exercícios solução tampão

Bibliografia

ATKINS, Peter, JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna

e o meio ambiente. 1 ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 1042p.

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RUSSELL, John B. Química Geral. 2 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 969p (2

volumes).

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R964q

BACAN, Nivaldo. Introdução à semimicroanálise qualitativa. Campinas: Editora

Unicamp.

VOGEL, Arthur I. Química analítica qualitativa. 5 ed. São Paulo: Editora Mestre Jou,

1981.

543

V878q

Sexto roteiro de estudos Soluções Tampão

1. Conceitue a função ácido e a função base de acordo

com os conceitos de Arrhenius e de Brönsted-Lowry.

Para Arrhenius ácido é toda espécie química que se

ioniza em solução aquosa liberando íons H+ e base é

toda espécie aquosa que se dissocia em solução

aquosa liberando íons OH-.

Para Brönsted-Lowry, ácido é toda espécie química

que libera (doa) íons H+ (próton) em reação química e

base é toda espécie química que recebe os íons H+

liberado pelo ácido.

2. Escreva a equação da reação que ocorre quando se

dissolve cianeto de hidrogênio, hidróxido de amônio,

sulfeto de hidrogênio e cloreto de metilamônio em

água. Indique quais espécies químicas são ácidos de

Brönsted e quais são bases de Brönsted.

HCN + H2O H3O+ + CN-

ácido base ácido base

NH3 + H2O NH4+ + OH-

base ácido ácido base

H2S + H2O H3O+ + HS-

ácido base ácido base

CH3NH2 + H2O CH3NH3+ + OH-


3 “A diferença entre um ácido e uma base conjugada

é apenas um próton.” Escreva dois exemplos de

reações químicas que comprovem esta afirmação.

HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O


HSO4- + OH- SO4

-2 + H2O

ácido base base ácido

4. Em relação a um sistema tampão formado por

ácido cloroso/clorito de sódio, calcule o pH da

solução tampão cuja concentração de ácido cloroso

é igual a 0,0200 mol L-1 e a de clorito de sódio é

igual a 0,0100 mol L-1. (Ka = 1,0 x 10-2)

2,02,0)()log(1,0x10logkapka 2 =−−=−=−= −

1,70pH0,302,00pH

0,30)(2,00pHlog(0,50)2,00pH

0,02000,0100log2,00pH

[HClO][NaClO]logpkapH

fraco] [acidoconjugada] [base logpKapH

=

−=

−+=

+=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+=

+=

+=

5. Considerando o tampão básico amônia/íon

amônio NH3/NH4+, explique porque a adição de uma

pequena quantidade de ácido e/ou de base não

causa uma grande alteração do pH do sistema?

Considerando o tampão mencionado acima, qual

espécie atua como ácido e qual atua como base de

Brönsted? Justifique.

Os íons H+ adicionados reagem com o NH3

transformando-o em NH4+. Com isto os íons H+ são

removidos da solução e não influem no valor do pH.

Os íons OH- adicionados reagem com o NH4+

transformando-o em NH3 e H2O. Com isto os íons OH-

são removidos da solução e não influem no valor do

pH.

6. Considerando o tampão básico amônia/íon amônio

(NH4OH/NH4+), deduzir a expressão Henderson-

Hasselbalch que permite calcular o valor do pH do

sistema nas diferentes concentrações de ácido e base

adicionados ao tampão.

NH3 + H2O NH4+ + OH-

][NH][NHlogpkbpOH

][NH][NH logpKbpOH

][NH][NHloglogkb]log[OH

][NH][NHkb.log]log[OH

][NH][NHkb.][OH

][OH][NH][NHkb.

][NH]].[OH[NHkb

][reagentes[produtos]kb

3

4

4

3

4

3

4

3

4

3

4

3

3

-4

+

+

+−

+−

+−

−+

+

+=

==

−−=−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=−

=

=

=

=

pH = 14 – pOH

7. Calcule o valor do pH da solução tampão cuja

concentração de NH4Cl é 0,0400 mol L-1 e a de NH3 é

0,0300 mol L-1. (Kb = 1,75 x 10-5)

4,764,76)()0log(1,75x1logkbpkb 5 =−−=−=−= −

4,88pOH0,124,76pOH

0,12)(4,76pOHlog(1,333)4,76pOH

0,03000,0400log4,76pOH

][NHCl][NHlogpkapOH

fraca] [baseconjugada] [ácido logpKbpOH

3

4

=

+=

++=

+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

+=

+=

pH = 14 – pOH = 14 – 4,88 = 9,12

8. Qual dos sistemas tamponantes abaixo seria uma

boa escolha para preparar um tampão?

a) com pH = 5 ± 1

b) com pH = 10 ± 1

c) com pH = 7 ± 1

pKa pKb

CH3COOH/CH3COO- 4,75 NH4+/NH3 9,25

HNO2/NO2- 3,37 (CH3)3NH+/(CH3)3N 9,81

HClO2/ClO2- 2,00 H2PO4

-/HPO42- 7,21

A melhor escolha corresponde à solução tampão que

apresenta um valor de pka ou pkb cujo valor está

situado dentro do intervalo mencionado em cada um

dos itens, por exemplo para o item (a) pka deve

apresentar um valor situado entre 4,0 e 6,0,

portanto ácido acético/acetato

Resp: (a) CH3COOH/CH3COO-

(b) (CH3)3NH+/(CH3)3N

(c) H2PO4-/HPO42-

9. Calcular a razão das concentrações, em mol L-1,

de íons acetato e ácido acético necessária para

tamponar uma solução com pH 5,25. (pka do ácido

acético é 4,75)

3,16acético] [ácido

[acetato]acético] [ácido

[acetato]3,16

acético] [ácido[acetato]10

acético] [ácido[acetato]log0,50

acético] [ácido[acetato]log4,755,25


acético] [ácido[acetato]logpkapH


0,50

=

=

=

=

=−

+=

+=

+=

10. Em relação a um sistema tampão pede-se:

a) Qual a razão entre as concentrações do ácido

acético e do acetato de sódio necessária para

preparar um tampão cujo pH seja igual a 5,60? (dado

Ka CH3COOH = 1,75 x 10-5)

0,141[acetato]

acetico] [ácidoacético] [ácido

[acetato]7,08

acético] [ácido[acetato]10

acético] [ácido[acetato]log0,85



acético] [ácido[acetato]logpkapH


0,85

=

=

=

=

=−

+=

+=

+=

b) Como é definida a eficiência de um tampão? O

tampão acima está dentro da faixa de eficiência?

Intervalo de variação de pH na qual o tampão

consegue remover os íons hidrônio e hidroxila da

solução. Esta faixa corresponde a uma unidade de pH

acima ou abaixo do valor de pKa (pKa±1,0). O pH de

5,60 está dentro da faixa de eficiência do tampão pois

está nesse intervalo de variação de pH

11. Um tampão foi preparado misturando-se 400 mL

de uma solução de NH3 0,600 mol L-1 e 600 mL de

uma solução de NH4Cl 0,300 mol L-1.

a) Calcule a concentração das espécies em solução

admitindo que o volume final é de 1000 mL;

b) Qual valor do pH deste tampão? (Kb = 1,75 x 10-5)

c) Qual será o valor do pH, após a adição de 0,0200

mols de íons H+?

a) Inicialmente é necessário realizar a diluição da

base e do ácido conjugado utilizando a expressão de

diluição Mi.Vi = Mf.Vf, na qual o volume final é 1000

mL para os dois casos. Realizando a diluição obtém se

para as duas espécies os valores:

[NH3] = 0,240 mol/L

[NH4Cl] = 0,180 mol/L

b)

4,764,76)()0log(1,75x1logkbpkb 5 =−−=−=−= −

4,64pOH0,124,76pOH

0,12)(4,76pOHlog(0,75)4,76pOH

0,2400,180log4,76pOH

][NHCl][NHlogpkapOH


3

4

=

−=

−+=

+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

+=

+=

pH = 14 – pOH = 14 – 4,64 = 9,36

c) mol/L 4,36x101010][H 109,36pH −−−+ ===

12. Calcule a concentração de íons H+ e o pH de

uma solução preparada com volumes iguais de ácido

acéti-co 0,200 mol L-1 e acetato de sódio 0,150 mol

L-1. (ka do ácido acético: 1,75 x 10-5)

4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= −

4,64pH0,124,76pH

0,12)(4,76pHlog(0,75)4,76pH

[0,200][0,150]log4,76pH

acético] [ácidosódio] de [acetatologpkapH


=

−=

−+=

+=

+=

+=

+=

mol/L 2,29x101010][H 54,64pH −−−+ ===

13. Calcule o pH de uma solução tampão preparada

a partir de CH3NH2(aq) 0,300 mol L-1 e CH3NH3Cl(aq)

0,146 mol L-1 (kb do CH3NH2 é 3,6 x 10-4)

3,44)()log(3,6x10logkbpkb 4 =−−=−=−= − 44,3

3,13pOH0,313,44pOH(-0,31)3,44pOHlog(0,487)3,44pOH

0,3000,146log3,44pOH

]NH[CHCl]NH[CHlogpkbpOH


23

33

=

−=

+=

+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

+=

+=

pH = 14 – pOH = 14 – 3,13 = 10,87

14.

(a) Qual o valor do pH após a adição de 0,0500 mol

de H+ a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato

na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH)

e íon acetato (H3CCOO⎯) são iguais a 1,00 mol L-1 (Ka

para ácido acético é 1,8x10-5)?

(b) Qual o valor do pH após a adição de 0,0100 mol

de OH⎯ a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato

na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH)

e íon acetato (H3CCOO⎯) são iguais a 1,00 mol L-1 (Ka

para ácido acético é 1,8x10-5)?

(c) Após a adição de ácido (item a) ou de base (item

b) o tampão ainda permanece na região tamponan-

te? Justifique.

a)

Ácido acético acetato 1,00 1,00 + 0,10 - 0,10 1,10 0,90

4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= −

4,67pH0,09-4,76pH

0,09)(4,76pHlog(0,82)4,76pH

[1,10][0,90]log4,76pH



=

=

−+=

+=

+=

+=

+=

b)

Ácido acético acetato 1,00 1,00 - 0,02 + 0,02 0,98 1,02

4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= −

4,78pH0,024,76pH

0,02)(4,76pHlog(1,04)4,76pH

[0,98][1,02]log4,76pH



=

+=

++=

+=

+=

+=

+=

c) esta na região tamponante porque as variações

de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.

15. Calcule a relação [H2PO4⎯]/[HPO42

⎯] no sangue

cujo valor do pH é 7,4. (pka NaH2PO4 = 7,2)

0,631][HPO]PO[H

]PO[H][HPO1,58

]PO[H][HPO10

]PO[H][HPOlog0,2

]PO[H][HPOlog7,2-7,4

]PO[H][HPOlog7,27,4

]PO[H][HPOlogpkapH


2-4

-42

-42

-24

-42

-240,2

-42

-24

-42

-24

-42

-24

-42

-24

=

=

=

=

=

+=

+=

+=

16. Qual seria a concentração final de H3O+ se 0,100

mol de NaHSO4 (Ka = 1,0 x 10-2) e 0,150 mol de

Na2SO4 fossem dissolvidos em 1 litro de H2O?

2,002,00)()log(1,0x10logkapka 2 =−−=−=−= −

2,18pH0,18)(2,00pH

log(1,50)2,00pH0,1000,150 log2,00pH

][NaHSO]SO[Na logpKapH4

42

=

++=

+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

+=

mol/L 6,61x101010][H 34,64pH −−−+ ===

17. Compare o efeito no pH da adição de 0,200 mol L-

1 de H+ e adição de 0,200 mol L-1 de OH⎯ a 1,00 litro

de:

a) água pura;

b) tampão ácido fórmico-formiato na qual as

concentrações de ácido fórmico (HCOOH) e íon

formiato (HCOO⎯) são iguais a 1,50 mol L-1 (Ka para

ácido fórmico é 1,8 x 10-4)

a) em água pura:

pH = - log [H+] = - log (0,2) – 0,70

pOH = - log [OH-] = - log (0,2) – 0,70

pH = 13,30

b) adição de ácido:

Ácido fórmico formiato 1,50 1,50 + 0,20 - 0,20 1,70 1,30

3,743,74)()0log(1,80x1logkapka 4 =−−=−=−= −

3,62pH0,12-3,74pH

0,12)(3,74pHlog(0,76)3,74pH

[1,70][1,30]log3,74pH

fórmico] [ácido[formiato]logpkapH


=

=

−+=

+=

+=

+=

+=

Adição de base

Ácido fórmico formiato

1,50 1,50 - 0,20 + 0,20 1,30 1,70

3,86pH0,123,74pH

0,12)(3,74pHlog(1,31)3,74pH

[1,30][1,70]log3,74pH

fórmico] [ácido[formiato]logpkapH


=

+=

++=

+=

+=

+=

+=

18. Um volume de 1000 mL de uma solução tampão

formada por CH3COOH 0,150 mol L-1 e CH3COONa

0,250 mol L-1:

a) Qual é o pH da solução tampão?

b) Qual é o pH da solução resultante após a adição

de 30 x 10-2 mols de NaOH na solução tampão?

c) Qual é o pH da solução resultante após a adição

de 60 x 10-2 mols de HNO3 à solução tampão inicial?

Considere que não houve variação de volume.

Resp. (a) pH = 4,98;

(b) pH = 5,10;

(c) pH = 4,78

a)

Ácido acético acetato 1,00 1,00 + 0,10 - 0,10 1,10 0,90

4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= −

4,67pH0,09-4,76pH

0,09)(4,76pHlog(0,82)4,76pH

[1,10][0,90]log4,76pH



=

=

−+=

+=

+=

+=

+=

b)

Ácido acético acetato 1,00 1,00 - 0,02 + 0,02 0,98 1,02

4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= −

4,78pH0,024,76pH

0,02)(4,76pHlog(1,04)4,76pH

[0,98][1,02]log4,76pH



=

+=

++=

+=

+=

+=

+=

c) esta na região tamponante porque as variações

de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.

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