11. (USNCO) An unknown monoprotic acid contains only the elements C, H, and O. a) Combustion analysis indicates that the unknown acid contains 40.0...

a) A partir da análise de combustão, sabemos que o ácido desconhecido contém 40,0% de C e 6,7% de H em massa. Para encontrar a fórmula empírica, precisamos converter as porcentagens em gramas e, em seguida, em mols. Assumindo 100 g de amostra, temos 40,0 g de C e 6,7 g de H. Convertendo para mols, temos: 40,0 g C x (1 mol C / 12,01 g C) = 3,33 mol C 6,7 g H x (1 mol H / 1,01 g H) = 6,63 mol H Agora, precisamos encontrar a proporção molar mais simples entre C e H, dividindo ambos pelo menor número de mols: C: 3,33 mol / 3,33 mol = 1 H: 6,63 mol / 3,33 mol = 1,99 Arredondando para o número inteiro mais próximo, temos a fórmula empírica CH2. b) A partir da titulação, sabemos que 0,3 mol de NaOH reagem com 1 mol de ácido desconhecido. Como 37,0 mL de NaOH 0,3 M foram necessários para neutralizar 1,0 g de ácido desconhecido, podemos calcular o número de mols de NaOH utilizado: 0,3 mol NaOH / 1000 mL x 37,0 mL = 0,0111 mol NaOH Portanto, 0,0111 mol de ácido desconhecido foram neutralizados. Usando a fórmula empírica CH2, podemos calcular a massa molar: MM = (12,01 g/mol x 1) + (1,01 g/mol x 2) = 14,03 g/mol A massa molar do ácido desconhecido é de 14,03 g/mol. Para encontrar a fórmula molecular, precisamos comparar a massa molar do ácido desconhecido com a massa molar da fórmula empírica CH2 (14,03 g/mol / 14,03 g/mol = 1). Portanto, a fórmula molecular é CH2. c) O pH da solução após a adição de 10,0 mL de NaOH é 3,43. Isso significa que a solução está em um ponto intermediário da titulação, onde a quantidade de ácido e base são iguais. Podemos usar a equação de Henderson-Hasselbalch para encontrar o pKa: pH = pKa + log([A-]/[HA]) No ponto intermediário da titulação, [A-] = [HA], então podemos simplificar a equação: pH = pKa + log(1) pH = pKa Portanto, o pKa do ácido desconhecido é 3,43. d) O pH da solução após a adição de 40,0 mL de NaOH não será informativo sobre o pKa do ácido porque a solução estará no ponto final da titulação, onde todo o ácido foi neutralizado. Nesse ponto, a solução será basicamente uma solução de NaOH, então o pH será determinado pela concentração de NaOH e não pelo pKa do ácido. O pH pode ser calculado usando a equação de neutralização: n(H+) = n(OH-) 0,3 mol/L x 0,037 L = n(OH-) n(OH-) = 0,0111 mol n(H+) = 0,0111 mol Vamos supor que o volume total da solução é de 50 mL + 37,0 mL = 87,0 mL. Convertendo para litros, temos: 87,0 mL = 0,0870 L A concentração de H+ é: n(H+) / V = 0,0111 mol / 0,0870 L = 0,1276 M O pH pode ser encontrado usando a equação: pH = -log[H+] pH = -log(0,1276) pH = 0,893 Portanto, o pH da solução após a adição de 40,0 mL de NaOH será de aproximadamente 0,893.