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UFMG – Química Geral Experimental C Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas – Novembro de 2018 Sumário 1. Experiência: ........................................................................................... 2 2. Introdução: ............................................................................................. 2 3. Objetivos: ............................................................................................... 2 4. Procedimentos: ...................................................................................... 2 4.1. Padronização da solução de NaOH com solução padrão de hidrogenoftalato de potássio: ................................................................. 2 4.2. Padronização da solução de HCl com solução padronizada de NaOH: ..................................................................................................... 3 5. Resultados e Discussão: ....................................................................... 4 5.1. Padronização da solução de NaOH com solução padrão de hidrogenoftalato de potássio: ................................................................. 4 5.2. Padronização da solução de HCl com solução padronizada de NaOH: ..................................................................................................... 6 6. Conclusão: ............................................................................................. 8 7. Referências ............................................................................................ 8 Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas 2 1. Experiência: Padronização de soluções ácidas e básicas: HCl e NaOH 2. Introdução: Análise volumétrica é o termo que define a determinação da concentração desconhecida de uma solução usando outra solução com a concentração já definida (solução padrão). Uma técnica de analise volumétrica é a titulação. A solução com a concentração definida é chamada de titulante, essa solução precisa ter a concentração confiável, ou seja, não pode ser volátil, absorver água ou ter qualquer comportamento que altere o sua massa ou volume ao ar livre. A solução com a concentração indefinida é chamada de titulada, essa solução pode ser qualquer solução cuja concentração é desconhecida. No caso da experiência aqui relatada, foi feita uma titulação ácido-base, ou seja, foi determinada a concentração de um ácido e uma base através de duas neutralizações. Para o ponto estequiométrico poder ser observado, um indicador ácido-base foi utilizado. 3. Objetivos: Usar o método volumétrico para determinar a concentração das soluções preparadas na aula anterior: NaOH e HCl 4. Procedimentos: 4.1. Padronização da solução de NaOH com solução padrão de hidrogenoftalato de potássio: No laboratório, uma bureta já havia sido lavada com água destilada, ambientada com a solução de NaOH, e presa ao suporte apropriado. Esta bureta foi utilizada para economizar tempo. Foi colocado então a solução de NaOH até acima do menisco que indicava 0 mL na bureta, após isso, foi aberta a torneira da bureta até a solução chegar ao menisco que indicava 0 mL. Foi colocada num béquer de 50 mL uma pequena porção de solução padrão de hidrogenoftalato de potássio. Com uma pipeta já ambientada, foi transferido 10,0 mL da solução de hidrogenoftalato de potássio para dois erlenmeyers. Nesses erlenmeyers foram pingadas duas gotas de Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas 3 fenolftaleína e, após isso, os erlenmeyers foram agitados para homogeneizar a solução. Os erlenmeyers, um de cada vez, foram colocados embaixo da bureta com NaOH. Foram pingadas gotas de NaOH até a solução ficar com uma coloração rosa bem clara, o erlenmeyer estava em agitação constante para que a solução sempre estivesse homogeneizada. O volume de NaOH foi anotado. Foi então calculado a média dos volumes de NaOH utilizados nos dois erlenmeyers. Então foi calculada a concentração, em quantidade de matéria, da solução de NaOH. 4.2. Padronização da solução de HCl com solução padronizada de NaOH: A mesma bureta foi utilizada, foi anotado o volume de NaOH que a bureta possuía para fazer os cálculos. Foi colocada num béquer de 50 mL uma pequena porção de solução de HCl. Com uma pipeta já ambientada, foi transferido 10,0 mL da solução de HCl para dois erlenmeyers. Nesses erlenmeyers foram pingadas duas gotas de fenolftaleína e, após isso, os erlenmeyers foram agitados para homogeneizar a solução. Os erlenmeyers, um de cada vez, foram colocados embaixo da bureta com NaOH. Foram pingadas gotas de NaOH até a solução ficar com uma coloração rosa bem clara, o erlenmeyer estava em agitação constante para que a solução sempre estivesse homogeneizada. O volume de NaOH foi anotado. Foi então calculado a média dos volumes de NaOH utilizados nos dois erlenmeyers. Então foi calculada a concentração, em quantidade de matéria, da solução de HCl. Os resíduos foram descartados em locais apropriados e a vidraçaria utilizada foi lavada de forma adequada. Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas 4 5. Resultados e Discussão: 5.1. Padronização da solução de NaOH com solução padrão de hidrogenoftalato de potássio: Nessa titulação ácido-base, o titulante (solução de concentração conhecida) foi a solução ácida de KH(C8H4O4) (hidrogenoftalato de potássio), que é uma solução comumente empregada como padrão primário. O titulado (solução de concentração desconhecida) foi a solução básica de NaOH preparada na aula anterior, que supostamente seria de 0,10 mol L-1. Tanto o titulante quanto o titulado eram incolores, portanto para poder ser observado o ponto estequiométrico, foram pingadas 2 gotas de fenolftaleína (indicador ácido-base). À medida que as gotas de NaOH entravam em contato com o KH(C8H4O4), uma coloração rosa surgia por poucos segundos e desaparecia com a agitação constante do erlenmeyer. Após muitas gotas, a coloração demorava mais tempo para desparecer. Ao pingar as gotas era necessário tomar bastante cuidado, uma vez que a curva de pH em relação ao volume de base adicionada cresce rapidamente, ou seja, a solução “passa” de ácida para básica bruscamente. Relação do volume da base com o pH Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas 5 Volume inicial de NaOH na bureta (V0) = 50,00 mL = 0,05 L Volume de KH(C8H4O4) nos dois erlenmeyers: 10,00 mL = 0,01 L Concentraçao de KH(C8H4O4): 0,100 mol L -1 Volume de NaOH pingado no 1º erlenmeyer: 10,80 mL = 0,0108 L Volume de NaOH pingado no 2º erlenmeyer: 10,80 mL = 0,0108 L Média do volume de NaOH: 𝑉(𝑁𝑎𝑂𝐻) = 0,0108 + 0,0108 2 = 0,0108 𝐿 Ou seja, foi utilizado “aproximadamente” 0,0108 L de NaOH para que a solução fosse neutralizada (“aproximadamente” porque a solução ficou com uma coloração, mesmo que clara, rosa, ou seja, a solução ficou mais básica do que neutralizada). A reação química de hidrogenoftalato de potássio [KH(C8H4O4)] com hidróxido de sódio (NaOH) forma o ftalato de sódio e potássio [NaK(C8H4O4)] e água (H2O): 𝐾𝐻(𝐶8𝐻4𝑂4) + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎𝐾(𝐶8𝐻4𝑂4) + 𝐻2𝑂 Analisando a equação, é possível inferir que 1 mol de hidrogenoftalato de potássio reage com 1 mol de hidróxido de sódio para produzir 1 mol de ftalato de sódio e potássio e 1 mol de água. Além disso, é possível concluir também que nessa reação não existe oxirredução. Logo, pela equação: 𝐶 = 𝑛 𝑉 Onde: C = concentração em quantidade de matéria (mol/L) n = quantidade de matéria (mol) V = Volume (L) É possível afirmar que: n (NaOH) = n [KH(C8H4O4)] Logo: C (NaOH) x V (NaOH) = C [KH(C8H4O4)] x V [KH(C8H4O4)] 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∗ 0,0108 𝐿𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,100 𝑚𝑜𝑙𝐾𝐻(𝐶8𝐻4𝑂4) 𝐿 ∗ 0,01 𝐿𝐾𝐻(𝐶8𝐻4𝑂4) 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 ∗ 0,0108 𝐿𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,001 𝑚𝑜𝑙𝐾𝐻(𝐶8𝐻4𝑂4) 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,001 𝑚𝑜𝑙 0,0108 𝐿 ≅ 0,092 𝑚𝑜𝑙 𝐿 Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas 6 Logo, a concentração em quantidade de matéria da solução preparada de NaOH é de aproximadamente 0,092 mol L-1. Pelo resultado obtido, é possível inferir que a concentração da solução chegou próxima do desejado, uma vez que os cálculos feitos na aula anterior tinham como objetivo preparar uma solução com a concentração de 0,10 mol L-1. A diferença da concentração planejada para a concentração obtida na padronização ocorre devido ao fato de que o NaOH(S) absorve água, o que altera a sua massa constantemente. 5.2. Padronização da solução de HCl com solução padronizada de NaOH: Nessa titulação ácido-base, o titulante (solução de concentração conhecida) foi a solução padronizada de NaOH (hidróxido de sódio). O titulado (solução de concentração desconhecida foi a solução básica de HCl preparada na aula anterior, que supostamente seria de 0,10 mol L-1. Tanto o titulante quanto o titulado eram incolores, portanto para poder ser observado o ponto estequiométrico, foram pingadas 2 gotas de fenolftaleína (indicador ácido-base). À medida que as gotas de NaOH entravam em contato com o HCl, uma coloração rosa surgia por poucos segundos e desaparecia com a agitação constante do erlenmeyer. Após muitas gotas, a coloração demorava mais tempo para desparecer. Ao pingar as gotas era necessário tomar bastante cuidado, uma vez que a curva de pH em relação ao volume de base adicionada cresce rapidamente, ou seja, a solução “passa” de ácida para básica bruscamente. Volume inicial de NaOH na bureta (V0) = 28,40 mL = 0,0284 L Concentração de NaOH: 0,92 mol L-1 Volume de HCl nos dois erlenmeyers: 10,00 mL = 0,01 L Volume de NaOH pingado no 1º erlenmeyer: 12,30 mL = 0,0123 L Volume de NaOH pingado no 2º erlenmeyer: 9,40 mL = 0,0094 L Devido à velocidade do aumento de pH de uma solução durante a neutralização, o primeiro erlenmeyer obteve uma coloração rosa muito forte, o que indicava alta basicidade. Sob recomendações do professor, o volume do 1º erlenmeyer será desconsiderado para os cálculos, uma vez que o seu volume de NaOH está mais alto que o normal e, de acordo Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas 7 com o professor, o volume do 2º erlenmeyer se aproxima mais dos resultados obtidos por outros alunos da disciplina. Logo, foi utilizado “aproximadamente” 0,0094 L de NaOH para que a solução fosse neutralizada (“aproximadamente” porque a solução ficou com uma coloração, mesmo que clara, rosa, ou seja, a solução ficou mais básica do que neutralizada). A reação química de ácido clorídrico (HCl) com hidróxido de sódio (NaOH) forma o cloreto de sódio (NaCl) e água (H2O): 𝐻𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 Analisando a equação, é possível inferir que 1 mol de ácido clorídrico reage com 1 mol de hidróxido de sódio para produzir 1 mol de cloreto de sódio e 1 mol de água. Além disso, é possível concluir também que nessa reação não existe oxirredução. Logo, pela equação: 𝐶 = 𝑛 𝑉 Onde: C = concentração em quantidade de matéria (mol/L) n = quantidade de matéria (mol) V = Volume (L) É possível afirmar que: n (HCl) = n (NaOH) Logo: C (HCl) x V (HCl) = C (NaOH) x V (NaOH) 𝐶𝐻𝐶𝑙 ∗ 0,01 𝐿𝐻𝐶𝑙 = 0,092 𝑚𝑜𝑙𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐿 ∗ 0,0094 𝐿𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐶𝑙 ∗ 0,01 𝐿𝐻𝐶𝑙 = 0,0008648 𝑚𝑜𝑙𝑁𝑎𝑂𝐻 𝐶𝐻𝐶𝑙 = 0,0008648 𝑚𝑜𝑙 0,01 𝐿 ≅ 0,086 𝑚𝑜𝑙 𝐿 Logo, a concentração em quantidade de matéria da solução preparada de HCl é de aproximadamente 0,086 mol L-1. Pelo resultado obtido, é possível inferir que a concentração da solução não chegou muito próxima do desejado, uma vez que os cálculos feitos na aula anterior tinham como objetivo preparar uma solução com a concentração de 0,10 mol L-1. A diferença da concentração planejada para a concentração obtida na padronização ocorre devido ao fato de que o HCl é volátil (evapora), o que altera o seu volume constantemente. Relatório 10: Padronização de soluções ácidas e básicas 8 6. Conclusão: Diante da experiência relatada, conclui-se que em um laboratório a mistura de soluções pode ser útil para determinar a concentração de uma solução desconhecida. Além disso, infere-se também que existem reagentes cuja massa (ou volume) medida (o) não é confiável e, por isso, tendem a produzir soluções com a concentração menor do que a desejada. 7. Referências DEMICHELI, Cynthia Peres. Apostila de práticas de Química Geral – UFMG 2018.