2.Titulação potenciométrica de ácido fraco e base fraca (2)

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Titulação potenciométrica de ácido fraco e base fraca
Química analítica experimental – QUI 194 (21P) 
Discentes: Daiana Rocha e Wellington Reis
Docente: Robson José de Cássia Franco Afonso
1
Sumário
Introdução
Objetivo
Procedimento experimental
Apresentação e discussão de resultados
Conclusão
Bibliografia
2
2
Introdução
3
As titulações de neutralização dependem da reação entre o analito e um reagente padrão.
O ponto de equivalência química é localizado por um indicador químico ou um método instrumental.
As soluções padrões utilizadas nas titulações de neutralização são ácidos e bases fortes, pois reagem de forma mais completa com o analito e portanto fornecem pontos finais mais nítidos.
Introdução
4
Curva de titulação de àcido acético 0,10 mol/L com NaOH
Introdução
5
Quatro tipos diferentes de cálculos são necessários para derivar uma curva de titulação de ácido fraco ou base fraca:
No ínicio, a solução contém somente um ácido fraco ou uma base fraca, e o pH é calculado a partir da concentração do soluto e sua constante de dissociação.
Após a adição de vários incrementos de titulante, a solução consiste numa série de tampões. O pH pode ser calculado da concentração analítica da base ou do ácido conjugados e a concentração residual do ácido e base fracos. 
No ponto de equivalência, a solução possui apenas o sal e o pH é calculado a partir da concentração desse produto.
Após o ponto de equivalência, o excesso do titulante ácido ou base forte reprime o caráter ácido ou básico do produto da reação. O pH é calculado pelo excesso do titulante.
Equilíbrios durante uma titulação de ácido fraco
Introdução
Para um ácido, o pH medido quando este é neutralizado exatamente à metade é numericamente igual ao pKa.
Para uma base fraca, o pH da metade da titulação precisa ser convertido em pOH, que é então igual ao seu pKb.
6
Curva de ácido fraco e ácido forte
Objetivo
 Objetivo geral
Construir as curvas de titulação do ácido acético com NaOH e da amônia com HCl.
 Objetivos específicos
Comparar as concentrações molares de CH3COOH e NH4OH obtidas quando são utilizados 3 indicadores diferentes;
Calcular o pKa e o pKb correspondente a 50% do volume de equivalência;
Comparar os valores de pH experimental com os valores de pH teórico.
7
8
Procedimento experimental
Titulação de CH3COOH:
Titulação de uma alíquota de 15,00 mL de uma solução de ácido acético (CH3COOH) em erlenmeyer de 250,00 mL com solução de NaOH
Fenoftaleína
(faixa de viragem 8,4 – 10)
Alaranjado de metila
(faixa de viragem 3,1 – 4,4)
Azul de bromotimol
(faixa de viragem 6,2 – 7,6)
Apresentação e discussão dos resultados
 Parte 1: Titulação de CH3COOH
Através do valor de titulante (NaOH 0,1020 mol/L) gasto na titulação utilizando fenolftaleína como indicador, calculou-se concentração do ácido acético em cada ponto:
Erlenmeyer1
Erlenmeyer2
Erlenmeyer3
15,20mL
15,00mL
15,00mL
9
Vmédio = 15,06mL
Cmédia = 0,1025 mol/L
9
 Parte 1: Titulação de CH3COOH
Através do valor de titulante (NaOH 0,1020 mol/L) gasto na titulação utilizando alaranjado de metila como indicador, calculou-se concentração do ácido acético em cada ponto:
Erlenmeyer1
Erlenmeyer2
Erlenmeyer3
1,70mL
1,30mL
2,00mL
10
Vmédio = 1,67mL
Cmédia = 0,01133 mol/L
Apresentação e discussão dos resultados
10
 Parte 1: Titulação de CH3COOH
Através do valor de titulante (NaOH 0,1020 mol/L) gasto na titulação utilizando azul de bromotimol como indicador, calculou-se concentração do ácido acético em cada ponto:
Erlenmeyer1
Erlenmeyer2
Erlenmeyer3
14,40mL
14,70mL
14,60mL
11
Vmédio = 14,56mL
Cmédia = 0,09905 mol/L
Apresentação e discussão dos resultados
11
12
Apresentação e discussão dos resultados
0,04019 L 
ou 
40,19 mL de NaOH
Avaliando os valores de concentração do ácido acético para os diferentes indicadores, percebe-se que os valores estão bem distantes uns dos outros:
 Cmédia = 0,1025 mol/L
Cmédia = 0,01133 mol/L
Cmédia = 0,09905 mol/L
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O 
Apresentação e discussão dos resultados
Os volumes de NaOH 0,1020 mol/L adicionados a solução de ácido acético foram calculados da seguinte forma:
Tabela 3. Volume médio da titulação: 
 
Tomando-se o valor V(%) = 10 para demonstração dos cálculos:
13
Os cálculos para os demais volumes de NaOH foram realizados de forma análoga. 
Fenolftaleína
15,20 mL
15,00mL
15,00 mL
Vmédio = 15,06 mL
10% de 40 mL = 4,00 mL
4 mL * 1,004 = 4,02 mL de NaOH
14
Apresentação e discussão dos resultados
V (%)
V(mL)
pHteórico
pHprático
V (%)
V(mL)
pHteórico
pHprático
0
0
2,87
2,94
99
39,80
6,80
5,42
10
4,02
3,80
3,58
100
40,20
7,73
5,45
30
12,06
4,39
4,25
101
40,60
10,73
5,48
50
20,10
4,76
4,58
103
41,40
10,96
5,54
70
28,10
5,12
4,87
105
42,21
11,40
5,62
90
36,20
5,71
5,22
110
44,20
11,69
5,86
95
38,20
6,04
5,32
-*
46,20
11,85
6,32
96
39,60
6,15
5,34
120
48,20
11,96
9,81
98
39,40
6,47
5,4
-*
49,20
12,01
11,00
Tabela 1: Volumes de NaOH 0,1020 mol/L utilizados para a construção da curva de titulação potenciométrica e valores de pH teórico e prático. 
(-)* Valores adicionados para melhorar o perfil do gráfico.
(-)* Valores adicionados para melhorar a inflexão do gráfico.
14
Apresentação e discussão dos resultados
O cálculo do pH teórico para as soluções preparadas foi realizado da seguinte forma. 
Antes do ponto de equivalência, tem-se: 
15
CH3COOH em 
excesso
NaOH
H+ 
em solução
Tomando-se o valor V(%) = 10 para demonstração dos cálculos: 
O nCH3COOH é fixo para toda a titulação: 0,1024 mol/L * 0,040 L = 4,1x10-3 mol CH3COOH
[CH3COOH]
[CH3COOH] = 0,0837 mol/L
[CH3COO-]
[CH3COO-] = 9,31x10-4 mol/L
Nota: Ka(CH3COOH) = 1,75x10-5
[H+] = 1,57x10-4 mol/L
pH = -log [H+] = 3,80 
CH3COOH + H2O CH3COO- + H+ 
Conferir os cálculos
Mostrar a reação já que tem que usar K
Apresentação e discussão dos resultados
O cálculo do pH teórico para as soluções preparadas foi realizado da seguinte forma. 
Depois do ponto de equivalência, tem-se: 
16
CH3COOH
NaOH em excesso
OH- 
em
solução
Tomando-se o valor V(%) = 100 para demonstração dos cálculos: 
[CH3COOH]
[CH3COOH] = 5,48x10-5 mol/L
[CH3COO-]
[CH3COO-] = 0,0511 mol/L
Nota: Kb(CH3COO-) = 5,77x10-10
[OH-] = 5,38x10-7 mol/L
pOH = -log [OH-] = 6,26 
pH = 14 – pOH = 7,73 
Curva de titulação potenciométrica
17
algo errado não está certo
Curva de titulação potenciométrica
Derivada primeira 
18
Veq = 48,2 mL
O gráfico da derivada primeira, calculada através dos dados apresentados na tabela 1, pode indicar o volume de equivalência, através do valor de mínimo destacado. 
A derivada primeira é obtida através da relação △pH/△Veq. 
Nesta região pKa = pH
 pKa = pH = 4,58 
Curva de titulação potenciométrica
19
De acordo com o gráfico a região delimitada pela seta em preto abrange a faixa de viragem apenas do indicador fenolftaleína.
Assim, para os cálculos é considerado somente os volumes de NaOH correspondentes a utilização desse indicador.
20
Procedimento experimental
Titulação de NH4OH:
Titulação de uma alíquota de 15,00 mL de uma solução de amônia (NH4OH) em erlenmeyer de 250,00 mL
Fenoftaleína
(faixa de viragem 8,4 – 10)
Alaranjado de metila
(faixa de viragem 3,1 – 4,4)
Azul de bromotimol
(faixa de viragem 6,2 – 7,6)
Apresentação e discussão dos resultados
 Parte 2: Titulação de NH4OH
Através do valor de titulante (HCl) gasto na titulação utilizando fenolftaleína como indicador, calculou-se concentração do ácido acético em cada ponto:
Erlenmeyer1
Erlenmeyer2
Erlenmeyer3
10,50mL
10,60mL
10,30mL
21
Vmédio = 10,46mL
Cmédia = 0,07117 mol/L
21
Apresentação e discussão dos resultados
 Parte 2: Titulação de NH4OH
Através do valor de titulante (HCl) gasto na titulação utilizando alaranjado de metila como indicador, calculou-se concentração
do ácido acético em cada ponto:
Erlenmeyer1
Erlenmeyer2
Erlenmeyer3
13,40mL
13,00mL
11,60mL
22
Vmédio = 12,66 mL
Cmédia = 0,08613 mol/L
22
Apresentação e discussão dos resultados
 Parte 2: Titulação de NH4OH
Através do valor de titulante (HCl) gasto na titulação utilizando azul de bromotimol como indicador, calculou-se concentração do hidróxido de amônio em cada ponto:
Erlenmeyer1
Erlenmeyer2
Erlenmeyer3
13,30mL
13,00mL
12,90mL
23
Vmédio = 13,06 mL
Cmédia = 0,08885 mol/L
23
24
Apresentação e discussão dos resultados
0,03142 L ou 31,42 mL de HCl
Avaliando os valores de concentração do ácido acético para os diferentes indicadores, percebe-se que os valores estão bem distantes uns dos outros:
 Cmédia = 0,07117 mol/L
Cmédia = 0,08613 mol/L
Cmédia = 0,08885 mol/L
25
Apresentação e discussão dos resultados
V (%)
V(mL)
pHteórico
pHprático
V (%)
V(mL)
pHteórico
pHprático
0
0
11,08
10,87
98
31,50
6,72
8,42
10
3,20
10,19
10,20
99
31,80
3,22
8,38
30
9,60
9,60
9,70
100
32,20
1,11
8,32
50
16,10
9,23
9,35
101
32,50
0,96
8,28
70
22,50
8,85
9,04
103
33,10
0,75
8,20
90
28,90
8,18
8,66
105
33,80
0,61
8,05
95
30,60
7,70
8,52
110
35,40
0,38
7,44
96
30,90
7,50
8,49
120
38,60
0,12
2,79
Tabela 2: Volumes de NH4OH 0,1020 mol/L utilizados para a construção da curva de titulação potenciométrica e valores de pH teórico e prático. 
Valores adicionados para melhorar a inflexão do gráfico.
25
Apresentação e discussão dos resultados
Os volumes de HCl adicionados a solução de foram calculados da seguinte forma:
Tabela 3. Volumes médios das titulações: 
 
Tomando-se o valor V(%) = 10 para demonstração dos cálculos:
26
Os cálculos para os demais volumes de HCl foram realizados de forma análoga. 
Fenolftaleína
Alaranjadode metila
Azulde bromotimol
10,46 mL
12,66 mL
13,06 mL
Vmédio = 12,06 mL
10% de 40 mL = 4,00 mL
4 mL * 0,804 = 3,20 mL de NaOH
Apresentação e discussão dos resultados
O cálculo do pH teórico para as soluções preparadas foi realizado da seguinte forte. 
Antes do ponto de equivalência, tem-se: 
27
NH4OH 
em 
excesso
HCl
OH- 
em solução
Tomando-se o valor V(%) = 10 para demonstração dos cálculos: 
O nNH4OH é fixo para toda a titulação: 0,08225 mol/L * 0,040 L = 3,29x10-3 mol NH4OH 
[NH4OH]
[NH4OH] = 0,0684 mol/L
[NH4+]
[NH4+] = 6,10x10-3 mol/L
Nota: Kb(NH4OH) = 1,77x10-5
[OH--] = 1,98x10-4 mol/L
pH = 14 – pOH = 10,30 
pOH = -log [OH-] = 3,70
CH3COOH + H2O CH3COO- + H+ 
27
mostrar a reação ja que usa Kb
Apresentação e discussão dos resultados
O cálculo do pH teórico para as soluções preparadas foi realizado da seguinte forma. 
Depois do ponto de equivalência, tem-se: 
28
NH4OH
HCl
 em excesso
H+ 
em
solução
Tomando-se o valor V(%) = 100 para demonstração dos cálculos: 
Nota: Ka(NH4OH) = 5,65x10-10
[H+] = 2,13x10-9 mol/L
pH = - log [H+] = 8,67 
[NH4OH]
[NH4+]
[NH4OH] = 0,0124 mol/L
[NH4+] = 0,0467 mol/L
Curva de titulação potenciométrica
29
Curva de titulação potenciométrica
Derivada primeira 
30
O gráfico da derivada primeira, calculada através dos dados apresentados na tabela 1, pode indicar o volume de equivalência, através do valor de mínimo dele. 
A derivada primeira é obtida através da relação △pH/△Veq. 
Veq = 30,9 mL
Nesta região pKb = pOH
 pKb = pOH = 9,37 
 pH = 14 - 9,37 = 4,63
Curva de titulação potenciométrica
31
De acordo com o gráfico a região delimitada pela seta em preto abrange a faixa de viragem de todos os indicadores escolhidos para o procedimento. 
Assim, para os cálculos considera-se todos os volumes de HCl.
Conclusão
32
Através da execução da prática foi possível: 
Verificar a importância da curva de titulação na escolha dos indicadores adequados.
Identificar o ponto de equivalência teórico e prático das titulações realizadas. 
Identificar experimentalmente o pKa do ácido acético e pKb da amônia.
Bibliografia 
33
Baccan , Nivaldo; et al. Química Analítica Quantitativa Elementar. 3° Edição. Edgard Blucher. São Paulo, 2004. 
Skoog, Douglas A.; et al. Fundamentos de Química Analítica. 8 ° Edição. Cengage Learning. São Paulo, 2006.