DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA DISCIPLINA QUI 03310 – FÍSICO-QUÍMICA II-B

LISTA DE EXERCÍCIOS 8

Soluções Eletrolíticas INTRODUÇÃO

Nessa unidade você estudará o comportamento das soluções iônicas procurando relacioná-lo com o das soluções moleculares ideais diluídas de soluto não volátil. OBJETIVOS

1. Caracterizar o comportamento das soluções eletrolíticas, comparando-o com o das soluções moleculares diluídas de solutos não voláteis.

2. Relacionar as propriedades coligativas das soluções iônicas com o aumento do número de partículas em solução, devido à dissociação de íons.

3. Definir o fator de van’t Hoff (i) e o coeficiente osmótico (g) estabelecendo as relações que permitem calculá-los.

4. Apresentar a crítica da teoria de Arrhenius e delimitar seu campo de aplicabilidade. 5. Estabelecer claramente a diferença entre eletrólitos fortes e eletrólitos fracos. 6. Enumerar as bases da teoria de Debye-Hückel sobre os eletrólitos fortes e estabelecer

os limites de sua validade. Problemas 1) A pressão osmótica do sangue a 37 oC é 7,7 atm. Deseja-se preparar um soro fisiológio

(isotônico) contendo unicamente glicose e cloreto de sódio em água. Por razões médicas, a concentração de açúcar deve ser 0,1 M. Calcule quantos gramas de cloreto de sódio deve conter o soro por litro de solução. Admita que i = 1,95 e use a equação de van´t Hoff

π=CRT. Resposta: MNaCl = 6,08 g

2) Uma solução aquosa 0,2 molal de KCl congela a -0,680 oC. Calcule i e a pressão osmótica a

0 oC. Dados Kf = 1,86 K.kg/mol ρsol = 1g/mL Resposta: i=1,83 π = 8,2 atm

3) Calcule o ponto de congelamento e a pressão de vapor a 25 oC de uma solução aquosa 2,0 molal de CoCl2. Dados: i = 4,58 (Certos eletrólitos como CoCl2 e H2SO4, a elevadas concentrações tem um valor de “i” maior do que o previsto para soluções diluídas), Kf = 1,86 K.kg/mol, P�

H2O = 23,7 torr (25 oC) Resposta: Tf = 17,0 oC P = 19,6 torr ∆P = 3,8 torr

4) Uma solução aquosa de HCl 0,72 % em peso, congela a -0,706 oC. Calcule sua molalidade aparente e a massa molar aparente do HCl (supondo que HCl não fosse eletrólito). Kf = 1,86 K.kg/mol

Resposta: map = 0,380 molal Map = 19,08 g/mol 5) Uma solução aquosa 0,01 molal de K3[Fe(CN)6] congela a -0,062 oC. Qual é o seu grau de

dissociação aparente? Respostas: α = 0,78

6) Uma solução aquosa 0,1 molal de um monoácido fraco congela a -0,208 oC. Calcule α. Resposta: α = 12 %

7) Qual é o coeficiente osmótico da solução de K3[Fe(CN)6] dada no problema 5?

Respostas: g = 0,83

8) Uma solução é 0,5 M em KCl, 0,1 M em AlCl3 e 0,1 M em (NH4)2SO4. Qual é a sua força iônica total?

Resposta: Itot = 1,4

9) Usando a equação de Debye-Hückel calcule quais serão os valores de g e de i a 0 oC, para uma solução 0,0005M aquosa de CuSO4. Use a equação

( ) CZZg ⋅⋅⋅⋅=− −+ υ23

)(265,01 . Resposta: g = 0,933 i = 1,88

10) De acordo com a teoria de Debye-Hückel, qual será o coeficiente osmótico do NaCl numa

solução aquosa de 0,001 M em NaCl e 0,0001 M em K2SO4 a 0 oC? Use a equação

( ) IZZg ⋅⋅⋅=− −+375,01 onde Z-.Z+ se refere ao NaCl e I é a força iônica total da

solução. Admita dissociação total dos íons. Resposta: g = 0,986

11) Uma solução de uréia e uma solução de sal, ambas aquosas, são colocadas lado a lado

em um ambiente confinado (sob campânula) e deixadas até que se estabeleça o equilíbrio. Durante esse período, água destila de uma solução para a outra até que as duas atingem a mesma pressão de vapor (igualdade dos potenciais químicos do solvente). As duas soluções são analisadas e verifica-se que a uréia contém 4,35 % e a de sal 5% em peso. Calcule n, o número de íons formados por fórmula mínima do sal, sabendo que sua massa molar mínima é 208,3 g/mol. A massa molar da uréia é de 60 g/mol. (Suponha dissociação total do sal).

Resposta: ν=3

12) Calcule a força iônica de uma solução aquosa 0,1 M de ácido acético a 25 oC. Nessa temperatura, Kc do ácido é igual a 1,8x10-5. Compare o resultado com o que seria obtido se o ácido acético fosse eletrólito forte.

Resposta: I = 1,34x10-3

13) O coeficiente médio de atividade de uma solução 0,005 M de cloreto de zinco, medida por

via eletroquímica, acusou um valor de 0,789. Calcule o coeficiente médio de atividade do

cloreto de zinco pela lei limite de Debye-Hückel ( IZZ ⋅⋅⋅−= −+± 509,0logγ ) e, pelo

resultado encontrado, determine se essa solução ainda é aplicável ao eletrólito na concentração acima referida. Admita que o solvente é água e que a temperatura é 25 oC.

Resposta: 750,0=±γ Já há um pequeno desvio, pois a lei limite só é inteiramente válida para soluções extremamente diluídas.

14) O produto de solubilidade do AgCl é KPS = 1,71x10-10 a 25 oC em água. a) Qual é a atividade iônica média do AgCl em uma solução aquosa saturada? b) Admitindo que, por aproximação, a molalidade do AgCl numa solução saturada

possa ser confundida com a atividade iônica média, calcule a força iônica dessa solução.

c) Empregando o resultado do item anterior, calcule o valor aproximado do coeficiente

de atividade da prata, γAg+ na solução saturada, a 25 oC, empregando a lei limite de Debye-Hückel.

Resposta: 55 1031,11031,1 −−

± ×=×= Ia 996,0=+Agγ

15) A constante termodinâmica de ionização do ácido α-cloropropiônico, a 25 oC é 1,47x10-3.

Calcule o grau de dissociação desse ácido (α) em uma solução aquosa 0,01 m, nessa temperatura. Use a lei limite de Debye-Hückel para estimar os coeficientes de atividade fazendo duas aproximações (método iterativo simples).

Sugestão: a) Encontre uma expressão relacionando α, Ke, e γ1, como:

22

3

2

2

10

1047,1

01,01±

−

−

± ⋅

×=

⋅=

− γγα

α K

b) Faça a 1a aproximação, tomando I = 0 (admitindo α muito pequeno), resultando 1=±γ . Calcule α (aproximado).

c) Na 2a aproximação, calcule I a partir de α aproximado, determinando a seguir, ±γ e,

por fim, uma valor mais exato de α. Resposta: I = 3,17x10-3 (na segunda aproximação); α = 0,334