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PAGQuímica Exercícios de Equilíbrio de Solubilidade 1. Uma solução foi preparada misturando-se 50 mL de CuSO4 0,01 mol/L com 50 mL de NaOH 0,01 mol/L. a) haverá precipitação de Cu(OH)2 nestas condições? Justifique sua resposta. b) quais são as concentrações de Na+, SO42-, Cu2+ e OH- em fase aquosa, após o equilíbrio ser atingido? c) se houver precipitação, qual a massa de precipitado formado? Se não houver, qual a massa de sólido que ainda pode ser adicionada à solução? d) qual a solubilidade do Cu(OH)2 em água pura? e) qual a solubilidade do Cu(OH)2 em solução aquosa de pH 12? f) explique a diferença encontrada em e e f. Resposta: 50 mL de CuSO4 0,01 mol/L 50 mL de NaOH 0,01 mol/L [Cu2+]o = 0,005 mol/L [OH-]o = 0,005 mol/L a) Cu2+(aq) + 2OH-(aq) Cu(OH)2(s) Kps = 4,8x10-20 Qps = (0,005)(0,005)2 = 1,25 x 10-4 Qps >> Kps, portanto haverá precipitação b) [SO42-] = 0,005 mol/L [Na] = 0,005 mol/L PAG Errata: 1,25 x 10-7 Cu2+(aq) + 2OH-(aq) Cu(OH)2(s) Kps = 4,8x10-20 0,005 – x 0,005 – 2x Kps = (0,005 – 2x)2.(0,005 – x) = 4,8 x 10-20 => equação de 3º grau Aproximando a equação para (0,005 – 2x)2.(0,005 – x) = 0, tem-se que [Cu2+] = 0,0025 mol/L Kps = [OH-]2.[Cu2+] => [OH-] = ([Cu2+]/Kps)1/2 [OH-] = 4,38 x 10-9 mol/L c) 0,005 mol/L - 0,0025 mol/L = 0,0025 “mol/L” precipitou Em 100 mL => 0,00025 mol de CuSO4 (MM = 97,561 g/mol) Portanto 0,024 g de CuSO4 precipitaram. d) s.(2s)2 = Kps => Kps = 4s3 = 4,8 x 10-20 => s = 2,29 x 10-7 mol/L e) s.(2s + 0,01)2 = Kps => s = 4,8 x 10-16 mol/L f) efeito do ion comum. 2. Uma solução é preparada pela mistura de 150 mL de nitrato de prata (AgNO3) 0,350 mol/L com 250 mL de cromato de sódio (Na2CrO4) 0,210 mol/L. a) haverá ou não precipitação de cromato de prata (Ag2CrO4), nestas condições? b) quais as concentrações do íon prata, Ag+, e íons cromato, CrO42-, após o estabelecimento do equilíbrio? c) se houver precipitação, qual a massa de cromato de prata precipitada? Se não houver, qual a massa de cromato de prata que ainda pode ser adicionada à solução sem haver precipitação? Resposta: 150 mL de AgNO3 0,350 mol/L [Ag+]o = 0,131 mol/L 250 mL de Na2CrO4 0,210 mol/L [CrO42-]o = 0,131 mol/L a) 2Ag+ + CrO42- Ag2CrO4 Qps = [Ag+]2.[ CrO42-] => Qps = (0,131)3 => Qps = 2,25 x 10-3 Qps >> Kps, portanto haverá precipitação b) 2Ag+ + CrO42- Ag2CrO4 Kps = 1,9x10-12 i) 0,131 0,131 eq) 0,131 – 2x 0,131 – x Kps = [Ag+]2.[CrO42-] = 1,9 x 10-12 => (0,131 – 2x)2.( 0,131 – x ) = 1,9 x 10-12 => equação de 3º grau Fazendo-se a aproximação: (0,131 – 2x)2.( 0,131 – x ) = obtem-se que x = 0,0655. Como Ag+ vai acabar primeiro, [Ag+] ~ 0 e [CrO42-] = 0,0655 mol/L Kps = [Ag+]2.[CrO42-] => [Ag+] = (Kps /[CrO42-])1/2 [Ag+] = 5,39 x 10-6 mol/L c) 0,131 mol/L – 0,0655 mol/L = 0,0655 “mol/L” de Ag2CrO4 ira precipitar! em 400 mL => 0.0262 mol de Ag2CrO4 (MM = 331,73 g/mol) = 8,69 g de Ag2CrO4 3. Tem-se uma solução de nitrato de chumbo, Pb(NO3)2, nitrato de bário, Ba(NO3)2 e de nitrato de estrôncio, Sr(NO3)2, de concentrações 8x10-8, 5x10-2 e 4x10-5 mol/L, respectivamente. A essa solução, adiciona-se cromato de sódio sólido, Na2CrO4, lentamente. Considere que não há variação do volume. a) qual a concentração de cromato necessária para precipitar cada um dos íons? b) qual a ordem de precipitação dos cromatos? Justifique. c) qual a concentração do primeiro íon quando o segundo começar a precipitar? E quando o terceiro começar a precipitar, quais as concentrações dos dois íons que já haviam começado a precipitar? d) o que deve ser feito com o pH da solução para favorecer a precipitação seletiva? Justifique. Resposta: [Pb2+] = 8x10-8 mol/L [Ba2+] = 5x10-2 mol/L [Sr2+] = 4x10-5 mol/L a) Precipitação ira ocorrer quando atingir o valor de Kps Pb2+(aq) + CrO42-(aq) PbCrO4(s) Kps = 1,8 x 10-14 Kps = [Pb2+].[CrO42-] = 1,8 x 10-14 => [CrO42-] = 2,25 x 10-7 mol/L Ba2+(aq) + CrO42-(aq) BaCrO4(s) Kps = 1,2 x 10-10 Kps = [Ba2+].[CrO42-] = 1,2 x 10-10 => [CrO42-] = 2,4 x 10-9 mol/L Sr2+(aq) + CrO42-(aq) SrCrO4(s) Kps = 3,5 x 10-5 Kps = [Sr2+].[CrO42-] = 3,5 x 10-5 => [CrO42-] = 0,875 mol/L b) O primeiro a precipitar sera aquele que precisar de menos CrO42-: 1º BaCrO4 2º PbCrO4 3º SrCrO4 BaCrO4 PbCrO4 SrCrO4 c) [Ba2+] quando PbCrO4 começar a precipitar: [Ba2+] = (1,2 x 10-10)/(2,29 x 10-7) [Ba2+] = 5,33 x 10-4 mol/L [Ba2+] quando SrCrO4 começar a precipitar: [Ba2+] = (1,2 x 10-10)/(0,875) [Ba2+] = 1,37 x 10-10 mol/L [Pb2+] quando SrCrO4 começar a precipitar: [Pb2+] = (1,8 x 10-14)/(0,875) [Pb2+] = 2,06 x 10-14 mol/L d) pH baixo para ter pouco CrO42- em solução. Explicar melhor [CrO42-] para começar a precipitar (mol/L) [M2+] no inicio da precipitação do PbCrO4 (mol/L) % restante (%) [M2+] no inicio da precipitação do SrCrO4 (mol/L) % restante (%) Ba2+ 2,4 x 10-9 5,33 x 10-4 1,1 1,37 x 10-10 2,7 x 10-7 Pb2+ 2,25 x 10-7 [ ]o 100 2,06 x 10-14 2,6 x 10-5 Sr2+ 0,875 [ ]o 100 [ ]o 100 4. Um litro de solução a 25 oC contém 0,10 mol/L de NaF e 0,01 mol/L de Na2SO4. Adiciona-se lentamente BaCl2 sólido. Assumindo que o volume da solução permanece constante, responda: a) qual sal precipita primeiro, BaSO4 ou BaF2? Justifique. b) a partir de que massa de BaCl2 adicionada o primeiro sal começa a precipitar? c) a partir de que massa de BaCl2 adicionada o segundo sal começa a precipitar? d) quando o segundo sal inicia sua precipitação, qual a concentração do ânion (SO42- ou F-) do primeiro sal que precipitou que permanece em equilíbrio na solução? Resposta: [F-] = 0,01 mol/L [SO42-] = 0,01 mol/L a) Ba2+(aq) + 2F-(aq) BaF2(s) Kps = 1,7x10-6 [Ba2+].[F-]2 = 1,7x10-6 => [Ba2+] = (1,7x10-6)/(0,01)2 => [Ba2+] = 1,7 x 10-4 mol/L Ba2+(aq) + SO42-(aq) BaSO4(s) Kps = 1,5x10-9 [Ba2+].[SO42-] = 1,5x10-9 => [Ba2+] = (1,5x10-9)/(0,01) => [Ba2+] = 1,5 x 10-7 mol/L O primeiro sal a precipitar será BaSO4. b) BaSO4 vai começar a precipitar quando [Ba2+] = 1,5 x 10-7 mol/L (MMBaCl2 = 208.23 g/mol) 1,5 x 10-7 mol x 208.23 g/mol = 3,12 x 10-5 g de BaCl2. c) BaF2 vai começar a precipitar quando [Ba2+] = 1,7 x 10-4 mol/L 1,7 x 10-4 mol x 208.23 g/mol = 0,0354 g de BaCl2. d) BaF2 começa a precipitar quando [Ba2+] = 1,7 x 10-4 mol/L, neste momento: Kps = [Ba2+].[[SO42-] [SO42-] = (1,5x10-9)/( 1,7 x 10-4) => [SO42-] = 8,82 x 10-6 mol/L 5. Soluções de “flúor” (fluoreto de sódio) ajudam a reduzir a incidência de cárie dentária. Em uma farmácia de manipulação, na falta de água deionizada, um auxiliar de laboratório preparou 1 L de uma solução 0,05% (0,0119 mol/L) de NaF com água mineral contendo 14,63 mg/L de Ca2+, 0,63 mg/L de Mg2+ e 19,09 mg/L de K+. Para a preparação da solução, o laboratorista adicionou lentamente o sal de NaF na água, sob agitação. a) haverá precipitação de CaF2 e/ou de MgF2 nestas condições? Justifique sua resposta. b) quais são as concentrações de F-, Ca2+, Mg2+ e K+ em fase aquosa, após o equilíbrio ser atingido? c) caso haja precipitação de CaF2, qual a massa de precipitado formado? Caso não haja precipitação, quanto fluoreto deveria seradicionado para precipitar CaF2? d) qual a solubilidade do CaF2 em água pura? e) qual a solubilidade do CaF2 em solução de Ca(NO3)2 0,01 mol/L? f) explique a diferença encontrada em d) e e). Resposta: [F-] = 0,0119 mol/L [Ca2+] = (14,63 x 10-3)/(40) = 3,66 x 10-4 mol/L [Mg2+] = (0,63 x 10-3)/(24) = 2,63 x 10-5 mol/L [K+] = (19,09 x 10-3)/(39) = 4,69 x 10-4 mol/L a) Ca2+(aq) + 2F-(aq) CaF2(s) Kps = 3,9x10-11 Qps = (3,66 x 10-4).( 0,0119)2 => Qps = 5,18 x 10-8 Qps > Kps => irá precipitar Mg2+(aq) + 2F-(aq) CaF2(s) Kps = 6,6x10-9 Qps = (2,63 x 10-5).( 0,0119)2 => Qps = 3,72 x 10-9 Qps < Kps => não irá precipitar b) [Mg2+] = 2,63 x 10-5 mol/L [K+] = 4,69 x 10-4 mol/L Ca2+(aq) + 2F-(aq) CaF2(s) 3,66 x 10-4 - x 0,0119 – 2x Kps = [Ca2+].[ F-]2 => 3,9x10-11 = (3,66 x 10-4 - x).( 0,0119 – 2x)2 => equação cubica!!!! Aproximando-se a equação para (3,66 x 10-4 - x).( 0,0118 – 2x)2 = 0, obtem-se 2 soluções: x’ = 3,66 x 10-4 ou x” = 0,00595 (sem significado fisico, pois tornaria [Ca2+] < 0) [F-] = 0,0119 – 2x => [F-] = 0,0112 mol/L [Ca2+] = Kps/[F-]2 => [Ca2+] = 3,9x10-11/(0,0112)2 => [Ca2+] = 3,11 x 10-7 mol/L c) Há precipitação!!!! 3,66 x 10-4 de CaF2 (MM = 78.07 g/mol) irão precipitar para cada 1 (um) litro de solução inicial 3,66 x 10-4 mol x 78.07 g/mol = 0.0286 g de CaF2. d) 4s3 = 3,9x10-11 => s = 2,14 x 10-4 mol/L e) Ca(NO3)2(s) Ca2+(aq) + 2NO3-(aq) CaF2(s) Ca2+(aq) + 2F-(aq) s + 0,01 2s (s + 0,01)(2s)2 = 3,9x10-11 => s = 3,12 x 10-5 mol/L f) efeito do ion comum. ~ 0,01 6. Tem-se uma solução de Zn2+ e Pb2+ em que a concentração de cada íon é 0,10 mol/L. a) qual a concentração mínima de íon sulfeto (S2-) necessária para precipitar cada um dos cátions? b) qual dos dois sulfetos precipitará primeiro? c) se o íon S2- for proveniente da dissociação completa do sulfeto de hidrogênio (H2S) em água, o que deve ser feito com o pH para precipitar separadamente os dois cátions? Resposta: [Zn2+] = 0,10 mol/L [Pb2+] = 0,10 mol/L a) Zn2+(aq) + S2-(aq) ZnS(s) Kps = 1,1x10-21 [S2-] = Kps/[ Zn2+] => [S2-] = (1,1x10-21)/(0,10) [S2-] = 1,1 x 10-20 mol/L Pb2+(aq) + S2-(aq) PbS(s) Kps = 2,5x10-27 [S2-] = Kps/[ Pb2+] => [S2-] = (2,5x10-27)/(0,10) [S2-] = 2,5 x 10-26 mol/L b) O primeiro sal a precipitar será aquele que precisar de menos S2-; portanto, PbS! c) H2S(aq) 2H+(aq) + S2-(aq) pH muito baixo => tem pouco S2- => só deve precipitar um deles. 7. Tem-se uma solução contendo Sr2+ 0,014 mol/L e Ba2+ 0,046 mol/L e deseja-se precipitar seletivamente estes dois íons, na forma de sulfato, adicionando-se Na2SO4 pouco a pouco. a) qual dos dois sais precipita primeiro? Com que concentração de Na2SO4? b) quando o segundo sal começar a precipitar, qual será a concentração do primeiro íon a precipitar ainda remanescente em solução? Ignore eventuais variações de volume, bem como hidrólises. Resposta: [Sr2+] = 0,014 mol/L [Ba2+] = 0,046 mol/L a) Sr2+(aq) + SO42-(aq) SrSO4(s) Kps = 2,8x10-7 [SO42-] = Kps / [Sr2+] => [SO42-] = (2,8x10-7)/( 0,014) => [SO42-] = 2 x 10-5 mol/L Ba2+(aq) + SO42-(aq) BaSO4(s) Kps = 1,5x10-9 [SO42-] = Kps / [Ba 2+] => [SO42-] = (1,5x10-9)/( 0,046) => [SO42-] = 3,26 x 10-8 mol/L Primeiro precipita BaSO4, quando [SO42-] = 3,26 x 10-8 mol/L b) SrSO4 vai começar a precipitar quando [SO42-] = 2 x 10-5 mol/L. Nesta concentração de SO42-, a concentração de Ba2+ será: [Ba 2+] = Kps / [SO42-] => [Ba 2+] = (1,5x10-9)/( 2 x 10-5) => [Ba 2+] = 7,5 x 10-5 mol/L 8. A seguir são apresentadas algumas afirmações. Classifique-as como verdadeiras ou falsas. No caso de afirmações falsas, reescreva-as, corrigindo o que for necessário. a) em uma solução aquosa de cátions cujos carbonatos sejam pouco solúveis, a adição de carbonato fará sempre com que haja a precipitação daquele com menor valor de Kps. b) o CaF2 tem a sua solubilidade em água aumentada pelo aumento do pH. c) se a uma mistura de cátions é adicionado um ânion que pode precipitar os respectivos sais, precipitará primeiro aquele com menor valor de Kps. Resposta: a) Falsa em uma solução aquosa de cátions cujos carbonatos sejam pouco solúveis, a adição de carbonato fará sempre com que haja a precipitação daquele cujo Kps for atingido primeiro. b) Falsa o CaF2 tem a sua solubilidade em água diminuida pelo aumento do pH. c) Falsa se a uma mistura de cátions é adicionado um ânion que pode precipitar os respectivos sais, precipitará primeiro aquele cujo Kps for atingido primeiro.