Calcule o pH das soluções 0,1 mol / L e indique a posição de cada solução na escala de pH. Todos as substâncias são monopróticas. Mostre a reação de cada substância com a água e indique os pares ácido-base conjugados.
a - Ácido lático, CH3 CH(OH) COOH, Ka=1,4 times 10^-4
b - Ácido benzóico, C6 H5 COOH, Ka=6,5 times 10^-5.
c - Anilina, C6 H5 NH2, Kb=4,3 times 10^-10.
d - Hidrazina, N2 H4, Kb=8,9 times 10^-7.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício que envolve cálculo de pH para soluções de ácidos e bases monoprotônicas. A gente vai precisar entender como esses compostos reagem com a água, usar as constantes de dissociação ácida ( Ka) e básica ( Kb), além de aplicar as fórmulas do pH. Vamos calcular o pH das soluções de ácido lático, ácido benzóico, anilina e hidrazina, todas com concentração de 0,1 mol / L.

Passo 2

a - Ácido Lático ( CH3CH(OH)COOH, Ka = 1,4 times 10^-4)
Primeiro, vamos ver como o ácido lático reage com a água:
CH3CH(OH)COOH + H2O rightarrow CH3CH(OH)COO^- + H3O^+
Aqui, o ácido lático doa um próton ( H^+) para a água, formando seu conjugado base ( CH3CH(OH)COO^-) e íons hidronium ( H3O^+). Esses são os pares ácido-base conjugados.
Agora, vamos calcular o pH. Para ácidos fracos, usamos a fórmula:
Ka = [H3O^+][base conjugada][ácido] á
Assumindo que x é a concentração de H3O^+:
1,4 times 10^-4 = x^20,1 - x approx x^20,1
Resolvendo para x:
x^2 = 1,4 times 10^-4 times 0,1 = 1,4 times 10^-5
x = raiz1,4 times 10^-5 approx 3,74 times 10^-3 , mol/L
Então, o pH é:
pH = -log(3,74 times 10^-3) approx 2,43

Passo 3

b - Ácido Benzóico ( C6H5COOH, Ka = 6,5 times 10^-5)
Vamos ver a reação do ácido benzóico com a água:
C6H5COOH + H2O rightarrow C6H5COO^- + H3O^+
O ácido donate um próton para a água, formando o ânion benzoato ( C6H5COO^-) e íons hidronium. Esses são os pares conjugados.
Agora, calculando o pH:
Ka = [H3O^+][C6H5COO^-][C6H5COOH]
Assumindo x como [H3O^+]:
6,5 times 10^-5 = x^20,1 - x approx x^20,1
x^2 = 6,5 times 10^-5 times 0,1 = 6,5 times 10^-6
x = raiz6,5 times 10^-6 approx 2,55 times 10^-3 , mol/L
Então, o pH é:
pH = -log(2,55 times 10^-3) approx 2,59

Passo 4

c - Anilina ( C6H5NH2, Kb = 4,3 times 10^-10)
Primeiro, a reação da anilina com a água:
C6H5NH2 + H2O rightarrow C6H5NH3^+ + OH^-
A anilina aceita um próton da água, formando o íon anilínio ( C6H5NH3^+) e íons hidroxila ( OH^-). Esses são os pares conjugados.
Vamos calcular o pH usando Kb:
Kb = [C6H5NH3^+][OH^-][C6H5NH2]
Assumindo x como [OH^-]:
4,3 times 10^-10 = x^20,1 - x approx x^20,1
x^2 = 4,3 times 10^-10 times 0,1 = 4,3 times 10^-11
x = raiz4,3 times 10^-11 approx 6,56 times 10^-6 , mol/L
Calculamos pOH:
pOH = -log(6,56 times 10^-6) approx 5,18
E o pH:
pH = 14 - 5,18 = 8,82

Passo 5

d - Hidrazina ( N2H4, Kb = 8,9 times 10^-7)
Vamos observar a reação da hidrazina com a água:
N2H4 + H2O rightarrow N2H5^+ + OH^-
A hidrazina aceita um próton da água, formando o íon hidrazônio ( N2H5^+) e íons hidroxila. Esses são os pares conjugados.
Calculando o pH com Kb:
Kb = [N2H5^+][OH^-][N2H4]
Assumindo x como [OH^-]:
8,9 times 10^-7 = x^20,1 - x approx x^20,1
x^2 = 8,9 times 10^-7 times 0,1 = 8,9 times 10^-8
x = raiz8,9 times 10^-8 approx 9,43 times 10^-4 , mol/L
Calculamos pOH:
pOH = -log(9,43 times 10^-4) approx 3,02
E o pH:
pH = 14 - 3,02 = 10,98

Resposta

a) pH ≈ 2,43
b) pH ≈ 2,59
c) pH ≈ 8,82
d) pH ≈ 10,98

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