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QUÍMICA F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Professor(a): Antonino Fontenelle assunto: equilíbrio iônico – indicAdores e titulAções frente: químicA ii 011.614 - 137413/19 AULAS 61 a 63 EAD – ITA/IME Resumo Teórico Indicadores e Titulações Indicadores São espécies químicas que admitem colorações distintas de acordo com o pH do sistema. Normalmente são ácidos fracos (aqui representados por Hln) em que a forma ionizada (ln–) tem uma coloração diferente da forma não ionizada (Hln). Com um pouco de matemática e algumas aproximações, é possível estimar o pH de viragem dos indicadores. Considere o equilíbrio: Hln + H 2 O H 3 O+ + In– A espécie não ionizada (Hln) será chamada de forma ácida, pois, com a presença de um ácido, o equilíbrio se desloca para a esquerda, enquanto a forma ionizada (In–) será chamada de forma básica. A expressão da constante de ionização será: k H O ln [ ][ln ] [Hln] = + − 3 e admita que uma cor se torna visível sobre outra, quando a concentração de uma espécie se torna 10 vezes maior que a concentração de outra espécie. Aplicando esse fator e o conceito de logaritmo, percebemos que o pH de viragem se situa em torno de pk ln + 1. Observe a tabela de indicadores a seguir: Indicador Cor da forma ácida Faixa de pH da mudança de cor pKln cor da forma básica azul timol vermelho 1,2 e 2,8 1,7 amarelo amarelo 8,0 e 9,6 9,0 azul alaranjado de metila vermelho 3,2 a 4,4 3,4 amarelo azul de bromofenol amarelo 3,0 a 4,6 3,9 azul verde de bromocresol amarelo 3,8 a 5,4 4,7 azul vermelho de metila vermelho 4,8 a 6,0 5,0 amarelo litmus vermelho 5,0 a 8,0 6,5 azul azul de bromotimol amarelo 6,0 a 7,6 7,1 azul vermelho fenol amarelo 6,6 a 8,0 7,9 vermelho azul timol amarelo 8,0 a 9,6 8,9 azul fenolftaleína incolor 8,2 a 10,0 9,4 rosa amarelo alizarina r amarelo 10,1 a 12,0 11,2 vermelho alizarina vermelho 11,0 a 12,4 11,7 violeta A escolha de um indicador em uma titulação é uma tarefa essencial. Na pratica, um bom indicador é aquele em que o pH do ponto estequiométrico é igual a pkln mais ou menos 1 unidade: pH pontoestequiométrico está no intervalo pk ln + 1 (chamado faixa de viragem do indicador) Titulações ácido-base A titulação consiste em adicionar por meio de uma bureta, uma solução chamada titulante, em um frasco contendo a solução-problema, chamada de analito. Alguns termos são especialmente importantes para entendermos titulações: • ponto estequiométrico: também conhecido como ponto de equivalência ou ponto de neutralização, é calculado quando a quantidade em mol de H 3 O+ (ou OH–) adicionado como titulante é igual à quantidade em mol de OH– (ou H 3 O+) presente no analito. • ponto médio: é o ponto onde a metade de titulante necessário foi adicionado. Se a titulação ocorrer entre um ácido fraco e uma base forte, veremos que o pH coincide com o pk a do ácido. As titulações que estudaremos se classificam em dois grupos fundamentais. Veremos a ideia central de cada um e uma curva de titulação que atenda a cada situação: 1o caso: titulação de ácido forte com base forte. O ponto estequiométrico é exatamente no pH = 7 e não há hidrólise de íons, muito menos a formação de regiões tamponadas. A curva característica de uma titulação de uma base forte (25,0 mL de NaOH 0,25 M) com um ácido forte (HCl 0,34 M): 2F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo 011.614 - 137413/19 Ácido forte A14 12 pH 10 8 6 4 2 0 0 10 Volume de ácido adicionado (mL) 20 30 B C S D Base forte E Já a curva para a titulação de um ácido forte por uma base forte é mostrada a seguir. Base forte 14 12 pH 10 8 6 4 2 0 0 10 Volume de base adicionada (mL) 20 30 S Ácido forte 2o caso: titulação de ácido fraco com base forte (ou base fraca com ácido forte). O ponto estequiométrico tem pH superior a 7 graças à hidrólise do ânion. Há formação de região tamponada e o ponto médio da titulação tem pH = pk a . A curva característica de uma titulação de um ácido fraco (25,0 mL de CH 3 COOH 0,10 M) com uma base forte (NaOH 0,15 M) é: Base forte 14 12 pH 10 8 7 6 4 2 A B C D 0 0 10 Volume de ácido adicionado (mL) 20 30 S Ácido fraco Uma curva característica de uma titulação de uma base fraca por um ácido forte tem a forma mostrada a seguir. Note que o pH do ponto estequiométrico é inferior a 7, graças a hidrólise do cátion, há uma região tamponada e o ponto médio da titulação ocorre onde pH = pk a (para um tampão, sempre use o pK do ácido conjugado). 14 12 pH 10 8 7 6 4 2 0 0 10 Volume de ácido adicionado (mL) 20 30 S Ácido forte Base fraca Observações: Em caso de titulação para ácidos polipróticos, a curva de titulação apresentará mais de um ponto estequiométrico, mais de um ponto médio e mais de uma região tamponada. Observe as curvas para uma titulação do ácido fosfórico (triprótico) e para o ácido carbônico (diprótico), respectivamente. 10 8 6 FE C 12,68 7,21 2,12 HPO42– HPO4 2– H2PO4– H2PO4– PO43– PE2PE1 Volume adicionado de base pH PE3 A D B4 2 12 14 HPO42– H3PO4 H2PO4– Volume de adicionado de base 2 4 6 8 10 A 10,25 pH –6,37 PE1 PE2 12 14 HCO2 – C D B HCO2 – CO3 2– H2CO3 – HCO3 – 3 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// 011.614 - 137413/19 Módulo de estudo Exercícios 01. Utilizando a tabela de indicadores apresentada na argumentação teórica, observe os itens a seguir. I. A fenolftaleína é um bom indicador para uma titulação entre HCl 0,1 M e NaOH 0,1 M; II. A fenolftaleína é um bom indicador para uma titulação entre NaOH 0,1 M e CH3COOH 0,1 M; III. O vermelho de metila é um bom indicador para uma titulação entre HCl 0,1 M e NH 3 0,1 M. É(são) correta(s), apenas A) I B) II C) III D) II e III E) I, II e III 02. (ITA) São fornecidas as seguintes informações a respeito de titulações ácido-base: I. A figura mostra as curvas de titulação de 30 mL de diferentes ácidos (I, II, III, IV e V), todos a 0,10 mol/L, com uma solução aquosa 0,10 mol/L; II. O indicador fenolftaleína apresenta o intervalo de mudança de cor entre pH 8,0 e 10,0 e o indicador vermelho de metila entre pH 4,0 e 6,0. 14,0 pH 12,0 10,0 8,0 V IV III II I 6,0 4,0 2,0 0,0 0,0 20,0 40,0 V NaOH (mL) Considerando essas informações, é correto afirmar que A) o idicador vermelho de metila é mais adequado que a fenolftaleína para ser utilizado na titulação do ácido IV. B) o indicador vermelho de metila é mais adequado que a fenolftaleína para ser utilizado na titulação do ácido V. C) o ácido III é mais forte que o ácido II. D) os dois indicadores (fenolftaleína e vermelho de metila) são adequados para a titulação do ácido I. E) os dois indicadores (fenolftaleína e vermelho de metila) são adequados para a titulação do ácido III. 03. (ITA) Um indicador ácido-base monoprótico tem cor vermelha em meio ácido e cor laranja em meio básico. Considere que a constante de dissociação desse indicador seja igual a 8,0 × 10–5. Assinale a opção que indica a quantidade, em mols, suficiente para que 80% de suas moléculas apresentem a cor vermelha após alcançar o equilíbrio químico. A) 1,3 × 10–5 B) 3,2 × 10–5 C) 9,4 × 10–5 D) 5,2 × 10–4 E) 1,6 × 10–3 04. (FMABC-SP) Os indicadores ácido base são substâncias cuja cor se altera em uma faixa específica de pH. Cada indicador atua como um ácido fraco, havendo um equilíbrio entre a forma protonada (Hlnd) e a sua base conjugada (Ind–). Cada uma dessas espécies apresenta cores diferentes, dessa forma a tonalidade da solução depende da concentração das duas espécies. A equação a seguir resume as características do equilíbrio químico em solução aquosa desses corantes. HInd (aq) + H 2 O(l) H 3 O+ Ind (aq) Cor A Cor B A tabela a seguir apresenta a faixa de viragem (mudança de cor) de alguns indicadores ácido base. Indicador Cor em pH abaixo da viragem Intervalo aproximadode pH de mudança cor Cor em pH acima da viragem Violeta de metila Amarelo 0,0 – 1,6 Azul-púrpura Alaranjado de metila Vermelho 3,1 – 4,4 Amarelo Azul de bromotinol Amarelo 6,0 – 7,6 Azul Fenolftaleína Incolor 8,2 – 10,0 Rosa-carmim Amarelo de alizarina R Amarelo 10,3 –12,0 Vermelho A respeito desses indicadores foram feitas algumas observações: I. A forma protonada (Hlnd) da fenolftaleína é incolor. II. A constante de ionização (K a ) do violeta de metila é menor do que a constante de ionização do azul de bromotinol. III. Para confirmar que um suco de limão apresenta pH entre 2 e 3, bastaria testá-lo com violeta de metila. IV. O alaranjado de metila é um ácido mais forte do que a fenolftaleína. Estão corretas apenas as afirmações A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) I e IV. 05. (Unesp-SP) Considere a tabela, que apresenta indicadores ácido-base e seus respectivos intervalos de pH de viragem de cor. Indicador Intervalo de pH de viragem Mudança de cor 1. púrpura de m-cresol 1,2 – 2,8 vermelho – amarelo 2. vermelho de metila 4,4 – 6,2 vermelho – alaranjado 3. tornassol 5,0 – 8,0 vermelho – azul 4. timolftaleína 9,3 – 10,5 incolor – azul 5. azul de épsilon 11,6 – 13,0 alaranjado – violeta Para distinguir uma solução aquosa 0,0001 mol/L de HNO 3 (ácido forte) de outra solução aquosa do mesmo ácido 0,1 mol/L, usando somente um desses indicadores, deve-se escolher o indicador A) 1 B) 4 C) 2 D) 3 E) 5 4F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo 011.614 - 137413/19 06. O gráfico a seguir mostra a titulação entre uma solução 0,1 M em NH 3 e uma solução 0,1 M em HCl. A B pH 5,28 Ponto de equivalênciaC D 25,0 m� Volume de ácido forte 0 10 20 30 40 50 Com base nos dados apresentados no gráfico anterior, foram feitas as afirmações. I. O ponto A corresponde ao pH da solução inicial da base, sendo igual a 13; II. O ponto B corresponde à neutralização parcial da base, e a solução resultante é um tampão; III. O ponto C corresponde ao ponto de neutralização da base pelo ácido, seno seu pH menor que 7; IV. O ponto D indica que há excesso de ácido forte. É correto o que se afirma em A) I, apenas B) II e III, apenas C) I e II, apenas D) III, apenas E) II, III e IV 07. (UFC-Adaptada) O gráfico a seguir representa a variação do pH de 50 mL de uma solução aquosa de um ácido H 2 X em função do volume de NaOH 0,30 mol–1 adicionado. mL de NaOH pH 14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A) Quais os valores de pKa 1 e pKa 2 ? B) Qual a concentração, em mol L–1, da solução de H 2 X? 08. (AFBJ) A curva de titulação de 25 mL de ácido acético 0,1 M com NaOH 0,1 M é mostrada a seguir: Ponto de equivalência pH 0 10 20 Volume de NaOH (cm3) 30 40 A B 25,0 m� C D 50 Com base nos dados apresentados no gráfico anterior, foram feitas as afirmações: I. O ponto A corresponde ao pH da solução inicial do ácido, sendo igual a 1; II. O ponto B corresponde à neutralização parcial do ácido, e a solução resultante é um tampão; III. O ponto C corresponde ao ponto de neutralização do ácido pela base, sendo seu pH maior que 7; IV. O ponto D indica que há excesso de base forte; V. Um indicador adequado a essa titulação é o alaranjado de metila. É correto o que se afirma em A) I, apenas. B) I e III, apenas. C) I e V, apenas. D) II, III e V, apenas. E) II, III e IV. 09. Calcule o pH no ponto estequiométrico da titulação de 25,0 mL de NH 3(aq) 0,020 M com HCl (aq) 0,015 M. Dado: k b do NH 3 = 1,8 · 10–5. 10. Calcule os valores de pH nos pontos estequiométricos para a titulação de 50 mL de solução 0,1 M de H 2 SO 3 com NaOH 0,1 M. Dados: constantes de ionização do H 2 SO 3 : ka 1 = 10–3 e ka 2 10–7; log(30)1/2 = 0,75. 11. (UPE-SSA 2) O gráfico a seguir traz o perfil de uma curva de titulação da adição de ácido sobre determinada amostra. 14 I Adição de H+ III pH 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 O gráfico indica que o titulado é uma A) amostra de vinagre. B) amostra de refrigerante. C) amostra de suco de limão. D) solução de KOH, NaOH e Ca(OH) 2 . E) solução contendo íons carbonatado, bicarbonato e OH–. 12. (Fuvest) Um indicador universal apresenta as seguintes cores em função do pH da solução aquosa em que está dissolvido. V(NaOH)mL pH 12 1 Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul 3 5 8 11 14 10 8 6 4 2 2 6 10 15 20 25 30 35 40 5 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// 011.614 - 137413/19 Módulo de estudo A 25,0 mL de solução do ácido fórmico (HCOOH), de concentração 0,100 mol/L, contendo indicador universal, foi acrescentada, aos poucos, solução de hidróxido de sódio (NaOH), de concentração 0,100 mol/L. O gráfico mostra o pH da solução resultante no dercorrer dessa adição. Em certo momento, durante a adição, as concentrações de HCOOH e de HCOO– se igualaram. Nesse instante, a cor da solução era A) vermelha B) laranja C) amarela D) verde E) azul 13. 20 mL de uma solução X foi transferido para um erlenmeyer e titulado com uma solução Y proveniente de uma bureta. O valor do pH da solução resultante foi monitorado durante o experimento, e um gráfico de pH versus o volume da solução Y adicionado foi inscrito: 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 pH 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Volume de titulante (mL) 25,0 30,0 35,0 40,0 Qual das alternativas a seguir traz uma combinação correta para os solutos das soluções X e Y? X Y A) KOH CH3COOH B) NaHCO 3 HBr C) CH 3 COOH NaHCO 3 D) KOH HBr E) HBr NaHCO 3 14. Após a mistura de 50 mL de Na 2 C 2 O 4 0,1 mol/L com 80 mL de HCl 0,0625 mol/L, verificou-se o pH da solução com o uso do indicador azul timol. Qual a coloração adquirida pela solução com o uso desse indicador? Dados: Para o ácido oxálico: ka 1 = 1 · 10–3; ka 2 = 1 · 10–6. 1 3 5 8 11 14 vermelho laranja amarelo verde azul Faixas de viragem para o indicador azul timol: A) vermelho B) laranja C) amarelo D) verde E) azul 15. (AFBJ) A) Temos duas soluções ácidas: uma com 100 mL de HCl 0,10 M e outra com 50 mL de ácido acético 0,20 M. Qual delas requer maior volume de NaOH 0,10 M para a neutralização? B) Temos duas soluções ácidas: uma com 100 mL de HCl de pH = 2 e outra com 100 mL de ácido acético de pH = 2. Qual delas requer maior volume de NaOH 0,10 M para a neutralização? 16. (AFBJ) Um químico titula 25,0 mL de uma solução de H 3 PO 4 com uma solução 0,20 M de NaOH, gastando-se 42 mL para alcançar o ponto estequiométrico final com o uso de fenolftaleína como indicador. Qual a molaridade da solução de H 3 PO 4 ? Dado: a fenolftaleína possui faixa de viragem compreendida entre os valores de pH 8,2 e 10,0. A) 0,112 M B) 0,168 M C) 0,125 M D) 0,063 M E) 0,042 M 17. Considerando a titulação de 50 mL de uma solução de carbonato de sódio 0,1 mol/L com solução 0,1 mol/L de HCl, e sabendo que os valores de ka 1 e ka 2 para o ácido carbônico são 5 · 10–7 e 4 · 10–11, assinale a alternativa correta. A) Se o volume adicionado de HCl for 25 mL, o pH ainda estará situado entre 9 e 10. B) O pH estará situado entre 7 e 8, se o volume de HCl adicionado for 50 mL. C) Com a adição de 100 mL de titulante, o pH da solução final estará situado entre 2 e 3. D) Os indicadores vermelho cresol, com faixa de transição entre pH 7,2 (amarelo) e 8,8 (vermelho), e alaranjado de metila, com faixa de transição entre pH 3,1 (vermelho) e pH 4,5 (amarelo), são indicados para acompanhar essa titulação. E) Com a adição de 75 mL de titulante, o pH da solução resultante estará situado entre 4 e 5. 18. (ITA) Determine o valor aproximado do pH no ponto de equivalência, quando se titula 25,0 mL de ácido acético 0,1000 mol L–1 com hidróxido de sódio 0,1000 mol L–1. Sabe-se que log 2 = 0,3 e Ka = 1,8 × 10–5. 19. (IME) Determine o pH no ponto de equivalência da titulação de 25,0 mL de ácido hipocloroso aquoso (Ka =3 × 10–8) com concentração 0,010 mol/L, com hidróxido de potássio 0,020 mol/L, realizada a 25 ºC. Dados: log 2 = 0,30 log 3 = 0,48. 20. (ITA-SP) Na figura a seguir são respectivamente apresentadas as curvas de titulação de 50 mL de soluções aquosas 0,1 mol · L–1 dos ácidos I, II e III, tituladas com uma solução aquosa 0,1 mol · L–1 em NaOH. Baseado nas informações contidas na figura, assinale a opção errada. Volume de titulante/m� pH 14 12 10 8 6 4 2 0 0 X W I II III Y Z 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A) A constante de ionização do ácido III é aproximadamente 10–9. B) A região W da curva de titulação do ácido II é uma região-tampão. C) No ponto X o pH da solução I é igual ao pKa do ácido I. D) O ponto Y é o ponto de equivalência do ácido II. E) No ponto Z, para todos os ácidos o pH só depende da quantidade em excesso do OH– adicionada. 6F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// Módulo de estudo 011.614 - 137413/19 21. (UFCG) Um indicador em solução aquosa modifica a sua cor de acordo com os intervalos de pH, indicados no esquema a seguir: Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho 1 3 5 8 11 14 A 25 mL de uma solução aquosa de ácido láctico (um ácido fraco monocarboxílico, aqui representado por RCOOH), de concentração 0,1 M, contendo o indicador, foi acrescentada aos poucos uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), de concentração 0,1 M. O gráfico a seguir mostra o pH de solução resultante no decorrer dessa adição. V(NaOH)mL pH 12 14 10 8 6 4 2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Indique, dentre as alternativas seguintes, aquela que representa a coloração do indicador com as características anteriores, quando as concentrações de RCOOH e RCOO– se igualarem. A) Azul B) Vermelho C) Verde D) Laranja E) Amarelo 22. Ainda sobre o gráfico anterior, determine o valor aproximado do pka para o ácido láctico. A) 2,2 B) 3,0 C) 3,8 D) 4,5 E) 8,0 • Texto para as questões 23 e 24. As duas questões a seguir referem-se ao gráfico adiante, que mostra a titulação de uma solução 0,2 M de um ácido fraco diprótico perante uma solução 0,1 M de KOH: Volume adicionado de base pH 14 12 10 8 6 4 2 A B C10,25 6,37 -HCO 3 -HCO 3 H 2 CO 3 -HCO 3 -CO 3 2 D SP1 SP2 23. Quais os valores de pH em que a titulação alcança os dois pontos estequiométricos? A) 6 e 8,2 B) 6 e 10,5 C) 6,3 e 10,5 D) 8,2 e 10,5 E) 8,0 e 12,2 24. Quais os valores aproximados de pk 1 e pk 2 para o ácido diprótico apresentado? A) 6 e 8,2 B) 6 e 10,5 C) 6,3 e 10,5 D) 8,2 e 10,5 E) 8,0 e 12,2 25. (ITA-Adaptada) Em um recipiente que contém 50,00 mL de uma solução aquosa 0,100 mol/L em HCN foram adicionados 8,00 mL de uma solução aquosa 0,100 mol/L em NaOH. Dado: Ka (HCN) = 6,2 · 10–10. Calcule a concentração de íons H+ aproximada da solução resultante. 26. Qual o pH no ponto estequiométrico para uma titulação de uma solução 0,1 M de ácido acético (k a = 5 · 10–5) com solução 0,1M de KOH? 27. Dois ácidos, cada qual com concentração de aproximadamente 0,01 M, são titulados separadamente por uma base forte. No ponto de equivalência, cada qual apresenta os seguintes valores do pH: ácido HA, pH 9,5; ácido HB, pH 8,5. A) Que ácido é mais forte: HA ou HB? B) Qual das bases conjugadas, A– ou B–, é a mais forte? 28. (Cefet-MG) Na figura, a curva B foi obtida pela adição gradativa de 20 mL de hidróxido de sódio 0,01 mol L–1 a uma solução de ácido clorídrico 0,01 mol L–1. A curva A apresenta um procedimento idêntico, porém usando outra solução. B A pH Volume de ácido adicionado (mL) A solução, com concentração em mol L–1, correspondente ao ácido adicionado na curva A é A) H 2 S 0,01 B) HCl 0,01 C) HBr 0,01 D) HNO 3 0,005 E) CH 3 COOH 0,05 7 F B O N L I N E . C O M . B R ////////////////// 011.614 - 137413/19 Módulo de estudo 29. (Fuvest) Soluções aquosas de ácido clorídrico, HCl (aq) , e de ácido acético, H 3 CCOOH (aq) , ambas de concentração 0,10 mol/L, apresentam valores de pH iguais a 1,0 e 2,9, respectivamente. Em experimentos separados, volumes iguais de cada uma dessas soluções foram titulados com uma solução aquosa de hidróxido de sódio, NaOH (aq) , de concentração adequada. Nessas titulações, a solução de NaOH foi adicionada lentamente ao recipiente contendo a solução ácida, até reação completa. Sejam V 1 o volume da solução de NaOH para reação completa com a solução de HCl e V 2 o volume da solução de NaOH para reação completa com a solução de H 3 CCOOH. A relação entre V 1 e V 2 é A) V 1 = 10–3,9 V 2 B) V1 = (1,0/2,9) V 2 C) V 1 = V 2 D) V 1 = 2,9 V 2 E) V 1 = 101,9 V 2 30. Calcule o pH da solução obtida pela mistura de 200 mL de solução de NaOH 0,5 M com 300 mL de solução 0,25 M de H 2 SO 3 e 500 mL de água. Dados: ka 1 = 8 · 10–3 (pka 1 = 2,1); ka 2 = 1 · 10–5 (pka 2 = 5); log2 = 0,3. Gabarito 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 E D E D A E * E * * 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 E B B B * B D * * C 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 C C E C * * * D C * * 07. A) 2 e 6,2; B) 0,30 mol/L 09. 5,67 10. 5 e 9,75 15. A) mesmo volume; B) ácido acético 18. 8,7 19. 9,67 25. 3,3 · 10–9 M 26. 8,5 27. A) HB; B) A– 30. 4,7 SUPERVISOR/DIRETOR: Marcelo Pena – AUTOR: Antonino Fontenelle 014.974 – 140288/19 DIG.: R'Erick – 09/07/19 – REV.: Lícia