PAGQuímica 2011/1 Exercícios de Equilíbrio Ácido-Base Parte III

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1 PAGQuímica 2011/1 Exercícios de Equilíbrio Ácido-Base Parte III Kw = [H + ][OH - ] = 1,0x10-14 (a 25 o C) Sólido Fórmula Kps Carbonato de Bário BaCO 3 4,9x10-9 Carbonato de Cádmio CdCO 3 2,5 x Carbonato de Magnésio MgCO 3 1,0 x 10-5 Ácido Fórmula K s Acético CH 3 COOH (HOAc) 1,75x10-5 Arsênico H 3 AsO 4 6,0x10-3 /1,05x10-7 /3,0x10-12 Benzóico C 6 H 5 COOH (HBz) 6,14x10-5 Bórico H 3 BO 3 5,83x10-10 Carbônico H 2 CO 3 4,6x10-7 /4,79x10-11 Cianídrico HCN 2,1x10-9 Cítrico HOOC-(OH)-COOHCH 2 COOH 7,4x10-4 /1,7x10-5 /3,98x10-7 (H 3 Cit) Fluorídrico HF 7,2x10-4 Fórmico HCOOH 1,7x10-4 Fosfórico H 3 PO 4 6,9x10-3 /6,2x10-8 /4,8x10-13 Fosforoso H 3 PO 3 1,00x10-2 /2,57x10-7 o-ftálico C 6 H 4 (COOH) 2 (H 2 Ph) 1,12x10-3 /3,91x10-6 Hipocloroso HOCl 3,0x10-8 Oxálico H 2 C 2 O 4 (H 2 ox) 5,6x10-2 /5,1x10-5 Maleico cis-hooc-ch=ch-cooh (H 2 M) 1,20x10-2 /5,96x10-7 Succínico COOH(CH 2 ) 2 COOH (H 2 Suc) 6,31x10-5 /2,51x10-6 Sulfídrico H 2 S 5,8x10-7 /1,2x10-15 Sulfuroso H 2 SO 3 1,72x10-2 /6,43x10-8 Tartárico H 2 C 4 H 4 O 6 HOOC(CHOH) 2 COOH 1,0x10-3 /4,6x10-5 (H 2 T) Base Fórmula K s Amônia NH 3 1,76x10-5 Etilenodiamina H 2 NC 2 H 4 NH 2 (en) 8,5x10-5 /7,1x10-8 Hidroxilamina NH 2 OH 9,1x10-9 Piridina C 5 H 5 N 1,7x10-9 Uréia (NH 2 ) 2 CO 1,26x Explique: a) qual é a faixa de ph de utilização para uma solução tampão que utilizar HCN e NaCN como par ácido-sal? b) como se seleciona um tampão apropriado para um dado ph. c) o que é um indicador? Qual o princípio do seu funcionamento? d) se desejar-se preparar uma solução de ph = 6,24 com o maior poder tamponante possível, qual das seguintes soluções será a mais adequada para

2 este fim: i) NH 4 OH e NH 4 Cl 0,2 mol/l; ii) ácido acético e acetato de sódio 0,1 mol/l; iii) H 2 S e NaHS 0,02 mol/l; iv) H 2 S e KHS 0,08 mol/l? e) como proceder para preparar uma solução tampão de ph = 10 tendo em estoque no laboratório apenas NaHCO 3, além de alguns reagentes mais comuns. 2. Preparou-se uma solução 0,25 mol/l de carbonato de sódio (Na 2 CO 3 ) em água. a) qual o ph da solução? Ignore uma eventual segunda hidrólise do ânion. b) qual ou quais dos respectivos carbonatos podem ser precipitados pela adição de 5 x 10-6 mol dos cátions correspondentes a 1 L dessa solução: Ba 2+, Cd 2+ e Mg 2+? c) se o ph for ajustado para 5, qual ou quais dos carbonatos anteriores devem precipitar? d) voltando à solução de partida, descreva duas maneiras de se preparar soluções tampão a partir dela e de quaisquer outros reagentes à sua escolha. e*) sabendo a expressão de α 2 para um ácido diprótico, proponha uma expressão para α 4 para um ácido tetraprótico como por exemplo o EDTA. 3. Sabendo as constantes de dissociação dos ácidos oxálico (H 2 C 2 O 4 ), fosfórico (H 3 PO 4 ) e fórmico (HCOOH), determine: a) qual o melhor par conjugado para se obter um tampão de ph = 2,88? b) como se preparam 50 ml deste tampão, dispondo-se de soluções 0,10 mol/l de cada membro do par conjugado? 4. Qual o ph resultante das seguintes soluções aquosas (apresente os equilíbrios envolvidos e indique os cálculos realizados): a) HOCl 0,5 mol/l+ NaOCl 0,2 mol/l b) KHCO 3 + K 2 CO 3 (1 mol/l cada) c) NaH 2 Cit 0,5 mol/l+na 2 HCit 0,2 mol/l (onde H 2 Cit - e HCit 2- são ânions derivados do ácido cítrico) d) biftalato de potásio + ftalato de potássio (0,11 mol/l cada) e) ácido cítrico 0,12 mol/l + seu sal monossódico 0,21 mol/l 5. A seguir são apresentadas duas afirmações. Classifique-as como verdadeiras ou falsas. No caso de afirmações falsas, reescreva-as, corrigindo o que for necessário. a) para se preparar um tampão bissulfeto/sulfeto não é necessário que se tenha no laboratório ambos os sais. b) um ácido fraco e seu sal sempre constituirão uma solução tampão de ph ácido. 6. O hidróxido de zinco (Zn(OH) 2 ) é um composto pouco solúvel. A adição de NaOH a uma solução de Zn 2+ leva a formação de um precipitado, mas a adição de excesso de NaOH redissolve o precipitado, levando à formação de Zn(OH) Este íon complexo tem uma constante de formação tão elevada (2,8 x ), que qualquer ph ligeiramente superior a 7 leva à dissolução do precipitado. Explique a melhor maneira de preparar uma solução de ph = 7, na qual virtualmente todo o

3 vá precipitar na forma de hidróxido, utilizando os dados constantes no formulário (HCN, HF, H 2 S, H 2 SO 3, H 2 CO 3, uréia) e explicitando qual deve ser a relação entre as concentrações das espécies presentes. Zn Deseja-se tamponar um determinado meio no ph = 6,5 a) consultando a tabela de constantes de ionização (H 3 AsO 4, H 2 CO 3, ácido maleico, H 2 S), sugira um par tamponante para este meio, justificando sua resposta. b) calcule a massa do sal sódico que deve ser adicionada a 200 ml de solução de ácido 0,500 mol/l para produzir o tampão sugerido em a. c) quais são o ph e a variação de ph resultante da adição de 80 mg de NaOH à solução tampão inicial? Compare com a variação de ph resultante da adição do NaOH em 1 L de água pura. 8. Deseja-se tamponar um determinado meio no ph = 6,4 a) consultando a tabela de constantes de ionização, sugira um par tamponante para este meio a partir do H 3 PO 3 e seus sais, justificando sua resposta. b) calcule a massa do sal sódico que deve ser adicionada a 1000 ml de solução de ácido 0,500 mol/l para produzir o tampão sugerido em a). c) quais são o ph e a variação de ph resultante da adição de 80 mg de NaOH à solução tampão inicial? Compare com a variação de ph resultante da adição do NaOH em 1000 ml de água pura. 9. Foram preparados 100 ml de solução tampão hidrogenocitrato de sódio (Na 2 HCit, genericamente) 0,20 mol/l e citrato de sódio (Na 3 Cit, genericamente) 0,15 mol/l. a) qual é o ph dessa solução tampão? b) quais são o ph e a variação de ph resultante da adição de 10 ml de HCl 0,1 mol/l à solução tampão inicial? Compare com a variação de ph resultante da adição do HCl em 100mL de água pura. c) quais são o ph e a variação de ph resultante da adição de 10 ml de KOH 0,1 mol/l à solução tampão inicial? Compare com a variação de ph resultante da adição do KOH em 100 ml de água pura. 10. Deseja-se preparar uma solução tampão de ph = 7, a partir de ácido hipocloroso (HClO) e seu sal sódico. a) qual a massa de sal que deve ser misturada a 400 ml de ácido 1 mol/l para produzir este tampão? b) qual a variação de ph decorrente da adição de 100 ml de solução 0,5 mol/l de HCl a 400 ml do tampão? Compare com a variação de ph resultante da adição do HCl em 400 ml de água pura. c) qual a variação de ph decorrente da adição de 100 ml de solução 0,2 mol/l de NaOH a 400 ml do tampão? Compare com a variação de ph resultante da adição do NaOH em 400 ml de água pura. 11. Precisa-se tamponar um meio reacional a um ph = 4,75.

4 a) dentre os seguintes pares (ácido ou base + seu(s) sal(is)), escolha o mais adequado para preparar tal tampão: ácido arsênico, piridina, ácido cianídrico, ácido fosfórico, amônia, ácido fluorídrico e ácido fórmico. b) qual a relação entre as espécies que compõem este tampão, para se obter o ph desejado? c) se for necessário que esse tampão resista à adição de 10 ml de solução de HNO 3 0,10 mol/l sem que o ph caia a menos de 4,70, qual deve ser a concentração mínima de cada espécie? d) se for necessário que esse tampão resista à adição de 10 ml de solução de KOH 0,10 mol/l sem que o ph se eleve a mais de 4,80, qual deve ser a concentração mínima de cada espécie? 12. Uma reação deve ocorrer em um meio tamponado de ph 5,50. Para obter a solução tampão desejada, você tem a sua disposição as seguintes soluções: ácido succínico 1,0 mol/l, HCl 3,0 mol/l e NaOH 3,0 mol/l. a) quais soluções você utilizaria? b) qual a relação entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão para que seja obtido o ph desejado? c) que volume de solução de HCl ou NaOH (a que você escolheu no item a) deve ser adicionado a 1,0 L de ácido succínico para obter o ph 5,50? d) calcule o valor do ph final da solução tampão se a ela forem adicionados 10 milimols de KOH sólido. 13. Precisa-se tamponar um meio reacional a um ph = 4,20. a) dentre os seguintes pares (ácido + seu sal ou base + seu sal), escolha o mais adequado para preparar tal tampão: ácido bórico, hidroxilamina, ácido benzóico, ácido fosfórico, amônia e ácido fluorídrico. b) qual a relação entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão, para se obter o ph desejado? c) se for necessário que 1 litro desse tampão resista à adição de 10 milimols de HNO 3 sem que o ph caia a menos de 4,10, qual deve ser a concentração mínima de cada espécie? 14. Precisa-se tamponar um meio reacional a um ph = 4,00. a) consultando a tabela de constantes de ionização de ácidos e bases fracos, selecione o par conjugado (ácido fraco + seu sal ou base fraca + seu sal) mais adequado para preparar o melhor tampão com este ph, dentre as seguintes espécies: ácido acético, ácido bórico, ácido fluorídrico, ácido tartárico e etilenodiamina. b) qual deve ser a relação necessária entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão para se obter o ph desejado? c) qual deve ser a concentração mínima de cada espécie, se for necessário que 1 litro desse tampão resista à adição de 10 milimols de KOH sem que o ph se eleve a mais de 4,10? 15. Precisa-se tamponar um meio reacional a um ph = 9,00.

5 a) consultando a tabela de constantes de ionização de ácidos e bases fracos, selecione o par conjugado (ácido fraco + seu sal ou base fraca + seu sal) mais adequado para preparar o melhor tampão com este ph que resista a variações de temperatura, dentre as seguintes espécies: ácido bórico, ácido cianídrico, amônia. b) qual deve ser a relação necessária entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão para se obter o ph desejado? c) qual deve ser a concentração mínima de cada espécie, se for necessário que 1 litro desse tampão resista à adição de 10 milimols de HNO 3 sem que o ph caia a menos de 8,90? *: alfa-valores: assunto não abordado na QUI01004 em 2011/1 devido a restrições de cronograma.