Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Prof. Dra. Evania Andrade 1 Preparo de soluções e Titulações Macaé Novembro - 2014 Prof. Dra. Evania Andrade 2 Base fraca Acido forte TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FRACA Considere a titulação de 50 mL NH3 0,1 M com uma solução 0,1 M de HCl. Calcular o pH quando adicionados 10 mL e no PE. Prof. Dra. Evania Andrade 3 NH3 + H2O ⇌ NH4 + + OH- NH3 H2O NH4 + OH- Inicial 0,1 - 0 0 Reação - - + + final 0,1-X - X X Enquanto o ácido não é adicionado, a amônia se dissocia: Kb =1,81 X 10 -5 = 𝑁𝐻4 + [𝑂𝐻 _ ] [𝑁𝐻3 _ ] = 𝑋 𝑥 𝑋 [0,1 −𝑋 _ ] Kb =1,81 X 10 -5 = 𝑋2 [0,1 −𝑋 _ ] 0,1 X 𝑋2 =1,81 X 10-5 x 0,1 X = 1,34 x 10-3 X = 1,34 x 10-3 = [OH-] pOH = -log [OH-] pH = 11,13 Prof. Dra. Evania Andrade 4 HCl + NH3 ⇌ NH4 +Cl Adicionados 10 mL de ácido, temos volume total de 10 mL + 50 mL = 60 mL As espécies assumem novas concentrações: O excesso de amônia consome todo o ácido clorídrico adicionado. HCl NH3 NH4 +Cl- Inicial 3,33 x 10-2 8,33 x 10-2 0 Reação - 3,33 x 10-2 - 3,33 x 10-2 + 3,33 x 10-2 final 0 5,0 x 10-2 + 3,33 x 10-2 Prof. Dra. Evania Andrade 5 A amônia remanescente se dissocia em água, liberando hidroxila. NH3 + H2O ⇌ NH4 + + OH- NH3 H2O NH4 Inicial 3,33 x 10-2 8,33 x 10-2 0 Reação - 3,33 x 10-2 - 3,33 x 10-2 + 3,33 x 10-2 final 0 5,0 x 10-2 + 3,33 x 10-2 Prof. Dra. Evania Andrade 6 Titulações em Sistemas Polipróticos Calcule as concentrações de todos os solutos em 0,10 M de H3PO4(aq)? Espécies Concentração em mol L-1 H3PO4 H3O + H2PO4 - HPO4 2- OH- PO4 3- Prof. Dra. Evania Andrade 7 Espécies H3PO4 H3O + H2PO4 - Inicial ∆M M M H3PO4 (aq) + H2O (l) H3O + + H2PO4 - Ka1 = H3O + [H2PO4 − ] [H3PO4 _ ] Ka1 = 𝒙 .(𝒙) (𝟎,𝟏𝟎 −𝒙) 7,6 x 10-3 = 𝒙 .(𝒙) (𝟎,𝟏𝟎) Considerando x << 0,10 X = 0,028 Calcular x usando equação de 2º grau X2 + 7,6x10-3x – 7,6x10-4 = 0 X = 2,40 x 10-2 [H3PO4] = 0,08 M X = [H3O +] = [H2PO4 -] = 2,4 x 10-2 0,10 0 0 -x +x +x 0,10 - x x +x 0,10 - 2,40 x 10-2 2,40 x 10-2 2,40 x 10-2 Ka1 = 7,6 x 10-3 1ª Etapa: Prof. Dra. Evania Andrade 8 Espécies H2PO4 - H3O + HPO4 2- Inicial ∆M M M H2PO4 - (aq) + H2O (l) HPO4 2- (aq) + H3O +(aq) Ka2 = H3O + [HPO4 2−] [H2PO4 _ ] Ka2 = 𝟐,𝟒𝟎𝒙𝟏𝟎𝟐 − + 𝒙 (𝒙) (𝟐,𝟒 𝒙 𝟏𝟎𝟐 − 𝒙) X = 6,2 x 10-8 [H2PO4 -] = 2,4 x 10-2 M X = 6,2 x 10-8 = [HPO4 2-] = Ka2 0 -x +x +x x 2,40 x 10-2 - x 2,40 x 10-2 2,40 x 10-2 Ka2 = 6,2 x 10 -8 2ª Etapa: 2,40 x 10-2 + x Ka2 = 𝟐,𝟒𝟎𝒙𝟏𝟎𝟐 − (𝒙) (𝟐,𝟒 𝒙 𝟏𝟎𝟐 − ) Considerando x << 2,4 x 10-2 x << 2,4 x 10-2 2,40 x 10-2 – 6,2 x 10-8 2,40 x 10-2 + 6,2 x 10-8 6,2 x 10-8 A segunda desprotonação não é significativa. Prof. Dra. Evania Andrade 9 Espécies HPO4 2- H3O + PO4 3- Inicial ∆M M M HPO4 2- (aq) + H2O(l) PO4 3- (aq) + H3O + (aq) Ka3 = H3O + [PO4 3−] [HPO4 𝟐 _ ] Ka3 = 𝟐,𝟒𝒙𝟏𝟎 − 𝟐 +𝒙 (𝒙) (𝟔,𝟒 𝒙 𝟏𝟎 − 𝟖− 𝒙) X = 5,4 x 10-19 [HPO4 2-] = 6,6 x 10-8 M [H30 +3] = 2,4 X 10-2 [PO4 3-] = 5,4 X 10-19 0 -x +x +x x 6,6 x 10-8 - x 6,2 x 10-8 Ka3 = 2,1 x 10 -13 3ª Etapa: Ka3 = 𝟐,𝟒𝟎𝒙𝟏𝟎𝟐 − (𝒙) (𝟔,𝟒 𝒙 𝟏𝟎 − 𝟖 ) Considerando x << 6,2 x 10-8 X é << 6,2 x 10-8 A 3ª desprotonação é muito pequena. 2,4 x 10-2 2,4 x 10-2 + x 6,6 x 10-8 – 5,4 x 10-19 2,4 x 10-2 + 5,4 x 10-19 5,4 x 10-19 Prof. Dra. Evania Andrade 10 Espécies Concentração em mol L-1 H3PO4 H3O + H2PO4 - HPO4 2- OH- PO4 3- HPO4 2- (aq) + H2O(l) PO4 3- (aq) + H3O + (aq) [OH-] = 𝑲𝒘 [𝑯𝟑𝑶 + ] = 𝟏,𝟎 𝒙 𝟏𝟎 − 𝟏𝟒 𝟐,𝟒 𝒙 𝟏𝟎 − 𝟐 = 𝟒, 𝟐 𝒙 𝟏𝟎 − 𝟏𝟑 mol L-1 6,6 x 10-8 0,08 4ª Etapa: A 3ª desprotonação é muito pequena. [PO4 3-] = 5,4 X 10-19 2,4 x 10-2 4,2 x 10-13 5,4 x 10-19 2,4 x 10-2 Prof. Dra. Evania Andrade 11 Quando se titula um ácido poliprótico surgem as seguintes perguntas: 1. Será possível titular apenas um, ou os dois átomos de hidrogênio substituíveis? 2. No caso de ser possível titular ambos os átomos de hidrogênio substituíveis por molécula, será possível titulá- los separadamente? 3. Em cada caso, que indicador deverá ser empregado? Prof. Dra. Evania Andrade 12 é um ponto teórico • Não podemos determinar o ponto de equivalência de uma titulação experimentalmente. • Podemos apenas estimar sua posição pela observação de algumas variações físicas associadas com a condição de equivalência. • Essa alteração é chamada ponto final da titulação. • Todo esforço é feito para se assegurar que qualquer diferença de massa ou volume entre o ponto de equivalência e o ponto final seja pequena. • Essas diferenças existem como resultado da inadequação das alterações físicas e da nossa habilidade em observá-las. Erro de titulação A diferença no volume ou massa entre o ponto de equivalência e o ponto final. é um ponto experimental Prof. Dra. Evania Andrade 13 • Os indicadores são frequentemente adicionados à solução de analito para produzir uma alteração física visível (o ponto final) próximo ao ponto de equivalência. • As grandes alterações na concentração relativa ao analito ou ao titulante ocorrem na região do ponto de equivalência. • Essas alterações nas concentrações causam uma alteração na aparência do indicador. As alterações típicas do indicador : - o aparecimento ou desaparecimento de uma cor, - uma alteração na cor ou aparecimento e desaparecimento de turbidez. • O número de mols do indicador deve ser desprezível em relação ao número de mols do analito. Adição de algumas gotas!!! Escolhe-se um indicador cuja a faixa de transição se sobrepunha, o mais próximo possível, ao intervalo onde se verifica a região de maior inflexão da curva de titulação. Prof. Dra. Evania Andrade 14 Estrutura química ácida e básica da fenolftaleína. Indicadores: É um ácido ou uma base cujas diferentes formas protonadas apresentam cores diferentes. pH 8,0 Prof. Dra. Evania Andrade 15 Azul de bromotimol Prof. Dra. Evania Andrade 16 Tabela de indicares Prof. Dra. Evania Andrade 17 O H3PO4 em solução aquosa, sofre as três reações de dissociação seguintes: Para esse ácido, como para outros ácidos polipróticos Ka1 > Ka2 > Ka3. 4,67 9,45 11,85 Prof. Dra. Evania Andrade 18 Estas perguntas podem ser respondidas mediante observação das curvas de titulação destes ácidos. Titulação potenciométrica de neutralização do H3PO4 com NaOH. Curva normal de titulação potenciométrica de neutralização do H3PO4 Prof. Dra. Evania Andrade 19 Considere a titulação de 25 mL de uma solução de H3PO4 4,1 x 10 -2 mol/L com solução padrão de NaOH 0,100 mol/L. Determine o pH para a primeira, segunda e terceira desprotonação. Indique qual ou quais indicadores devem ser utilizados em cada etapa. Prof. Dra. Evania Andrade 20 Titulação de neutralização do H3PO4 com NaOH. H3PO4 NaOH M = 0,1 V = M = 4,1 X 10-2 V = 25 mL 1º Hidrogênio ionizável Ka1 = [NaH2PO4] [H3PO4] H3PO4 (aq) + NaOH (aq) NaH2PO4 + H2O(aq) Ka1 = 7,6 x 10-3 n = 8,15 x 10-4 n = 1,025 x 10-3 [H3PO4] = 𝟏,𝟎𝟐𝟓 𝒙𝟏𝟎 − 𝟑−𝟖,𝟏𝟓 𝒙 𝟏𝟎 − 𝟒 𝟎,𝟎𝟑𝟑 𝑳 = 6,36 x 10-3 M 7,6 X 10-3 = 𝑿 [H3PO4] Espécies H3PO4 H3O + H2PO4 - Inicial ∆M M M 6,36 x 10-3 0 0 -x +x +x 6,36 x 10-3 - X x x 6,36 x 10-3 – 4,8 x 10-5 4,8 x 10 -5 7,6 x 10-3 = [X] [6,36 x 10−3 − X] X = 4,8 X 10-5 4,8 x 10-5 pH = 4,32 8,15 mL Prof. Dra. Evania Andrade 21 Prof. Dra. Evania Andrade 22 Titulação de neutralização do H3PO4 com NaOH. H3PO4 NaOH M = 0,1 V = 16,4 mL M = 4,1 x 10-2 V = 25 mL 2º Hidrogênio ionizável Ka2 = [Na2HPO4] [H3PO4] H3PO4 (aq) + 2NaOH (aq) Na2HPO4 + H2O (aq) Ka2 = 6,2 x 10 -8 n = 1,64 x 10-3 n = 1,025 x 10-3 [H3PO4] = 𝟏,𝟔 𝒙 𝟏𝟎 − 𝟑 −𝟏,𝟎𝟐𝟓 𝒙𝟏𝟎 − 𝟑 𝟎,𝟎𝟒𝟏𝟒 𝑳 = 1,48 x 10-2 M/2= 7,42 x10-3 6,2 x 10-8 = [X] [7,42 x 10−3 ] X = 4,26 x10-10 [Na2HPO4] = [H30 +] = 4,25 x 10-10 pH = 9,37 Prof. Dra. Evania Andrade 23 Prof. Dra. Evania Andrade 24 Fonte: Daniel C. Harris, 8ª Ed. Editora LCT, pagina 234. Prof. Dra. Evania Andrade 25 Espécies B BH+ OH- Inicial ∆M M 0 -x +x +x x 0,100 - x 0,100 x 0 Prof. Dra. Evania Andrade 26 Fração do caminho A até o ponto C [𝐵] [𝐵𝐻 + ] 10 – 1.5 = 8,5 pKa = pKw - pKb pKa = 14 – 9,00 pKa = 10,00 Prof. Dra. Evania Andrade 27 Onde K1 e K2 são as constantes de dissociação ácida do BH2 2+. Prof. Dra. Evania Andrade 28 [𝐵] [𝐵𝐻 + ] = 20,0 −17,2 17,2 − 10 = 2,8 7,2 Prof. Dra. Evania Andrade 29 pKb2 = -log Kb2 Kb2 = 1,0 x 10 -9 l Prof. Dra. Evania Andrade 30 Prof. Dra. Evania Andrade 31 Titulações por Precipitação Prof. Dra. Evania Andrade 32 - KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. M.; WEAVER, G. C. QUÍMICA GERAL E REAÇÕES QUÍMICAS VOL. Tradução da 6ª edição norte-americana SÂO PAULO: Cengage Learning, 2010. - BROWN, T. L.; JUNIOR, H. E. l.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Química a Ciência Central 9 ed São Paulo: Pearson, 2011. - ATKINS P. JONES L. Princípios de Química-Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente 3 ed. Porto Alegre: BOOKMAN, 2006. BIBLIOGRAFIAS
Compartilhar