Considere a titulação de 20 mL de solução HCl 0,01 mol L^-1 com solução padrão de NaOH 0,02 mol L^-1. Calcule o pH da solução do titulado após a adição das seguintes quantidades de titulante: a) 0,0 mL; b) 5,0 mL; c) 10,0 mL e 15,0 mL

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para calcular o pH de uma solução de ácido clorídrico ( HCl) após adicionar diferentes volumes de hidróxido de sódio ( NaOH). Estamos lidando com uma titulação ácido-base, que é quando vamos adicionando uma base a um ácido para ver como o pH muda. Para resolver isso, vamos precisar usar as fórmulas de concentração e o cálculo do pH.

Passo 2

a) Adição de 0,0 mL de NaOH
Quando não adicionamos nada de NaOH, a solução é apenas de HCl. Sabemos que HCl é um ácido forte, ou seja, ele se dissocia completamente na água:
HCl H^+ + Cl^-
A concentração de H^+ é igual à concentração da HCl inicial.
[H^+] = 0,01 mol L^-1
Agora, para encontrar o pH, usamos a fórmula:
pH = -log[H^+]
Substituindo:
pH = -log(0,01) = 2

Passo 3

b) Adição de 5,0 mL de NaOH
Agora, adicionamos 5,0 mL de NaOH à solução de HCl. Primeiro, vamos encontrar a quantidade de NaOH adicionada em moles.
Mo<=s de NaOH = C times V = 0,02 mol L^-1 times 0,005 L = 0,0001 mol
A reação entre HCl e NaOH é:
HCl + NaOH NaCl + H2O
Portanto, 0,0001 mol de NaOH vai neutralizar 0,0001 mol de HCl.
Quantidade inicial de HCl:
Mo<=s de HCl = 0,01 mol L^-1 times 0,020 L = 0,0002 mol
Após a neutralização:
Mo<=s restantes de HCl = 0,0002 - 0,0001 = 0,0001 mol
Agora, o volume total da solução:
0,020 L + 0,005 L = 0,025 L
Concentração de H^+ restante:
[H^+] = 0,0001 mol0,025 L = 0,004 mol L^-1
Calculando o pH:
pH = -log(0,004) approx 2,40

Passo 4

c) Adição de 10,0 mL de NaOH
Adicionando 10,0 mL de NaOH:
Moles de NaOH adicionados:
0,02 mol L^-1 times 0,010 L = 0,0002 mol
Moles iniciais de HCl:
0,0002 mol
Após a neutralização completa:
0,0002 mol - 0,0002 mol = 0 mol
Neste ponto, temos equivalência, ou seja, todo o HCl foi neutralizado pelo NaOH. A solução resultante é uma solução neutra de água e sal ( NaCl).
O pH da água pura é:
pH = 7

Passo 5

d) Adição de 15,0 mL de NaOH
Agora, adicionando 15,0 mL de NaOH:
Moles de NaOH adicionados:
0,02 mol L^-1 times 0,015 L = 0,0003 mol
Moles de HCl inicialmente:
0,0002 mol
Como a quantidade de NaOH é maior que a de HCl, teremos excesso de NaOH:
Excesso de NaOH = 0,0003 - 0,0002 = 0,0001 mol
Volume total da solução:
0,020 L + 0,015 L = 0,035 L
Concentração de OH^-:
[OH^-] = 0,0001 mol0,035 L approx 0,002857 mol L^-1
Primeiro, calculamos o pOH:
pOH = -log[OH^-] = -log(0,002857) approx 2,54
Agora, lembrando que:
pH + pOH = 14
Então:
pH = 14 - 2,54 = 11,46

Resposta

Os valores de pH após a adição de NaOH são:
a) 0,0 mL: pH = 2,00
b) 5,0 mL: pH = 2,40
c) 10,0 mL: pH = 7,00
d) 15,0 mL: pH = 11,46

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