2974531 Quimica Geral Exercicios Resolvidos PH1

5/26/2018 2974531 Quimica Geral Exercicios Resolvidos PH1

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Universidade AbertaQumica Geral 607

http://www.univ-ab.pt/disciplinas/dcet/qg607/

REACES CIDO BASE

Os exerccios seguintes esto directamente relacionados com a matria exposta no

captulo 3.3 do manual da disciplina de Qumica Geral. So apresentados vrios tiposde exerccios resposta longa, resposta curta, de associao com o objectivo de

alertar o estudante para as vrias abordagens possveis. ainda de salientar que nas

respostas apresentadas pretendemos destacar os aspectos que considermos mais

importantes e consequentemente em algumas delas poder encontrar informao

adicional.

Q.1. Discuta a fora relativa dos seguintes cidos de Bronsted: SO4H2 e SO3H2

Q.2. Quantos mililitros de uma soluo 0,5N de cido clordrico so necessrios

para neutralizar 10ml de uma soluo de hidrxido de sdio obtida por

dissoluo de 40g de NaOH em gua at perfazer 1lde soluo.

Q.3. De acordo com o conceito de Bronsted Lowry:

a) defina cido e baseb)De entre as seguintes espcies

1. 3HCO

2. 34PO

3. 3NH

4. HCN

5. 42POH

indique, qual ou quais so:

A. cidos

B. bases

C. anfteros

Q.4. Escreva a reaco de ionizao, em gua, do cido clordrico (HCl)


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Q.5. Calcule o pH da soluo resultante da mistura de 40 cm3de uma soluo deconcentrao 0,0025 mol dm3de HClcom 60 cm3de uma soluo de HNO3

de concentrao 0,0060 mol dm3.

Q.6. Titularam-se 20ml de uma soluo aquosa de amonaco 0,1M com 10ml de

uma soluo de cido clordrico.

a)Calcule a molaridade e o pH da soluo de HCl. Apresente todos os clculos

efectuados.

b)Calcule o valor do pH no ponto de equivalncia. Apresente todos os clculos

efectuados.

Ka (NH4+) = 5,61010

c)O indicador vermelho de clorofenol com uma zona de viragem de 5,26,8,

poder servir para esta titulao? Justifiquea sua resposta.

Q.7. Titularam-se 50 cm3de uma soluo aquosa de hidrxido de sdio com 30 cm3

de uma soluo de cido actico 0,20M, temperatura de 25 C. Sabendo que

a reaco de neutralizao entre o cido actico (cido fraco) e o hidrxido de

sdio (base forte) envolve as seguintes etapas:

NaOH (aq)Na+(aq)+ OH(aq)

CH3COOH(aq) + OH

(aq) CH3COO

(aq) + H2O(l)

CH3COO

(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH(aq)

a) Calcule o pH da soluo de NaOH utilizada. Apresente todos os clculos queefectuar

b) Determine o pH e o pOH no ponto de equivalncia. Apresente todos os clculosque efectuar.

Kb(CH3COO ) = 5,61010

c) Numa titulao qual o significado da expresso ponto de equivalncia?


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Q.8. De acordo com o conceito de Brnsted-Lowry indique, para as reaces

apresentadas e para os processos directo e inverso, as substncias que se

comportam como cidos e as substncias que se comportam como bases.

a) (aq)OH(aq)ClO(l)OH(aq)HClO 3222

+++

b) (aq)OHC(aq)NH(aq)OHHC(aq)NH 23242323 ++ +

c) (aq)OH(aq)HOCl(l)OH(aq)OCl 2 ++

Q.9. temperatura de 25C o pH de uma soluo aquosa de piridina 0,1M igual a

9. Sabendo que a reaco de ionizao da piridina dada por:

OHNHHCOHNHC (aq)

(aq)55(l)2(aq)55 ++ +

Calcule o valor da constante de basicidade da piridina. Justifiquequaisqueraproximaes que efectuar.

Q.10. O cido metanico, HCOOH, um cido fraco, cuja constante de acidez

temperatura de 25 C tem o valor de 1,8104.

Note que Kw = 1,01014(a 25 C)

a) Escreva a equao de ionizao do cido metanico em soluo aquosa.

b) Calcule a constante de basicidade, Kb, para a base conjugada do cidometanico, a esta temperatura.

c) Determine a concentrao de H3O+ numa soluo aquosa de HCOOH de

concentrao 0,1moldm3, a 25 C.

Q.11.Observou-se que, imediatamente aps retirar a rolha de uma garrafa de vinho

de mesa, a concentrao de protes era de 3.2104 M. Sabe-se que s

metade do vinho foi consumido e que a outra metade permaneceu na garrafa,

exposto ao ar, durante 20 dias; este ltimo, apresentava uma concentrao de

protes igual a 1.0103M no fim desse perodo. Calcule o pH do vinho nestas

duas ocasies. Comente o resultado.


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Q.12. temperatura de 25 C, o pH de uma soluo aquosa 0,048mol/l de cido

hipocloroso (HClO) igual a 4.4. Calcule a constante de acidez do referido

cido, justificando todas as aproximaes que efectuar.

Os equilbrios qumicos presentes so:

HClO(aq) + H2O(l) ClO

(aq) + H3O+(aq)

2H2O(l) H3O+(aq) + OH

(aq)

Q.13. Considere as seguintes solues lquidas temperatura de 20C:

Soluo I Soluo II Soluo III

H2O (l) HCO2H (aq) CH3CH2NH2(aq)

As reaces de ionizao do cido metanico e da etilamina so:

HCO2H (aq) + H2O (l) HCO2(aq) + H3O

+(l)

CH3CH2NH2(aq) + H2O (l) CH3CH2NH3+(aq) + OH

(aq)

Dados:)201041.6)()201081.6 4223

15 CNHCHCHKCK bWoo (( ==

a)Determine a concentrao de ies OH(aq) na soluo I

b)Indique os pares conjugados cido-base na reaco de ionizao do cidometanico.

c)Sabendo que o pH da soluo III igual a 12, calcule o valor daconcentrao inicial da etilamina.

Q.14. O componente activo da aspirina o cido acetilsaliclico, HC9H7O4, queapresenta um Ka igual a 3,0x104.

a)Calcule o pH de uma soluo, obtida por dissoluo de 5,0 mg de cidoacetilsaliclico em 50,0 ml de gua.

Dados: HC9H7O4 H+ + C9H7O4

M(HC9H7O4) = 180,16 g/mol.

b) Indique, justificando, se o grau de acidez de uma soluo obtida por diluio damesma quantidade de cido acetilsalislico em 1lde gua ser maior ou no.


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Q.15. Calcule o pOH de uma soluo, temperatura de 20 C, de iodeto dehidrognio obtida a partir da dissoluo de 0.16 moles desta substncia em 2,5 lde gua.

Dados: Kw(20C) = 6,81x10-15

Ka(HI) 1,6


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Respostas

Q.1. De acordo com a definio de Bronsted um cido toda a substncia que,

quando em soluo aquosa, liberta protes H

+

;Os cidos que, para alm do hidrognio e de outro elemento (central), contm

oxignio so designados por oxocidos Para comparar foras de oxocidos

necessrio dividi-los em dois grupos:

Oxocidos que tm tomos centrais diferentes pertencentes ao mesmo grupo

da Tabela peridica so tanto mais fortes quanto maior for a

electronegatividade do tomo central (HClO4 > HBrO4):

Oxocidos com o mesmo tomo central mas em que o nmero de grupos a

ele ligados diferente so tanto mais fortes quanto maior o nmero detomos de oxignio a ele ligados.

Assim, uma soluo aquosa de SO4H2, pode ser representada por:

S

OO

O OHS

O

O

O

OHS

O

O

O

OHSH+

+O

O

OH

OH

E uma soluo aquosa de SO3H2 representada por:

S

O

O OHS

O

O

OHSH+ +

O

OH

OH

Como se pode ver pelas estruturas, a base conjugada de H2SO4apresenta um maior

nmero de tomos de oxignio ligado ao elemento central e consequentemente H2SO4

o cido mais forte.


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Q.2. A reaco em questo representada por:

NaOH + HCl NaCl+ H2O M(NaOH) = 40g

NaOH uma base que pode aceitar um proto e portanto a molaridade da

soluo vai ser igual normalidade. Como a soluo foi obtida por dissoluo de 40g

de NaOH (que equivalente massa molar) em 1l de gua, ento a soluo a

molaridade da soluo 1M (= 1N).

necessrio determinar o n de equivalentes gramas presentes nos 10mlde

soluo titulada:

fbvb= 10,01 = 0,01 eq.gr de NaOH em 10mlde soluo

O volume de HClnecessrio para neutralizar os 10mlda soluo de NaOH :

fava =fbvb 0,5 va = 10,01

va= 20ml

Q.3.

a) cido definido como toda a substncia doadora de protes e Base como toda

a substncia aceitadora de protes.

b)Relembre que anfteros so substncias que podem actuar simultaneamente

como dadores ou como aceitadores de protes. Assim:

A. cidos 4

B. bases 2, 3

C. anfteros 1, 5

Q.4. HCl(aq)+ H2O (l)Cl-(aq)+ H3O+(aq)

Q.5. As reaces de ionizao completa so:

HCl(aq)+ H2O (l)Cl-(aq)+ H3O

+(aq)

HNO3(aq)+ H2O (l) NO3

(aq) + H3O+(aq)


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Uma vez que se trata de uma mistura de dois cidos, a quantidade de H3O+, resulta da

contribuio de ambos, de acordo com:

HCl

: mol,dm,mol dm, 433

1001040000250 =HNO3: mol,dm,mol dm,

433 1063060000600 =

Total: mol106,4106,3100,1 444 =+

Logo, a concentrao de H3O+na soluo resultante :

[ ]33

3

4

3

dmmol106,4dm100,0

mol106,4OH =

=+

Recordando a definio de pH ento:

3,2)106,4log(log 33 === +OHpH

Q.6. Relembre os conceitos de Molaridade (moles por litro) e pH (= log [H3O+]).

Comecemos por esquematizar os dados do problema:

[NH3] = 0,1M [HCl] = ?

vNH3= 20ml vHCl= 10ml

Uma vez que foram necessrios 20mlde uma soluo 0,1M de NH3para titular

10mlde uma soluo de HClde concentrao desconhecida, podemos concluir que o

nmero de moles existentes em 20mlda soluo de NH3 igual ao nmero de moles

existentes em 10mlda soluo de HCltitulada.

Assim, e atravs de regras de proporcionalidade chegamos a:

0,1 moles 1000ml

x moles 20ml mlemNHdemolesx 20102 33 =

2103moles 10ml

y moles 1000ml MmlemHCldemolesy 2,02,0 1000 ==


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Conclui-se que a concentrao da soluo de HCltitulada de 0,2M.

Sendo o HClum cido forte, podemos admitir que todo o cido se dissocia, o que

traduzido por:

HCl

+ H2O

H3O+

+ Cl

e portanto [HCl] = [H3O+]. Como [HCl] = 0,2M, vem:

pH = log (0,2)

pH = 0,7

b) Vejamos as reaces qumicas envolvidas no processo so:

HCl + NH3NH4Cl

NH4Cl NH4++ Cl

NH4++ H2O NH3+ H3O

+

A constante de acidez definida como:

( ) [ ]

+

+

=+

4

334

NH

OHNH

NHka

No ponto de equivalncia, o nmero de moles de NH3 igual ao nmero de moles de

HCl, mas o volume total a soma dos volumes das duas solues (20+10=30ml). A

concentrao de NH3 dada por:

2103moles de NH3 30ml de soluo

z moles de NH3 1000ml de soluo

z = 6,7103M

Por outro lado, e de acordo com a estequiometria da reaco, a concentrao de NH3

igual de HCl, e igual de NH4Cl, que um sal e em presena de gua dissocia-

se completamente, ou seja, a concentrao do io NH4+ igual concentrao de

NH4Cl.

Assim, por substituio na expresso de ka

, obtemos a concentrao de H3O+:


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[ ]+==

=

OHx

x

36

3

210

106

107,6106,5

Podemos finalmente calcular o pH no ponto de equivalncia:

pH = log (6106)

pH = 5,22

c) Indicadores so substncias que apresentam cores distintas em meio cido e em

meio bsico e que permitem detectar o ponto de equivalncia. Um indicador para

poder ser usado numa titulao deve apresentar um intervalo de viragem que

abranja a zona de pH na qual se prev que ocorra o ponto de equivalncia. De

acordo com o enunciado o clorofenol apresenta uma zona de viragem cujo limite

inferior coincide com o pH (calculado) do ponto de equivalncia, o que significa

que este indicador no adequado para esta titulao.

Q.7.a) De acordo com o enunciado 30 cm3de uma soluo de cido actico 0,20M foram

titulados com 50 cm3 de uma soluo de hidrxido de sdio de concentrao

desconhecida. Sabemos ainda que uma titulao est completa quando se atinge o

ponto de equivalncia, isto , quando o nmero de moles de base igual ao nmero

de moles de cido. Neste caso, porque se trata de substncias monoprticas

podemos usar a expresso F VFV bbaa = para calcular a concentrao da

soluo de NaOH usada. Por substituio:

NF

F.

b

b

12.0

10501030200 33

=

=

ou seja, [NaOH] = 0,12M. Como se trata de uma base forte h uma dissociao

completa e a concentrao do io hidrxido [OH] = 0,12M.

Por outro lado, sabemos que pOH = log [OH], o que nos permite calcular o pOH da

soluo: pOH = 0,92

Uma vez que a temperatura de 25C, ento

pH + pOH = 14

e por substituio:

pH = 14 pOH.

pH = 14 0,92 pH = 13,08


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b) Com base na reaco de ionizao do cido actico podemos comear por

escrever a equao para o Kb:

[ ]

[ ]COOHCH

OHCOOCH

K3

3

b

=

No ponto de equivalncia, o nmero de moles do cido igual ao nmero de moles da

base. Assim, comeamos por calcular o nmero de moles existente em 30 cm3de uma

soluo 0,20M de cido actico:

mol1060,201030n 33COOCH 3 ==

Uma vez que o volume total 30 + 50 = 80 cm3, necessrio proceder ao clculo dasas concentraes no equilbrio:

6103

mol 80 ml

y 1000 ml

y = 0,075M corresponde concentrao do sal CH3COONa

De acordo com as reaces apresentadas, o sal formado vai ser dissociado em io

acetato e io sdio, e o io acetato posteriormente hidrolisado, de acordo com a

reaco:

CH3COO

(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH(aq)

Concentrao 0,75M 0 0no incio

Concentrao

no equilbrio 0,75 zM zM zM

Por substituio na expresso de Kb obtemos:

6

211

210

106,48z

z104,2

z0,075

z105,6

=

=

=

ou seja, a concentrao do io hidrxido : M6106,48OH =


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Note que o valor de z considerado desprezvel, face concentrao do io acetato,

porque o Kb muito pequeno.

Podemos agora calcular o pOH = log (6,48 106)

pOH = 5,19

Ou seja, pH = 14 5,19 pH = 8,81

c) Numa titulao uma soluo de concentrao exactamente conhecida adicionada

a outra de concentrao desconhecida at que a reaco qumica entre estas duas

solues esteja completa, ou seja, at que se atinja o ponto de equivalncia. Assim,

podemos dizer que o ponto de equivalncia o ponto no qual o cido reagiucompletamente com a base, neutralizando-a. Isto significa que no ponto de

equivalncia o nmero de moles do cido igual ao nmero de moles da base.

Q.8.a) (aq)OH(aq)ClO(l)OH(aq)HClO 3

222

+++

cido base base cido

b) NH (aq)OHC(aq)NH(aq)OHHC(aq)23242323 ++

+

base cido cido base

c) (aq)OH(aq)HOCl(l)OH(aq)OCl 2 ++

base cido cido base

Q.9. Comecemos por escrever a equao que traduz a constante de basicidade:

+

=NHC

OHNHHC

bk

55

55

agora necessrio determinar as concentraes no equilbrio das vrias espcies

presentes.

De acordo com o enunciado o pH da soluo 0,1M de piridina igual a 9, ou seja:

pH = log [H+] e portanto [H+] = 109 M

Sabemos ainda que temperatura de 25C, pH + pOH = 14 ou seja, pOH = 14 pH

Por substituio dos valores:


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pOH = 5 e portanto [OH] = 105 M.Na situao de equilbrio:

OHNHHCOHNHC (aq)

(aq)55(l)2(aq)55 ++ +

Incio 0,1M cte 0 0

Equilbrio (0,1105)M cte 105M 105M

Substituindo estes valores na expresso para o Kb:

Mk

,k

b

b

9

55

10

10

1010

=

=

Este valor da constante de basicidade muito pequeno, o que nos indica que apiridina uma base fraca.

Q.10.a)

CHOOH (aq) + H2O (l) CHOO (aq) + H3O+(aq)

b)Para qualquer par cido base conjugado, sempre verdade que Kw = Ka

Kb

Assim, por substituio directa dos valores calculamos a constante de basicidade

da base conjugada do cido metanico:

11

414

105,6Kb

Kb101,8101,0

=

=

c) De acordo com a equao de ionizao do cido metanico em gua, a constante

de acidez igual a:

[ ]CHOOH

O3HCHOO

Ka

+

=

No equilbrio verifica-se :

CHOOH (aq) + H2O (l) CHOO (aq) + H3O+(aq)

Incio 0,1 M 0 0

Variao z M + z M + z M

Equilbrio (0,1 z) M z M z M


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ou seja:

z)(0,1

z101,8

24 =

Como se trata de um cido fraco, que se ioniza muito pouco, podemos admitir que z

pequeno relativamente concentrao inicial e a equao simplificada para:

3

52

24

104,2z

101,8z

0,1

z101,8

=

=

=

ou seja, a concentrao de [H3O+] a 25 C 4,2103mol dm3.

Q.11. Sabendo que o pH definido como pH = log[H+]

Por substituio directa obtemos:

Situao 1 Situao 2

pH = log(3.2104) pH = log (1.0103)

pH = 3.5 pH = 3

O que nos permite concluir que aps exposio ao ar, o vinho encontra-se mais cido

(apresenta menor pH).

Q.12. Comecemos por escrever a expresso da constante de acidez:[ ] [ ]

[ ]HClOOHClO

Ka

+ = 3

Por outro lado sabemos que:

[ ] 51098,34,4log

+

+

=

==

H

HpH

que representa a concentrao de ies H+ no equilbrio que por seu lado igual

concentrao de ies ClO.

HClO + H2O = ClO + H3O

+

Incio 0,048M cte 0 0

Equilbrio (0,0484x105)M cte 4x105M 4x105M


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Substituindo na expresso da constante de acidez:

[ ] [ ][ ]

( )8

5

55

3

10303,3

1098,3048,0

1098,31098,3

+

=

=

=

a

a

a

K

K

HClO

OHClOK

Note que a gua considerada solvente, com uma concentrao elevada que

considerada constante.

Para a resoluo pode ainda assumir que 3,98x105 desprezvel face

concentrao inicial e o valor obtido de:810300,3 =aK

o que confirma a aproximao efectuada.

Q.13.a)A soluo I uma soluo de gua lquida e o produto inico :

eq

OH

eq

OHw

K

+=

3

Sabemos ainda que no equilbrio as concentraes so iguais e portanto:

[ ] [ ]

[ ] [ ] MOHOHxx

OHOHK

eqeq

eqeqw

8

3

215

3

1025.8

1081.6

===

=

=

+

+

b)Os pares conjugados so: HCO2H / HCO2 e H2O / H3O

+

c) A constante de basicidade da etilamina :

eqNHCHCH

eqOH

eqNHCHCH

bK

+

=

223

323

Sendo que as concentraes de equilbrio dos produtos de reaco so iguais:


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eq

OHeq

NHCHCH

=

+

323

De acordo com o enunciado, pH=12 o que permite o clculo da concentrao dos

hidrogenies e consequentemente o clculo da concentrao dos ies hidrxido,

atravs do produto inico da gua. Note que a temperatura de 20C:

[ ] [ ][ ]

[ ] MOHOH

OHOHK

eq

eq

eqeqw

3

1215

3

1081.6

1011081.6

=

=

= +

Por substituio na expresso da constante de basicidade obtemos a concentrao no

equilbrio da etilamina:

[ ] [ ][ ]

[ ]

[ ] MNHCHCH

NHCHCH

NHCHCH

OHNHCHCHK

eq

eq

eq

eqeq

b

2

223

223

334

223

323

102.7

1081.61081.61041.6

=

=

=

+

Finalmente a concentrao inicial de etilamina dada pela soma da concentrao no

equilbrio e a concentrao, tambm de equilbrio, do io hidrxido que corresponde

ao que foi consumido:

[ ] [ ]

[ ]

[ ] MNHCHCH

NHCHCH

MNHCHCHNHCHCH

inicial

inicial

inicialeq

2

223

32

223

3

223223

109.7

1081.6102.7

1081.6

=

+=

=

Q.14.

a) Comecemos por escrever a expresso que traduz a constante de acidez:[ ] [ ]

[ ]4

479

479 100.3 =

=+

OHHC

HOHCKa

Comecemos por calcular a concentrao inicial de cido na soluo:


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[ ] lmollmolg

gOHHC /1055.5

1050

1

/16.180

105 43

3

479 =

=

No equilbrio temos:

[H+] [A] [HA]Incio 0 0 5.55104

Alterao +x +x x

Equilbrio +x +x 5.55104 x

Substituindo agora na expresso para a constante de acidez:

( )

( ) ( )

42

41

44

74

7244

247

244

4

4

1058.51058.2

21016.8100.3

2

1066.6100.3

12

1067.114100.3100.3

100.31067.1

1055.5100.3

1055.5100.3

==

=

=

=

=

=

=

xex

x

x

x

xx

xx

x

xx

Uma vez que as concentraes no podem ser negativas, a raz identificada como x2

no vlida e a concentrao de H+ 2.58104 M. Como += HpH log por

substituio calculamos o pH:

6.3

)1058.2log( 4

=

=

pH

pH

Nota:A partir do valor da constante de acidez pode concluir que se trata de um cido

fraco, que se ioniza pouco, e fazer a aproximao de que a quantidadexvai ser

muito pequena comparada com a concentrao inicial. Este tipo de

aproximaes devem sempre ser devidamente justificadas.

b) Sendo o pH uma medida da concentrao de hidrogenies, de prever que a

mesma quantidade de cido diluda num maior volume de gua apresente uma


18/18



concentrao de ies H+ inferior e consequentemente o pH dever ser superior, ou

seja, a soluo menos cida.

Q.15. Uma vez que HI um cido forte, considera-se que ocorre dissociao

completa:

HI H++ I

A concentrao de ies H+vem igual a: [ ] MH 064.05.2

116.0=

=+

e o pH calculado por: 2.1log =

+= HpH

Sabemos ainda que

( )Kw pKwepKwpOHpH log ==+

Por substituio:

97.12

2.117.14

1081.6log2.1 15

=

=

=+

pOH

pOH

pOH

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