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Curso Engenharia Química Disciplinas: Química Analítica Qualitativa Professor: Dr. Nelson Alencar Assunto: Soluções, Cs, Concentrações AULA 03 1. Conceito É toda mistura homogênea ou unifásica, sendo o disperso denominado de soluto e o dispergente de solvente. Em geral, o solvente é a substância em maior quantidade. 2. Classificação das Soluções a) Quanto ao estado de agregação: O solvente é o responsável pelo estado de agregação da solução b) Quanto a natureza das partículas dispersas Solução iônica ou eletrolítica – quando as partículas dispersas são íons. As soluções iônicas ou eletrolíticas conduzem eletricidade e o soluto é denominado de eletrólito. As soluções de ácidos, bases e sais são iônicas ou eletrolíticas. NaCl (s) + H2O (l) Na+ (aq) + Cl– (aq) Solução molecular ou não-eletrolítica – quando as partículas dispersas são moléculas. C6H12O6(s) C6H12O6(aq) As soluções moleculares ou não-eletrolíticas não conduzem eletricidade e o soluto é denominado de não-eletrólito. c) Quanto a relação entre a quantidade de soluto e a quantidade de solvente. Solução diluída: a que apresenta pequena quantidade de soluto em relação à quantidade de solvente. Solução concentrada: a que apresenta grande quantidade de soluto em relação à quantidade de solvente. d) Coeficiente de solubilidade de uma substância (Cs) É a máxima quantidade de substância (soluto) que se pode dissolver em uma quantidade padrão de solvente, a dada temperatura. Os gráficos a seguir que relacionam os coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura são denominados de curvas de solubilidade. Obs.: Quando o aumento da temperatura provoca aumento da solubilidade do soluto, estamos diante de uma dissolução endotérmica (X e Y). Quando a solubilidade diminui com o aumento da temperatura, estamos diante de uma dissolução exotérmica (Z). Solução saturada: a que apresenta a máxima quantidade de soluto dissolvido em determinada quantidade padrão de solvente a uma dada temperatura. Solução insaturada: a que apresenta menor quantidade de soluto dissolvido que a solução saturada na mesma temperatura. Solução super-saturada ou pseudo solução: a quantidade de soluto dissolvida excede a permitida pelo Cs. As soluções super- saturadas são altamente instáveis, podendo haver sedimentação do excesso de soluto por uma simples modificação de temperatura, ou mesmo por uma agitação do sistema. Quando no fundo do recipiente sedimenta o excesso de soluto, dizemos que o sistema resultante corresponde a uma solução saturada com a presença de corpo de fundo. 2 APLICAÇÕES 1- Observe a figura, que representa a solubilidade, em g por 100g de H2O, de 3 sais inorgânicos em determinada faixa de temperatura. Assinale a afirmativa correta: a) A solubilidade dos 3 sais aumenta com a temperatura. b) O aumento de temperatura favorece a solubilização do Li2SO4. c) A solubilidade do KI é maior que as solubilidades dos demais sais, na faixa de temperatura dada. d) A solubilidade do NaCl varia com a temperatura. e) A solubilidade de 2 sais diminui com a temperatura. 2- Considerando o gráfico abaixo, adicionam-se, separadamente, 40,0g de cada um dos sais em 100g de H2O. À temperatura de 40°C, que sais estão totalmente dissolvidos na água? a) KNO3 e NaNO3 d) Ce2(SO4)3 e KCl b) NaCl e NaNO3 e) NaCl e Ce2(SO4)3 c) KCl e KNO3 3- Seis soluções aquosas de nitrato de sódio (NaNO3), numeradas de I a VI, foram preparadas, em diferentes temperaturas, dissolvendo-se diferentes massas de NaNO3 em 100 g de água. Em alguns casos, o NaNO3 não se dissolveu completamente. O gráfico representa a curva de solubilidade de NaNO3, em função da temperatura, e seis pontos, que correspondem aos sistemas preparados. A partir da análise desse gráfico, é correto afirmar que os dois sistemas em que há precipitado são: a) I e II b) I e III c) IV e V e) V e VI 4- Se dissolvermos totalmente uma certa quantidade de sal em solvente e por qualquer perturbação uma parte do sal se depositar, teremos no final uma solução: a) saturada com corpo de fundo. b) supersaturada com corpo de fundo. c) insaturada. d) supersaturada sem corpo de fundo. e) saturada sem corpo de fundo. 5- O gráfico representa as curvas de solubilidade de alguns sais em água. De acordo com o gráfico, podemos concluir que: a) a substância mais solúvel em água a 40º C é o nitrito de sódio. b) a temperatura não afeta a solubilidade do cloreto de sódio. c) o cloreto de potássio é mais solúvel que o cloreto de sódio à temperatura ambiente. d) a massa de clorato de potássio capaz de saturar 200 ml de água, a 30º C, é de 20g. 6- Analise o gráfico de solubilidade em água das substâncias denominadas A e B. Considerando-se esses dados, é INCORRETO afirmar que: 3 a) a substância B é mais solúvel que a substância A a 50ºC. b) 30g de A dissolvem-se completamente em 100g de água a 20ºC. c) a solubilidade de A diminui com o aumento da temperatura. d) 15g de B em 100g de água formam uma solução saturada a 10ºC. 7- Um único cristal de um sólido é adicionado a um béquer contendo uma solução daquele mesmo sólido. Considerando as situações abaixo, é correto afirmar que: 01. a situação B aconteceria caso a solução inicial fosse insaturada; 02. a situação B aconteceria caso a solução inicial fosse saturada; 04. a situação A ocorreria caso a solução inicial fosse saturada; 08. ocorreria o demonstrado em C caso a solução inicial estivesse supersaturada; 16. caso a solução inicial estivesse insaturada, poderíamos observar a situação A após a adição do cristal. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. a) 10 b) 08 c) 05 d) 13 e) 28 8- A dissolução de uma quantidade fixa de um composto inorgânico depende de fatores tais como temperatura e tipo de solvente. Analisando a tabela de solubilidade do sulfato de potássio (K2SO4) em 100g de água (H2O) ao lado, indique a massa de K2SO4 que precipitará quando a solução for devidamente resfriada de 80º C até atingir a temperatura de 20º C. Temperatura (ºC) 0 20 40 60 80 100 K2SO4 (g) 7,1 10,0 13,0 15,5 18,0 19,3 a) 28g b) 18g c) 10g d) 8g 9- A tabela ao lado mostra a solubilidade de vários sais, à temperatura ambiente, em g/100 ml. Se 25 ml de uma solução saturada de um desses sais foram completamente evaporados, e o resíduo sólido pesou 13g, o sal é: a) AgNO3 c) NaCl e) KBr b) Al2(SO4)3 d) KNO3 Cálculos envolvendo o Coeficiente de Solubilidade 1. A Solubilidade da substância X a 30ºC é 15g/100g H2O. Um Aluno preparou uma solução de X a 70ºC dissolvendo 33g de X em 100g da água, depois resfriou o sistema a 30ºC. Pede-se: a) Classificação da solução obtida após o resfriamento b) A massa dissolvida na solução resultante e massa do corpo de fundo 2. A solubilidade do Cloreto de Sódio em água a 30ºC é 36g/100 ml. Retira-se 25 ml de uma solução de NaCl a 30ºC e aquece-se até obter total evaporação do solvente. Qual a massa de NaCl obtida? 3. O sal XY apresenta solubilidade 70g/100g H2O a 80ºC e 30g/100g H2O a 20ºC. 50g de H2O desta solução aquosa a 80ºC foi resfriada a 20ºC. Qual a massa de sal cristalizada e a massa que permanece em solução? 4. O gráfico Hipotético abaixorevela a solubilidade da substância AB em diversas temperaturas. Analisando este gráfico e sabendo que foram dissolvidos 170g de AB em 300g de água sob temperatura constante de 70º C. Posteriormente o sistema foi resfriado a 30º C. a) Classifique a solução de AB a temperatura de 70ºC, caso haja corpo de fundo, determine a massa. b) Classifique a solução AB a temperatura de 30ºC, caso haja corpo de fundo, determine a massa. 1- O gráfico apresenta a curva de solubilidade de um sal AX2. Quando uma solução aquosa saturada de AX2 a 70ºC contendo 50g de água é resfriada para 10ºC, a massa de sal cristalizada e a massa que permanece em solução são, respectivamente, em gramas: 4 a) 25 e 20 d) 15 e 35 b) 30 e 15 e) 10 e 40 c) 30 e 10 2- A tabela seguinte fornece dados sobre a solubilidade do KCl em diversas temperaturas. Analisando essa tabela pode-se prever que a adição de 60 g de KCl em 200 g de água sob temperatura constante de 50ºC formará uma solução aquosa ............... e ............... corpo de fundo. Resfriando-se o sistema a 10ºC, a solução se apresentará............... e ............... corpo de fundo. Para completar corretamente o texto, as lacunas devem ser preenchidas, na ordem em que aparecem, por: a) saturada – sem – insaturada – com b) insaturada – sem – insaturada – sem c) insaturada – sem – saturada – sem d) saturada – com – saturada – com e) insaturada – sem – saturada – com 3- A solubilidade do K2Cr2O7, a 20ºC é 12g/100g H2O e, a 60ºC, é 43g/100g H2O. Sabendo que uma solução foi preparada dissolvendo-se 20g do sal em 100g de água a 60ºC e que depois ela foi resfriada a 20ºC, podemos concluir que: a) todo sal continua na solução b) todo sal passou a formar um corpo de chão c) 8g do sal foi depositado no fundo do recipiente d) 12g do sal foi depositado o fundo do recipiente e) 31g do sal passou a formar um corpo de ch PARTE 2 - CONCENTRAÇÕES I. Unidade de Concentração: Revela a quantidade de uma substância presente na solução. Esta solução ora pode ser um líquido, um gás ou um sólido, relacionada com as indústrias químicas, de alimentos, farmacêuticas ou ainda presente no meio ambiente em geral. II. Concentrações e Interpretações 1) Percentagem massa/massa (% m/m) Massa da substância em gramas presente em 100g de solução Ex.: Hidróxido Sódio de NaOH 80% m/m 80 g (NaOH) __________ 100 g (solução) Fórmula opcional substância solução m P = x 100% m Obs.: O título é a representação decimal da percentagem! (desuso) P = 80% (T = 0,8), P = 40% (T = 0,4) 2) Percentagem Volume/Volume (% V/V) O volume da substância em mL presente em 100 mL de solução Ex1: Vinho 12% V/V de Etanol 12 mL de Etanol __________100 mL de vinho Ex2: Vodka 40% V/V de Etanol 40 mL de Etanol __________ 100 mL de vodka Fórmula opcional substância solução V P% = x 100% V Obs.: Nas garrafas de álcool comercial o % V/V é representado por ºGL 3) Percentagem massa/volume (% m/v) Massa da substância em gramas presente em 100 mL de solução Ex: solução aquosa de glicose 2% m/v 2g de glicose __________ 100 mL (solução) 4) Concentração Comum (C) ou Concentração em g/L Massa da substância em gramas presente em 1 litro (1000 mL) de solução Ex: solução aquosa de H2SO4 490 g/L 490 g de H2SO4 ________ 1 L (1000 mL) (solução) Fórmula opcional substância solução m C = V Massa molar do H2SO4 98 g/mol 1 mol (H2SO4) __________ 98 g __________ 490 g 5 = 5 mols em 1 L 5) Concentração Molar (Cn) dado em mol/L Número de mols da substância presente no volume da solução. Ex: solução de NaOH 5M (5 mols/l) NaOH (40g/mol) Interpretações 5 mols (NaOH) __________ 1L (solução) 5 x 40 g (NaOH) _________ 1L (solução) Fórmulas opcionais m M = mol x V( ) C M = mol 96 mL de Etanol em 100 mL de álcool comum 5 APLICAÇÕES 1- O cloreto de sódio (NaCl), em solução aquosa, tem múltiplas aplicações, como, por exemplo, o soro fisiológico, que consiste em uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCl) a 0,092% (m/v), a quantidade de cloreto de sódio presente em um litro de soro fisiológico é: a) 0,0092 g c) 0,092 g b) 9,2 g d) 0,92 g 2- Uma solução aquosa de cloreto de sódio, (NaCl), a 25ºC, apresenta percentagem, em massa, de NaCl, solução de 5,4%. A quantidade de água, em gramas, presente em 50 mL de solução, é igual a a) 50,1 c) 2,7 b) 53,0 d) 47,3 3- Um dos constituintes do cálculo renal é o oxalato de cálcio (CaC2O4), que pode ser encontrado nas folhas de espinafre. A quantidade de matéria, em molL–1, desse composto presente numa solução de concentração igual a 25,6 g.L–1 é: Dado: massa molar do CaC2O4 = 128 g.mol–1 a) 2 10–2 d) 5 100 b) 2 10–1 e) 5 101 c) 2 101 4- O potássio exerce importante ação na manutenção do equilíbrio homeostático do ser humano. A diminuição ou o aumento de sua concentração no sangue pode causar graves efeitos no sistema neuromuscular. Sabendo-se que a concentração média de potássio no soro sanguíneo é de cerca de 0,195g/L, determine a concentração molar (molaridade) do potássio no sangue. (Dados: massa molar do Potássio = 39g) a) 0,001 mol/L d) 0,390 mol/L b) 0,005 mol/L e) 0,760 mol/L c) 0,195 mol/L 5- Estudo realizado pela Faculdade de Odontologia da USP de Bauru encontrou em águas engarrafadas, comercializadas na cidade de São Paulo, níveis de flúor acima do permitido pela lei. Se consumido em grande quantidade, o flúor provoca desde manchas até buracos nos dentes. A concentração máxima de íons fluoreto na água para beber é de 4,2·10–5 mol/L, quantidade essa que corresponde aproximadamente a: Dado: massa molar do flúor: 19 g/mol a) 4,2·10–2 mg/L. b) 2,2·10–2 mg/L. c) 1,6·10–1 mg/L. d) 1,9·10–4 mg/L. e) 8,0·10–1 mg/L. 6- O ácido muriático vendido em casas de materiais de construção é uma solução aquosa de ácido clorídrico 12 mol/Litro. Logo, sua concentração em grama/Litro é: Dado: HCl = 36,5 g/mol a) 0,33 c) 3,3 e) 438 b) 0,44 d) 44 7- O soro fisiológico é uma solução bastante utilizada pela população humana e possui diferentes funções: na higienização nasal, no tratamento da desidratação e no enxágue de lentes de contatos. Se a composição de um determinado soro fisiológico contiver 0,900 grama de NaCl em 100 mL de solução aquosa, sua concentração expressa em mol.L–1 será de aproximadamente: Dado: NaCl = 58,5 g/mol a) 0,009 c) 0,100 b) 0,015 d) 0,154 8- No novo creme dental “Close up whitening”, encontra-se um teor de fluoreto de sódio de 3,30 mg desse composto por grama do creme. A quantidade aproximada, em gramas, de NaF utilizada na preparação de 90 g desse creme dental é: a) 0,030 b) 0,015 c) 0,300 d) 0,150 9- No rótulo de uma garrafa de água mineral, lê-se: Conteúdo - 1L Sais minerais Composição Bicarbonato de magnésio 15,30mg Bicarbonato de potássio 10,20mg Bicarbonato de bário 0,04mg Fluoreto de sódio 0,80mg Cloreto de sódio 7,60mg Nitrato de sódio 17,00mg Nessa água mineral a concentração de Nitrato de sódio – NaNO3 – em mol . L-1, corresponde a: Dado: NaNO3 = 85 g/mol a) 1,0×10-4 b) 2,0×10-4 c) 4,0×10-2 d) 8,5×10-2 10- A maior parte do alumínio utilizado atualmente nas aeronaves espaciais contém 5% de magnésio em suacomposição. Essa pequena quantidade de magnésio tem por objetivo melhorar as propriedades mecânicas do alumínio e torná-lo mais resistente à corrosão. O magnésio pode ser obtido a partir do tratamento da água do mar. Se a concentração de íons Mg2+ na água do mar é de 0,050 mol · L–1, que volume aproximado dessa água deve ser processado para se obter 1,00 kg de magnésio metálico? Dado: Mg = 24 g/mol 6 a) 411 L b) 411 mL c) 833 L d) 823 mL e) 1000 L 11- O Fosfato trissódico (Na3PO4) é um agente de limpeza, utilizado com frequência como removedor de manchas e desengraxante. Neste sentido, caso se necessite preparar 2,0 litros de uma solução 2 molar, para usá-la na limpeza de uma cozinha industrial, quantos gramas de Na3PO4 (massa molecular = 164) deveremos utilizar? a) 164 b) 328 c) 656 d) 820 e) 984 12- As águas salgadas possuem concentrações de íons maiores do que as águas doces. Analise a tabela a seguir que apresenta a composição em mol.L–1 de alguns íons em águas salgadas e doces. 14 252 4 242 242 14 11 10 5,510 1,6C 10 2,810 9,0)(SO 10 1,010 3,3Ca 10 5,310 1,4Mg 10 4,710 2,3Na )(mol.L salgada Água)(mol.L doce ÁguaÍon Em uma amostra de 2 litros de água salgada, a massa, em gramas, de íon cloreto é, aproximadamente, igual a: Dado: Cl– = 35,5 g/mol a) 1,1; c) 11; e) 39. b) 3,2; d) 20; 13- A sacarose é o açúcar comum e uma das substâncias químicas mais pura do dia a dia. Para adoçar uma xícara de café, uma pessoa usa em média 1,71 g de sacarose (C12H22O11). Supondo que o volume final de café assim adoçado seja de 100 mL, qual a concentração molar (mol/L) aproximada de sacarose no café? Dados: Sacarose = 342 g/mol a) 10mol/L b) 1mol/L c) 0,5g/mL d) 0,05 mol/L e) 0,01mol/L 14- Os potenciais de alguns antibióticos, produtos endócrinos, vitaminas e produtos desenvolvidos por meio da biotecnologia são baseados nas suas atividades biológicas demonstradas e são expressas em unidades (de atividade), em micrograma por miligrama ou outros termos padronizados de medida. Assim, a insulina U-500 contém 500 unidades de insulina por mililitro de solução ou suspensão. Algumas seringas encontram-se calibradas em unidades. Se um médico prescreve 100 unidades de insulina para um paciente diabético, deve ser utilizada (em mL) uma quantidade de insulina U-500 equivalente a a) 0,4 b) 0,5 c) 0,2 d) 0,1 15- Soluções diluídas (0,25%) de KMnO4 são utilizadas como enxaguantes bucais e, na concentração de 1 %, como desinfetante para as mãos. No caso de uma solução de permanganato de potássio, preparada pela dissolução de 0,395g de KMnO4 em 1 L de água, a molaridade desta solução será: Dado: massa molar do KMnO4 = 158,0 g/mol a) 2,5 10–3 mol/L d) 5,5 10–3 mol/L b) 3,5 10–3 mol/L e) 6,5 10–3 mol/L c) 4,5 10–3 mol/L 16- No rótulo de uma determinada embalagem de leite integral UHT, processo de tratamento térmico a alta temperatura, consta que um copo de 200 mL deste leite contém 25% da quantidade de cálcio recomendada diariamente (2,4 × 10–2 mol). A massa, em mg, de cálcio (massa molar 40 g/mol) presente em 1 litro desse leite é: a) 1 200 c) 300 e) 120 b) 600 d) 240 6) Densidade da Solução (d) atenção Representa a massa da solução presente no volume da solução. Ex : NaOH (aq) d = 1,4 g/mL PNaOH = 20% m/m 1400 g (solução) _________ 1000 mL 1400 g (solução) _________ 1 L 1400 g (solução) _________ 100% Logo, 1400 g __________ 100 % mNaOH __________ 20% mNaOH = 280 g 1L c = 280g/L 1moL _________ 40g n _________ 280g n = 7mols n = 7mols/L 6.1) Formulário Opcional C M = mol C = d . P . 10 d . P . 10 M = mol 1 2 3 7 APLICAÇÕES 18- Soluções fisiológicas são soluções aquosas de NaCl a 0,9 % (m/v) e são usadas na limpeza de lentes de contato, nebulização, limpeza de escoriações, etc. As concentrações aproximadas dessas soluções, expressas em mol/L e mg/L, são, respectivamente: a) 1,5 x 10–2 e 9,0 x 102 d) 1,5 x 10 –1 e 0,9 b) 1,5 x 10–2 e 9,0 x 103 e) 1,5 x 10 –1 e 0,09 c) 1,5 x 10 –1 e 9,0 x 104 NaCl = 58,5g/mol d = 1g/mL 19- A concentração em mol/L de uma solução de ácido sulfúrico de concentração 35% em massa e densidade 1,4 g/mL, é aproximadamente igual a: Dado: H2SO4 = 98 g/mol a) 2,5 b) 10,0 c) 5,0 d) 7,5 e) 20 20- Leia o texto. Infelizmente, ainda são manchetes, na imprensa, acidentes envolvendo produtos químicos que contaminam o meio ambiente. O Departamento Municipal de Água e Esgoto de certa cidade brasileira, no mês de abril de 2003, cortou o fornecimento de água por alguns dias, até que o problema de contaminação fosse resolvido. O motivo dessa ação foi o tombamento de um caminhão carregado de produtos químicos em um córrego que abastece a cidade. O caminhão transportava inadequadamente, além de outras mercadorias, 1 960 kg de ácido sulfúrico, 600 kg de ácido fluorídrico e 2 800 kg de soda cáustica. A tabela a seguir fornece alguns dados a respeito dos produtos químicos transportados. A concentração da solução de ácido fluorídico transportada era, em mol/L, a) 7,1. b) 9,8. c) 14,2 d) 19,6 e) 28,7 21- O ácido fosfórico, estrutura química representada na figura, é utilizado na indústria de fertilizantes e de bebidas. Seu uso vem aumentando devido à expansão da produção agrícola e é comercializado como solução aquosa concentrada com teor de 85% em massa e densidade 1,7 g.mL–1, a 20 ºC. H O P O O H O H O valor que mais se aproxima da concentração da solução aquosa de ácido fosfórico, descrita no texto, a 20 ºC, é a) 17,3 mol.L–1 b) 14,7 mol.L–1 c) 13,1 mol.L–1 d) 12,0 mol.L–1 e) 10,4 mol.L–1 22- O ácido clorídrico é uma solução aquosa, fortemente ácida e bastante corrosiva. 12 mol/L d= 1,18 kg/L Hcl = 36,5g/moL O valor que mais se aproxima do teor em massa de HCl na solução de ácido clorídrico P.A. (pureza analítica) do frasco representado na figura é a) 12% c) 30% e) 43% b) 23% d) 37% 23- Num laboratório de química, uma garrafa tem no seu rótulo, como únicas indicações, as seguintes inscrições: 98,0M 1,83d 96%ácido em mássica mPorcentage mL 900Volume SOHsulfúrico ácido de Solução 42 A partir da análise destes dados, é correto afirmar que: a) A inscrição “M = 98,0” corresponde à massa molecular e não tem unidades. b) A concentração mássica de H2SO4 é igual a 1830 g/L. c) A concentração molar de H2SO4 na garrafa é igual a 18,67 mol/L. d) A massa do ácido puro na garrafa é igual a 1581,12 g. e) A inscrição “d = 1,83” corresponde à densidade em relação à água e não tem unidades. Portanto, a massa do líquido contido na garrafa é 1830 g.
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