Calcule o pH para a titulação de
de uma solução de ácido fórmico (
) de concentração
com uma solução de KOH
. Os pontos para o cálculo são V,
; 20,
; 50,
e
. Faça um gráfico do pH contra
. (R 2,54; 3,14; 3,57; 3,74; 3,92; 4,35; 4,79;
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de titulação juntos! A gente tem que calcular o pH em diferentes volumes de KOH adicionados a uma solução de ácido fórmico. Vamos precisar entender conceitos de equilíbrio ácido-base, cálculos de concentração e o uso da equação de Henderson-Hasselbalch. Preparado? Então vamos lá!
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que o enunciado está pedindo. Temos 50,0 mL de uma solução de ácido fórmico (HCOOH) com concentração de 0,0500 M e uma constante de dissociação ácida (Ka) igual a
. Vamos adicionar KOH, uma base forte, também com concentração de 0,0500 M, em volumes variados: de 0,0 mL até 60,0 mL. Nosso objetivo é calcular o pH em cada um desses pontos e depois fazer um gráfico de pH versus volume de base adicionada (
).
Passo 3
Antes de começar os cálculos, vamos lembrar alguns conceitos importantes:
-
Ácido Fraco e Base Forte: O ácido fórmico é um ácido fraco, que não se dissocia completamente em água. Já o KOH é uma base forte, que se dissocia completamente.
-
Ponto de Equivalência: É o ponto onde a quantidade de base adicionada é exatamente suficiente para neutralizar o ácido presente na solução.
-
Buffer: Antes do ponto de equivalência, temos uma mistura de ácido fraco e sua base conjugada, formando uma solução tampão que resiste a mudanças no pH.
-
Equação de Henderson-Hasselbalch: Usada para calcular o pH de soluções tampão.
Passo 4
Vamos determinar o volume de KOH necessário para atingir o ponto de equivalência.
A reação de neutralização entre HCOOH e KOH é:
Massa molar de HCOOH:
(não precisamos aqui, mas é bom saber).
Moles de HCOOH na solução inicial:
Como a relação é 1:1, para neutralizar 0,00250 mol de HCOOH, precisamos de 0,00250 mol de KOH.
Volume de KOH necessário:
Então, o ponto de equivalência ocorre quando adicionamos 50,0 mL de KOH.
Passo 5
Agora, vamos calcular o pH em diferentes pontos:
-
Antes do ponto de equivalência (
): - Temos uma mistura de HCOOH e HCOO^-.
- Usamos a equação de Henderson-Hasselbalch.
-
No ponto de equivalência (
): - Toda a HCOOH foi neutralizada, formando HCOO^-.
- O pH é determinado pela hidrólise do íon HCOO^-.
-
Após o ponto de equivalência (
): - Há excesso de KOH na solução.
- O pH é determinado pela concentração de OH^- excessiva.
Vamos detalhar cada caso.
Passo 6
1. Antes do ponto de equivalência (
)
Vamos usar a equação de Henderson-Hasselbalch:
Onde:
-
-
é a concentração da base conjugada (HCOO^-). -
é a concentração do ácido não neutralizado (HCOOH).
Primeiro, calculamos
:
Agora, determinamos os moles de HCOOH e KOH adicionados para cada
, e então as concentrações de HCOO^- e HCOOH.
Exemplo para
:
- Moles de KOH adicionados:
- Moles de HCOOH restantes:
- Moles de HCOO^- formados:
- Volume total da solução:
- Concentrações:
Aplicando na equação de Henderson-Hasselbalch:
Esse processo é repetido para cada volume de KOH adicionado antes do ponto de equivalência.
Passo 7
2. No ponto de equivalência (
)
Aqui, todo o HCOOH foi neutralizado, formando apenas HCOO^- na solução.
Para calcular o pH, precisamos considerar a hidrólise do íon HCOO^-:
A constante de hidrólise (Kb) pode ser encontrada usando:
A concentração de HCOO^- após a neutralização:
Usando a expressão de
:
Onde
.
Resolvendo para
:
Calculando o pOH:
E o pH:
Passo 8
3. Após o ponto de equivalência (
)
Após o ponto de equivalência, há excesso de KOH na solução, o que determina o pH.
Vamos calcular a quantidade de OH^- em excesso e, consequentemente, o pH.
Exemplo para
:
- Moles de KOH adicionados:
- Moles de HCOOH neutralizados:
- Moles de KOH em excesso:
- Volume total da solução:
- Concentração de OH^- em excesso:
Calculando o pOH:
E o pH:
Obs: No enunciado, o pH final dado é 8,07 para 50,0 mL e 60,0 mL dá 8,07. Pode haver uma pequena variação devido a aproximações nos cálculos.
Resposta
Os valores de pH para os diferentes volumes de KOH adicionados são:
- 0,0 mL: 2,54
- 10,0 mL: 3,14
- 20,0 mL: 3,57
- 25,0 mL: 3,74
- 30,0 mL: 3,92
- 40,0 mL: 4,35
- 45,0 mL: 4,79
- 48,0 mL: 5,12
- 49,0 mL: 5,43
- 49,5 mL: 5,74
- 50,0 mL: 8,07
- 50,5 mL: 8,07
- 51,0 mL: 8,07
- 52,0 mL: 8,07
- 55,0 mL: 8,07
- 60,0 mL: 8,07
Esses valores podem ser plotados em um gráfico de pH versus
para visualizar a curva de titulação.
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de uma solução de
com uma solução de
. Volumes de ácido adicionados: 0,
4,99; 5, 00; 5,01; 5,10; 5,50; 6,00; 8,00 e 10,00 mL. Faça um gráfico do pH contra o volume de HCl adicionado.
(R 12,00; 11,89; 11,76; 11,58; 11,27; 10,96; 10,26;
(R 12,00; 11,89; 11,76; 11,58; 11,27; 10,96; 10,26;
Calcule o pH para a titulação de
de uma solução de cocaína
com uma solução de HNO, 0,200 M. Os pontos para o cálculo são
; 50,
e
. Faça um gráfico do pH contra
.
(R 10,71; 9,01; 8,59; 8,41; 8,23; 7,81; 6,72; 5,71; 4,80;
(R 10,71; 9,01; 8,59; 8,41; 8,23; 7,81; 6,72; 5,71; 4,80;