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.

Passo 1

Vamos resolver um exercício de química envolvendo uma solução aquosa de amônia ( ) e sua titulação com ácido clorídrico ( ). O objetivo é calcular o pH da solução inicial, no ponto de equivalência e após a adição de diferentes volumes de . Para isso, vamos precisar entender conceitos de equilíbrio ácido-base, cálculo de pH de bases fracas e ácidos conjugados, além de procedimentos de titulação.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular o pH da solução inicial de . Sabemos que a é uma base fraca e se dissocia na água de acordo com a seguinte equação:
Usaremos a constante de dissociação básica ( ) dada, que é .

Passo 3

Vamos calcular a concentração de íons hidroxila ( ) na solução. A expressão para é:
Como a se dissocia em uma proporção 1:1, podemos simplificar:
Assumindo que é pequeno comparado a 0,100, podemos aproximar:
Resolvendo para :

Passo 4

Agora, calculamos o pH usando a concentração de :
Como , então:

Passo 5

Agora, vamos considerar a titulação da solução de com . A reação de neutralização é:
Primeiro, calculamos os moles de e :

Passo 6

Vamos analisar cada caso de adição de :

(a) Adição de de

Moles de adicionados:
Moles de restantes:
Moles de formados:
O sistema agora contém e , formando um par conjugado. Usamos a equação de Henderson-Hasselbalch:
á
Primeiro, calculamos de :
Agora, as concentrações:
Aplicando na equação:

Passo 7

(b) Adição de de

Moles de :
Moles de restantes:
Moles de :
Aplicando Henderson-Hasselbalch:

Passo 8

© Adição de de

Moles de :
Moles de restantes:
Moles de :
Como a adição está próxima do ponto de equivalência, teremos uma solução com principalmente . Podemos calcular o pH usando a hidrólise de :
A constante de hidrólise ( ) de é:
Configurando o equilíbrio:
Resolvendo para :

Passo 9

(d) Adição de de (Ponto de Equivalência)

Neste ponto, todo o foi neutralizado, formando :
Volume total da solução:
Concentração de :
Usando a hidrólise de :

Passo 10

(e) Adição de de

Moles de adicionados:
Moles de neutralizados:
Moles de em excesso:
Volume total da solução:
Concentração de excedente:
Calculando o pH:

Resposta

A sequência dos pH nos diferentes pontos da titulação é:
  • Solução inicial de :
  • Após a adição de 1,00 mL de :
  • Após a adição de 5,00 mL de :
  • Após a adição de 24,99 mL de :
  • No ponto de equivalência (25,00 mL de ):
  • Após a adição de 25,01 mL de :
A curva de titulação apresenta uma queda gradual de pH inicialmente, seguida de uma região de equivalência próxima ao pH 5, e posteriormente um aumento acentuado conforme o excesso de é adicionado.

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Uma alíquota de de uma solução de foi titulada com . Qual o pH inicial? Qual o pH no ponto de equivalência? Qual o volume esperado para alcançar o ponto de equivalência? Esboce a curva de titulação.
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