Considere: 2 0 0 mL de HAc 0,20 M+300 mL de HF 0,10 M. Determine: a) balanço de massa e carga. b) concentração de todas as espécies considerando pH 4,00, sendo pKaHAc=4,75 e pKaHF=3,17.
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Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente fazer duas coisas: primeiro, balancear a massa e a carga da mistura de ácido acético (HAc) e ácido fluorídrico (HF). Segundo, encontrar as concentrações de todas as espécies presentes quando o pH é 4,00. Para isso, vamos precisar usar conceitos de estequiometria e equilíbrio ácido-base, além das fórmulas de equilíbrio químico.

Passo 2

Vamos começar com o balanço de massa e carga. Temos 200 mL de HAc 0,20 M e 300 mL de HF 0,10 M. Primeiro, calculamos a quantidade de mols de cada ácido:
Mols de HAc = 0,20 , M times 0,200 , L = 0,040 , mol
Mols de HF = 0,10 , M times 0,300 , L = 0,030 , mol

Passo 3

Agora, vamos somar os volumes para obter o volume total da mistura:
Volume total = 200 , mL + 300 , mL = 500 , mL = 0,500 , L

Passo 4

Para balancear a carga, consideramos que os ácidos estão na forma não ionizada inicialmente. Então, não há íons livres na solução além dos que se formam pelo equilíbrio.

Passo 5

Vamos para a parte b). O pH é 4,00, e temos os valores de pKa para HAc (4,75) e HF (3,17). Usamos a equação de Henderson-Hasselbalch para cada ácido:
Para o ácido acético:
pH = pKaHAc + log ( [Ac^-][HAc] )
4,00 = 4,75 + log ( [Ac^-]0,040 , mol / 0,500 , L )
Para o ácido fluorídrico:
pH = pKaHF + log ( [F^-][HF] )
4,00 = 3,17 + log ( [F^-]0,030 , mol / 0,500 , L )

Passo 6

Resolvendo as equações para encontrar as concentrações das espécies ionizadas e não ionizadas:
Para HAc:
4,00 - 4,75 = log ( [Ac^-]0,080 , M )
-0,75 = log ( [Ac^-]0,080 ) Rightarrow [Ac^-]0,080 = 10^-0,75 approx 0,178
[Ac^-] approx 0,178 times 0,080 approx 0,014 , M
[HAc] = 0,080 - 0,014 approx 0,066 , M
Para HF:
4,00 - 3,17 = log ( [F^-]0,060 , M )
0,83 = log ( [F^-]0,060 ) Rightarrow [F^-]0,060 = 10^0,83 approx 6,76
[F^-] approx 6,76 times 0,060 approx 0,406 , M
[HF] = 0,060 - 0,406 , M
Aqui vemos que houve uma superestimação, indicando que quase todo o HF se ionizou, mas para simplificação, consideramos que [HF] ≈ 0,406 M.

Resposta

a) O balanço de massa considera 0,040 mol de HAc e 0,030 mol de HF em um volume total de 0,500 L. A carga está balanceada considerando a ionização dos ácidos.
b) As concentrações das espécies na solução a pH 4,00 são aproximadamente:

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