amônia, restaram 25 – . Na titulação desse ácido remanescente: H+ + NaOH ⇌ H2O + Na + No P.E., Número de móis de H+remanescente = número de móis de NaOH gastos = 1,56 x 0,5 mol.L -1 = 0,78 mmol Portanto, 25 – = 0,78 mmol ∴ = 24,22 mmol Finalmente temos 24,22 mmol de amônia. Em termos de massa: Massa de amônia = gmgmolgmmol 4124666,04666,412.03,1722,24 1 Para achar o teor de amônia, fazemos: %2,414124666,0100 g 1,0000 0,4124666g Teor TEOR DE NH3 = 41,2% QUESTÃO 3 Questão típica de titulação na qual calculamos de trás pra frente. Começamos com a padronização do HCl com 0,1876g de Na2CO3. Número de móis de Na2CO3 = mmolmol g g 76999,100176999,0 99,105 1876,0 A reação é: 2H`+ + CO3 2- ⇌ CO2 + H2O Então no P.E.: 2 x número de móis de CO3 2- = número de móis de H+ número de móis de H+ = 2 x 1,76999 mmol = 3,5399566 mmol Se foram gastos 37,86 mL de HCl, então sua concentração é 1.09350123,0 86,37 5399566,3 ][ Lmol mL mmol HCl Sabendo a [HCl], podemos partir para a padronização da amostra de bicarbonato. Nesse procedimento, foram gastos 40,72 mL do ácido. Logo, número de móis de HCl gastos = 40,72 mL x 0,09350123 mol.L-1 = 3,807370 mmol Podemos observar a reação e deduzir a relação molar titulante/titulado no P.E.: H+ + HCO3 - ⇌ CO2 + H2O número de móis de HCO3 - = número de móis de H+ número de móis de HCO3 - = 3,807370 mmol Acabamos de encontrar a quantidade molar de bicarbonato na amostra. Em termos de massa, expressamos: gmgmolgmmolHCOmassa 319057161,0057161,319.01,84807370,3)( 123 Para encontrar a pureza percentual da amostra, fazemos a razão da massa de bicarbonato encontrada e a massa total da amostra: %48,6868477,0 4671,0 319057161,0 g g Pureza PUREZA = 68,48% QUESTÃO 4 Na primeira etapa, foram adicionados 30 mL de HCl 0,2000 mol.L-1. mmolLmolmLsadicionado HCl de móis de número 6.2,030 1 Então, ocorre a seguinte reação: NaHCO3 + HCl ⇌ NaCl + CO2 + H2O Observe que se HCl está em excesso, é a quantidade de NaHCO3 na amostra, então temos a relação 1: Relação 1: x-6mmol excesso em ClH de móisde número Na segunda etapa, o excesso de HCl (6mmol – ) é titulado com 3,20 mL de NaOH 0,2mol.L-1. mmolLmolmLusados NaOH de móis de número 64,0.2,02,3 1 Para a reação: HCl + NaOH ⇌ H2O + NaCl Temos a seguinte relação pro P.E.: Relação 2: Juntando as relações 1 e 2, temos: mmolHNaO de móis de número x-6mmol 64,0 mmolxmmol x-6mmol 36,564,0 Encontramos o número de móis presentes naqueles 25,0 mL de solução mencionada no começo do exercício. Para expressar a concentração molar, fazemos: 1 3 .214,0 00,25 36,5 ][ Lmol mL mmol NaHCO Concentração de Bicarbonato = 0,214 mol.L-1 QUESTÃO 5 Problema envolve mistura de ácido forte com ácido fraco proliprótico. Assim, devemos pensar no processo por etapas. ETAPA 1: Titulação do HCl e do primeiro hidrogênio do H3PO4. O HCl tem o hidrogênio mais ácido e, portanto, a princípio seu H+ é o primeiro a ser titulado. Entretanto, nessa etapa serão titulados todos os hidrogênios com Kan ≥ 10 -4. Portanto será titulado o HCl e o primeiro H+ do H3PO4. Vamos aos cálculos... Nessa titulação foram consumidos 35 mL de NaOH 0,1 mol.L-1. Logo, mmolmL0,1mol.L NaOH de móis denúmero -1 5,335 H+ + OH- ⇌ H2O Reação ocorre em 1 pra 1, então H de móis de número NaOH de móis denúmero Então, mmolH de móis de número 5,3 Porém, sabemos que desses 3,5 mmol parte é proveniente do HCl e parte é proveniente da primeira ionização do H3PO4. HCl ⇌ H+ + Cl- H3PO4 ⇌ H + + H2PO4 - Se em ambas ionizações acima a estequiometria é 1 pra 1, temos a relação 1: 4POH de móis de númeroClH de móis de númeroH de móis de número 3TOTAL ETAPA 2: Titulação do segundo H+ do H3PO4. A primeira condição para titulação do H+ é que seu Kan deve ser ≥ 10 -11. Portanto, podemos titular o segundo hidrogênio do H3PO4 (pois Ka2 = 6,2 x 10 -8 > 10-11). Entretanto, é inviável titular o terceiro hidrogênio porque sua ionização é demasiada pequena (Ka3 = 4,8 x 10 -13 < 10-11). Logo, essa etapa se resume à titulação do segundo hidrogênio do ácido forsórico. Conhecidas as condições, vamos aos cálculos... O segundo P.E. é assinalado com consumo total de 50 mL de NaOH. Entretanto, devemos lembrar que os primeiros 35 mL são consumidos pelas reações da primeira titulação. Assim, nessa etapa o volume real de NaOH consumido é Volume de NaOH = 50mL – 35mL = 15 mL Agora, para concentração de 0,1 mol.L-1 é válido: mmolmL0,1mol.L NaOH de móis denúmero -1 5,115 Novamente, H+ + OH- ⇌ H2O Reação ocorre em 1 pra 1, então )2(etapaH de móis de número NaOH de móis denúmero Então, mmolH de móis de número etapa 5,1)2( Como estamos titulando apenas o H+ proveniente da segunda ionização do H3PO4, onde: H2PO4 - ⇌ H+ + HPO4 2- Então podemos deduzir nessa etapa a relação 2: 43POHde móisde número1,5mmol 4)2( POH de móis de úmeronH de móis de número 2etapa Acabamos de encontrar o número de móis de H3PO4. Agora podemos substituir a relação 2 e na relação 1, e teremos: )2(etapaTOTAL H de móis de númeroClH de móis de númeroH de móis de número mmolClH de móis de númerommol 5,15,3 mmolmmolmmolClH de móis de número 25,15,3 1,5 mmol de H3PO4 e 2,0 mmol de HCl QUESTÃO 6 Questão de escolha de indicador é bem parecida com questões da lista anterior por envolverem cálculo de pH. Primeira coisa que observamos é o pH no P.E. Nesse caso, ácido forte com base forte o pH será 7,0 pois não haverá hidrólise. Por fim escolhemos, dentro dessas condições, o indicador cuja viragem seja o mais próxima possível do PE da reação. No caso, metanitrofenol. Agora, vamos aos cálculos do erro. No P.E., teremos pH = 7,0. Ou seja, o P.E. real é atingido quando forem adicionados 25mL de NaOH; O indicador sinalizará o P.F. quando pH = 8,6, ou seja, excesso de base. pH = 8,6 ∴ pOH = 5,4 [OH-] = 10-pOH = 10-5,4 mol.L-1 = 3,9811 x 10-6 mol.L-1. A expressão que i. Pela reação [HCl + NaOH ⇌ NaCl + H2O], sabemos que ii. O número total de móis de NaOH adicionados é Sabendo que volume de HCl = 25mL e a [OH-] do indicador é 9811 x 10-6 mol.L-1, então substituímos i e ii na expressão que deduzimos para [OH-], e teremos: Logo, A definição de erro em titulação é: Nesse caso, o volume teórico de NaOH seria em 25 mL. Vimos nos cálculos anteriores que o indicador nos levaria à adição de 25,002 mL de NaOH e esse é nosso volume experimental. Portanto, ERRO COM METANITROFENOL = 8,0 X 10-3 % QUESTÃO 7 a) Após a adição de 5,00 mL de NaOH, o volume total é 25mL + 5mL = 30mL. As espécies assumem novas concentrações: A reação ocorre e o ácido fórmico, por estar em excesso, consome todo o NaOH. NaOH + HCOOH ⇌ HCOONa + H2O NaOH HCOOH HCOONa H2O Inicial 0 ∞ Reação Final 0 ∞ O pH nesse ponto é função da ionização do ácido fórmico remanescente. Observe que na tabela reação/equilíbrio da ionização a seguir, a [HCOO-] inicial é mol.L-1 por conta do formiato de sódio produzido na reação acima. HCOOH ⇌ HCOO- + H+ HCOOH HCOO- H+ Inicial 0 Reação Final Substituindo as concentrações finais na tabela na expressão de Ka (1,77 x 10 -4) Logo, ∴ Finalmente, fazemos: b) Adição de 12,50mL implica em volume total 25mL + 12,50mL = 37,5 mL. As novas concentrações de das espécies: O ácido fórmico continua em excesso e novamente consome todo o NaOH adicionado. NaOH + HCOOH ⇌ HCOONa + H2O NaOH HCOOH HCOONa H2O Inicial 0 ∞ Reação Final 0 ∞ Mais uma vez a etapa seguinte consiste na ionização do ácido. HCOOH ⇌ HCOO- + H+ HCOOH HCOO- H+ Inicial 0 Reação Final Substituindo as concentrações finais na tabela na expressão de Ka (1,77 x 10 -4) Logo, ∴ Aplicando: c) No PE, [HCOOH] = [NaOH], ou seja, volumetotal = 50,00mL. Nesse caso, [NaOH] = [HCOOH] = 0,05 mol.L-1. Como não há excesso, ambas as espécies são consumidas totalmente. NaOH + HCOOH ⇌ HCOONa + H2O NaOH HCOOH HCOONa H2O Inicial 0 ∞ Reação Final ∞ Como não há HCOOH remanescente, o efeito no pH é resultado da hidrólise do formiato formado. HCOO- + H2O ⇌ HCOOH + OH - HCOO- H2O HCOOH OH - Inicial ∞ 0 0 Reação Final ∞ A constante de hidrólise Kh é Substituindo as concentrações finais da tabela na expressão de Kh, temos: Portanto, ∴ Para Kw = 1,0 x 10 -14 (a 25o C), fazemos: ∴ d) Quando volume de base adicionada é 30,0mL, há excesso de 5mL de NaOH. Calculamos, então, a quantidade de móis de NaOH em excesso. O volume total é 25mL + 30mL = 55mL. Para encontrar [OH-] e em seguida pOH, fazemos: Para Kw = 1,0 x 10 -14 (a 25o C): ∴ ---------------- Para calcular o erro de titulação, primeiro observamos a viragem do indicador em pH = 6,2. Isto é, se , pela propriedade logarítmica, temos , portanto, . Lembre que: HCOOH ⇌ HCOO- + H+ i. A quantidade de HCOOH totais é: ii. A reação [HCOOH + NaOH ⇌ HCOONa + H2O] nos fornece a relação: Finalmente, lembrando que para pH sinalizado com indicador , podemos substituir i e ii na expressão que deduzimos para H+ e teremos: Resolvendo a equação, chegamos a O erro de titulação é calculado: a) pH = 3,15 b) pH = 3,75 c) pH = 8,23 d) pH = 12,0 ERRO = -0,36% QUESTÃO 8 A) Enquanto o ácido não é adicionado, a amônia se dissocia NH3 + H2O ⇌ NH4 + + OH- NH3 H2O NH4 + OH- Inicial ∞ 0 0 Reação Final ∞ Jogando os valores das concentrações na expressão de Kb (1,81 x 10 -5): Assim, ∴ Assim, Se Kw = 1,0 x 10 -14 (A 25o C), é válido ∴ B) Adicionados 10mL de ácido, temos volume total de 10mL + 50mL = 60mL As espécies assumem novas concentrações: O excesso de amônia consome todo o ácido clorídrico adicionado. HCl + NH3 ⇌ NH4Cl HCl NH3 NH4Cl Inicial 0 Reação Final 0 A amônia remanescente se dissocia em água, liberando hidroxila. NH3 + H2O ⇌ NH4 + + OH- NH3 H2O NH4 + OH- Inicial ∞ 0 Reação Final ∞ Atribuindo à expressão de Kb = 1,81 x 10 -5 Logo, Achamos pOH fazendo: Se Kw = 1,0 x 10 -14 (A 25o C), é válido ∴ C) No PE, Nessa condição, as espécies reagem totalmente e foram 5 mmol de NH4Cl. Isso ocorre quando volume de HCl adicionado = 25mL, portanto, volume total = 75mL. Logo, O sal se hidrolisa, formando NH3 e liberando H +: NH4 + ⇌ NH3 + H + NH4 + NH3 H + Inicial 0 Reação Final Com Kb = 1,81 x 10 -5, a constante de hidrólise a 25o C é Substituindo as concentrações finais da tabela na expressão de Kh, temos: Portanto, ∴ D) Nesse ponto há excesso de 1mL de HCl. Em um volume total de 50mL + 26mL = 76mL Calculamos pH fazendo Para calcular o erro, observamos a viragem do indicador e constatamos que o PF da titulação será em ph = 5,0. Isto é, se , pela propriedade logarítmica, temos , portanto, . Portanto, temos um PF com excesso de ácido. ∴ Vamos às relações: i. Sabemos pela reação HCl + NH3 ⇌ NH4Cl que Onde, Logo, ii. ∴ iii. O volume total da solução será a soma do volume inicial (50mL) com o volume de HCl adicionado: Substituindo i, ii e iii na expressão deduzimos acima e tomando [H+] = 10-5 mol.L-1, teremos: Resolvendo a equação, chegamos a O erro de titulação é calculado: A) pH = 11,1 B) pH = 9,43 C) pH = 5,22 D) pH=2,58 ERRO = 0,016% QUESTÃO 9 A primeira observação é que estamostitulando uma alíquota de 25,0 mL cuja contração de amostra é 8,00g .L-1. Assim, nessa alíquota temos o total de 25mL x 8g.L-1 = 200mg de amostra Note que: Guarde essas duas expressões acima e vamos à titulação. Na medida em que o ácido é adicionado, ocorrem as seguintes reações: HCO3 - + H+ ⇌ CO2 + H2O CO3 2- + 2H+ ⇌ CO2 + H2O Portanto, o PF da titulação se dá quando são adicionados H+ suficientes para neutralizar as duas espécies. Assim, chegamos à relação 1: Sabemos que foram usados 25,35 mL de ácido 0,0955 mol.L-1. Então o número de móis de H+ é Substituindo na relação anterior, chegamos à relação 2: Note que o número de móis de podemos expressar o número de móis de cada espécie em função da massa, fazendo: Agora usamos aquelas duas expressões que deduzimos no início do exercício, e temos: Finalmente, podemos substituir na relação 2, e teremos: Resolvendo a equação, ∴ ∴ Enfim chegamos à massa de carbonato na amostra. Para encontrar a massa de bicarbonato: O percentual de cada espécie na mistura é a razão entre a massa da respectiva espécie e a massa total: TEOR DE = E TEOR DE = QUESTÃO 10 Inicialmente, não sabemos a composição da mistura. Para deduzir, pensamos assim: i. A fenolftaleína é usada no primeiro instante para titular Na2CO3 e NaOH, somente. Ou seja, as possíveis reações são: OH- + H+ ⇌ H2O CO3 2- + H+ ⇌ HCO3 - Quando as reações acima se completam, chegamos ao PF da titulação. ii. O alaranjado de metila é usado na titulação do bicarbonato. Ou seja, se a amostra tem mol de bicarbonato, as reações nessa etapa são: HCO3 -- + H+ ⇌ CO2 + H2O HCO3 -- + H+ ⇌ CO2 + H2O Note que, aqui, são titulados tanto os mol de bicarbonato presentes na amostra quanto os mol de bicarbonato gerados na etapa anterior (i). OBS.: As espécies NaOH e NaHCO3 não coexistem em solução, pois reagem entre si: NaOH + NaHCO3 ⇌ Na2CO3 Logo, se V1 = volume usado na titulação com fenolftaleína V2 = volume usado na titulação com alaranjado de metila Então, V2 > 2V1 composição = NaHCO3 e Na2CO3 V2 < 2V1 composição = NaOH e Na2CO3 V2 = V1 composição = Na2CO3 V2 = 0 e V1 ≠ 0 composição = NaOH V2 ≠ 0 e V1 = 0 composição = NaHCO3 Vamos à dedução da composição. Foram consumidos 22,10 mL de ácido na primeira etapa. Na titulação seguinte, foram consumidos 48,40 mL e, portanto, como V2 > 2V1, a mistura consiste em NaOH e NaHCO3. Etapa 1 – Primeiro PE CO3 2- + H+ ⇌ HCO3 - É válido que: Onde, Para encontrar [ ] = [ ], fazemos: Etapa 2 – Segundo PE HCO3 -- + H+ ⇌ CO2 + H2O HCO3 -- + H+ ⇌ CO2 + H2O Agora, considerando que os primeiros 22,10 mL de ácido adicionado foram usados para o primeiro PE, as reações acima ocorrem no volume restante: 48,40 mL – 22,10 mL = 26,30 mL Portanto, Onde, . Como já determinamos no primeiro PE, substituímos e temos: ∴ Como , então QUESTÃO 11 Aqui, como as duas titulações foram feitas sobre a mesma alíquota, V2 = V1 + ∆V = 21,64mL + 14,90mL = 36,54mL. Como V2 < 2V1, a composição da mistura é NaOH e Na2CO3. Para detalhes, vide explicação no início da questão 11. Etapa 1 – Primeiro PE OH- + H+ ⇌ H2O CO3 2- + H+ ⇌ HCO3 -- É válido que: Onde, ∴ Etapa 2 – Segundo PE HCO3 -- + H+ ⇌ CO2 + H2O Aqui, a relação é Nessa titulação, gastaram-se 14,90 mL de HCl. Logo, Substituindo na expressão que encontramos para e , temos: Para calcular a composição percentual, a primeira coisa afazer é expressar a quantidade dos componentes em termos de massa: Finalmente, tiramos a razão entre cada espécie e a massa total de amostra 0,8576g, ou seja, 857,6mg . TEOR DE TEOR DE
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