Construa a curva de titulação (potencial/V vs volume titulante) de 25 mL 0,1 M de Ce^3+ / Ce^4+, usando Fe^2+ / Fe^3+ 0,1 M como titulante. Faça adições de 5; 10; 20; 24,9; 25; 25,1; 26 e 28 mL de Fe ^2+.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de titulação redox! A gente tem 25 mL de uma solução de Ce³⁺/Ce⁴⁺ com concentração de 0,1 M e vamos usar uma solução titulante de Fe²⁺/Fe³⁺ também 0,1 M. Nosso objetivo é construir a curva de titulação, que mostra a variação do potencial (V) em função do volume de titulante adicionado. Para isso, vamos precisar usar conceitos de química redox e a equação de Nernst para calcular os potenciais em cada ponto da titulação.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a reação que ocorre na titulação. Temos o Ce³⁺ sendo oxidado para Ce⁴⁺ e o Fe²⁺ sendo oxidado para Fe³⁺. A equação redox balanceada fica assim:
Ce^4+ + Fe^2+ <=ftharpoons Ce^3+ + Fe^3+
Essa reação mostra que uma mole de Ce⁴⁺ reage com uma mole de Fe²⁺.

Passo 3

Agora, vamos calcular quantos mols de Ce³⁺ e Fe²⁺ temos inicialmente e em cada adição de titulante. O número de mols é dado por:
mols = concentração times volume çã
Para o Ce³⁺:
0,1 , M times 0,025 , L = 0,0025 , mols
Para o Fe²⁺, a concentração é a mesma, e o volume vai variar conforme as adições: 5, 10, 20, 24,9, 25, 25,1, 26 e 28 mL.

Passo 4

Em cada ponto de adição, vamos determinar se o titulante (Fe²⁺) está em excesso, na equivalência ou em déficit. Usando a relação de que 1 mol de Fe²⁺ reage com 1 mol de Ce⁴⁺, podemos calcular o potencial usando a equação de Nernst:
E = E^circ - 0,0591n log ( [Ce^4+][Ce^3+][Fe^3+] )
Onde $ n = 1 $ para a transferência de um elétron.

Passo 5

Vamos calcular o potencial para cada volume de Fe²⁺ adicionado:
  • 5 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,005 = 0,0005 , mols $
    • Ainda temos mais Ce³⁺ do que Fe²⁺, então Ce³⁺ domina.
  • 10 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,010 = 0,001 , mols $
    • Fe²⁺ ainda não é suficiente para reagir completamente com Ce³⁺.
  • 20 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,020 = 0,002 , mols $
    • Próximo da equivalência.
  • 24,9 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,0249 = 0,00249 , mols $
    • Quase no ponto de equivalência.
  • 25 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,025 = 0,0025 , mols $
    • Ponto de equivalência alcançado.
  • 25,1 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,0251 = 0,00251 , mols $
    • Pequeno excesso de Fe²⁺.
  • 26 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,026 = 0,0026 , mols $
    • Excesso maior de Fe²⁺.
  • 28 mL de Fe²⁺:
    • Mols de Fe²⁺ adicionados: $ 0,1 \times 0,028 = 0,0028 , mols $
    • Considerável excesso de Fe²⁺.
Para cada um desses pontos, aplicamos a equação de Nernst para encontrar o potencial correspondente.

Resposta

A curva de titulação construída mostra como o potencial varia em função do volume de Fe²⁺ adicionado, apresentando uma mudança significativa no ponto de equivalência (25 mL). Antes disso, o potencial aumenta gradualmente, e após o ponto de equivalência, aumentando o volume de titulante faz com que o potencial se estabilize conforme o excesso de Fe²⁺ domina a reação.

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