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:
No ponto de equivalência, a quantidade de NaOH adicionada será igual a isso:
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:
O volume total é
.
As concentrações:
Usamos a equação de Henderson-Hasselbalch para ácidos fracos:
Passo 6
(b) Após a adição de 25,00 mL de NaOH
Mols de NaOH adicionados:
Reação:
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:
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
Exercícios relacionados
Calcule o pH das seguintes soluções:
de hidróxido de sódio.
Calcule o pH das seguintes soluções:
de hidróxido de potássio.
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.