Um aluno preparou uma solução aquosa de ácido butanoico na concentração de 0,200 . Calcule o pH desta solução. Use . Uma alíquota de desta solução foi titulada com . Qual o pH no ponto de equivalência? Calcule o pH após a adição de (a) 10,00 mL , (b) , © , (d) e (e) de NaOH . Esboce a curva de titulação.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício de química onde um aluno preparou uma solução de ácido butanoico com concentração de 0,200 mol/L. Primeiro, vamos calcular o pH dessa solução. Depois, vai rolar uma titulação dessa solução com NaOH 0,100 mol/L, e a gente precisa descobrir o pH em vários pontos dessa titulação, inclusive no ponto de equivalência e em adições específicas de NaOH. Para resolver tudo isso, vamos usar conceitos de equilíbrio químico, constantes de dissociação ácida ( ) e as fórmulas relacionadas ao pH e titulação de ácidos fracos com bases fortes.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular o pH da solução de ácido butanoico. O ácido butanoico é um ácido fraco, e sua ionização na água pode ser representada pela seguinte equação:
Sabemos a concentração inicial do ácido ( ) e a constante de dissociação ácida ( ). Podemos usar a expressão de para encontrar a concentração de íons :
Assumindo que é a concentração de ionizada, temos:
Isso porque é muito pequeno comparado com 0,200 mol/L, então .
Resolvendo para :
Agora, o pH é dado por:

Passo 3

Agora, vamos para a titulação. Temos uma alíquota de 25,00 mL da solução de ácido butanoico que será titulada com NaOH 0,100 mol/L. O ponto de equivalência ocorre quando a quantidade de NaOH adicionada neutraliza completamente o ácido. Primeiro, vamos calcular o número de mols de ácido na alíquota:
á
No ponto de equivalência, a quantidade de NaOH adicionada será igual a isso:
á
Como a concentração de NaOH é 0,100 mol/L, o volume necessário é:
Então, o ponto de equivalência ocorre com a adição de 50,00 mL de NaOH.

Passo 4

No ponto de equivalência, todo o ácido foi neutralizado e temos apenas o sal correspondente na solução, que é o butanoato de sódio ( ). Esse sal se hidrólise na água:
Podemos calcular a concentração de íons utilizando a constante de hidrólise ( ) que está relacionada com :
A concentração do sal é:
Usando a expressão de :
Agora, calculamos o pOH:
E o pH:

Passo 5

Vamos agora calcular o pH após a adição de diferentes volumes de NaOH. Vamos considerar cada caso:

(a) Após a adição de 10,00 mL de NaOH

Primeiro, calculamos os mols de NaOH adicionados:
Esses mols de NaOH reagem com o ácido butanoico:
Então, após a reação:
á
O volume total é .
As concentrações:
Usamos a equação de Henderson-Hasselbalch para ácidos fracos:
á

Passo 6

(b) Após a adição de 25,00 mL de NaOH

Mols de NaOH adicionados:
Reação:
á
Volume total: .
Concentrações:
Aplicando Henderson-Hasselbalch:

Passo 7

© Após a adição de 49,99 mL de NaOH

Mols de NaOH adicionados:
Quase no ponto de equivalência. Vamos calcular o excesso de NaOH:
Na verdade, estamos muito próximos ao ponto de equivalência, mas para precisão, se considerarmos 49,99 mL:
Então:
á
Volume total: .
Concentrações:
Aplicando Henderson-Hasselbalch:

Passo 8

(d) Após a adição de 50,00 mL de NaOH

Esse é o ponto de equivalência que já calculamos anteriormente. O pH neste ponto é:

Passo 9

(e) Após a adição de 50,01 mL de NaOH

Mols de NaOH adicionados:
Excesso de NaOH:
Volume total: .
Concentração de :
Calculando o pOH:
E o pH:

Resposta

a) pH ≈ 4,28
b) pH ≈ 4,82
c) pH ≈ 9,70
d) pH ≈ 9,32
e) pH ≈ 9,12

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Uma alíquota de de uma solução de foi titulada com . Qual é o pH inicial? Qual é o pH no ponto de equivalência? Qual é o volume esperado para alcançar o ponto de equivalência? Esboce a curva de titulação.
Considere uma solução aquosa de , preparada na concentração de . Calcule o pH desta solução, sendo . Um alíquota de desta solução foi titulada com . Qual o pH no ponto de equivalência? Calcule o pH após a adição de (a) , (b) , © , (d) e (e) de HCl. Esboce a curva de titulação.