A destilação seca da madeira gera como um dos sub-produtos, uma mistura de compostos denominada ácido pirolenhoso (AP). Admite-se que essa mistura pode ser tratada como ácido acético, ou seja, é utilizada a massa molar do ácido acético (60,0 g mol^-1) para calcular o teor do AP, e o mesmo valor de pH no ponto estequiométrico em titulações ácido-base. A destilação de 250 kg de uma amostra de madeira gerou 1,75 L de AP. Uma alíquota de 5,00 mL dessa amostra, foi diluída em um balão volumétrico de 200,0 mL, sendo retirada uma segunda alíquota de 10,00 mL que foi titulada com solução de NaOH em cA 0,1050 mol L^-1, sendo gasto um volume de 17,5 mL da solução alcalina. Pede-se:
a) Qual a % (m/v) de AP, calculada como ácido acético na amostra original?
b) Qual o pH inicial (antes da primeira adição de NaOH ) e no ponto estequiométrico, considerando a titulação como ácido acético?
c) Qual dos três indicadores seria mais apropriado para a titulação: Ind. A -Ka=1,6 times 10^-5; Ind. B -Ka=1,6 times 10^-9; Ind. C -Ka=1,8 times 10^-4. Explique sua escolha.

Passo 1

Vamos resolver um exercício que envolve cálculos de química, especificamente sobre titulação ácido-base e determinação da concentração de um ácido em uma mistura. Para isso, vamos precisar entender conceitos de massa molar, diluição, equações de titulação e propriedades de indicadores ácido-base.

Passo 2

Parte a): Queremos encontrar a porcentagem em massa/volume (% (m/v)) de ácido pirolenhoso (AP) na amostra original, considerando que o AP se comporta como ácido acético com massa molar de .

Passo 3

Primeiro, vamos calcular a quantidade de substância de NaOH usada na titulação. Sabemos que o volume de NaOH utilizado foi de nNaOH = C times V = 0,1050 , mol/L times 0,0175 , L = 0,0018375 , mol com concentração .

Passo 4

Na reação de titulação ácido-base, a quantidade de mols de ácido (AP) é igual aos mols de NaOH usados:
nAP = nNaOH = 0,0018375 , mol

Passo 5

Agora, vamos encontrar a massa de AP na alíquota de mAP = n times M = 0,0018375 , mol times 60,0 , g/mol = 0,11025 , g :

Passo 6

Essa massa está presente na alíquota de Fator de diluição = 200,0 , mL10,00 , mL = 20 da solução diluída de mAP (diluído) = 0,11025 , g times 20 = 2,205 , g . Para encontrar a massa na amostra diluída:
çã
í

Passo 7

A amostra original de AP era % (m/v) = ( 2,205 , g1,75 times 10^3 , g ) times 100% approx 0,126% . Vamos calcular a porcentagem (m/v):

Passo 8

Resposta da parte a):
A porcentagem (m/v) de ácido pirolenhoso (AP) na amostra original é aproximadamente 0,126% (m/v).

Passo 9

Parte b): Precisamos determinar o pH inicial da solução antes da adição de NaOH e o pH no ponto estequiométrico da titulação, considerando o AP como ácido acético.

Passo 10

O ácido acético ( CH3COOH rightarrow CH3COO^- + H^+ ) é um ácido fraco, que se dissocia parcialmente na água:
O pH inicial pode ser calculado usando a constante de dissociação ( ) do ácido acético, que é .

Passo 11

Primeiro, vamos calcular a concentração inicial de ácido na solução diluída. Sabemos que temos Mols de AP = 2,205 , g60,0 , g/mol = 0,03675 , mol de AP em Concentração = 0,03675 , mol1,75 , L = 0,021 , mol/L :
çã

Passo 12

Usando a expressão do Ka = [CH3COO^-][H^+][CH3COOH] :
1,8 times 10^-5 = x^20,021 - x approx x^20,021
Assumindo que x^2 = 1,8 times 10^-5 times 0,021 = 3,78 times 10^-7 é a concentração de x = raiz3,78 times 10^-7 approx 6,15 times 10^-4 , mol/L dissociada:
pH inicial = -log(6,15 times 10^-4) approx 3,21

Passo 13

No ponto estequiométrico da titulação, todo o ácido foi neutralizado, formando o sal Kb = KwKa = 1,0 times 10^-141,8 times 10^-5 approx 5,56 times 10^-10 . Como o sal de um ácido fraco com base forte é uma base conjugada, o pH será básico e pode ser calculado usando a constante de hidrólise ( [CH3COO^-] = 0,021 , mol/L ).
Kb = [CH3COOH][OH^-][CH3COO^-]
A concentração de 5,56 times 10^-10 = x^20,021 no ponto estequiométrico é igual à concentração inicial de ácido:
x^2 = 5,56 times 10^-10 times 0,021 approx 1,17 times 10^-11
Usando a expressão do x = raiz1,17 times 10^-11 approx 1,08 times 10^-6 , mol/L :
pOH = -log(1,08 times 10^-6) approx 5,97
pH = 14 - 5,97 = 8,03

Passo 14

Resposta da parte b):
  • O pH inicial da solução é aproximadamente 3,21.
  • No ponto estequiométrico da titulação, o pH é aproximadamente 8,03.

Passo 15

Parte c): Precisamos escolher o indicador mais apropriado para a titulação entre três opções, considerando suas constantes de dissociação ácida ( ).
Os indicadores mudam de cor próximo ao seu pKa. Para uma titulação ácido-fraco com base forte, o ponto de equivalência está em pH básico (cerca de 8,03). Portanto, devemos escolher um indicador cujo pKa seja próximo desse pH.
Vamos verificar os pKa dos indicadores:
  • Indicador A:
  • Indicador B:
  • Indicador C:

Passo 16

O indicador B tem , que está próximo ao pH do ponto de equivalência . Isso significa que sua faixa de mudança de cor abrange o pH desejado.

Passo 17

Resposta da parte c):
O indicador mais apropriado é o Indicador B ( ), pois sua faixa de mudança de cor está próxima ao pH do ponto estequiométrico da titulação.

Fim

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