Explique a formação dos precipitados do item 4.1.6 e a dissolução deles com adição de ácido clorídrico. Apresente as respectivas reações, a expressão da constante de equilibrio simultâneo e calcule o seu valor.
c KS(CaCO3)=8,7 * 10^-9 Ka 1(H2 CO3)=4,47 * 10^-7 Ka 2(H2 CO3)=4,68 * 10^-11

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para explicar como se formam os precipitados mencionados no item 4.1.6 e como eles se dissolvem quando adicionamos ácido clorídrico (HCl). Vamos precisar entender um pouco sobre equilíbrio químico, solubilidade de compostos e ácido-base. Além disso, vamos usar as constantes de equilíbrio que estão na questão para calcular o valor pedido.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre a formação do precipitado. No item 4.1.6, estamos lidando com o carbonato de cálcio ( Ca^2+ (aq) + CO3^2- (aq) <=ftharpoons CaCO3 (s) ). Quando íons de cálcio ( ) e íons carbonato ( ) estão presentes em solução, eles podem se combinar para formar um sólido insolúvel, que é o .
A equação química para essa formação é:
Esse processo é um equilíbrio químico, onde o pode se dissolver novamente em íons na água, mas se a solubilidade for baixa, ele tende a permanecer como sólido.

Passo 3

Agora, vamos ver como o ácido clorídrico ( H^+ (aq) + CO3^2- (aq) <=ftharpoons HCO3^- (aq) ) interage com esse precipitado. Quando adicionamos H^+ (aq) + HCO3^- (aq) <=ftharpoons H2CO3 (aq) à solução, o do ácido reage com os íons do , formando íons bicarbonato ( ) e, eventualmente, ácido carbônico ( ). Isso faz com que o se dissolva, pois os íons são consumidos na reação.
As reações envolvidas são:

Passo 4

Vamos agora escrever todas as reações químicas envolvidas nesse processo:
  1. Formação do precipitado:
Ca^2+ (aq) + CO3^2- (aq) <=ftharpoons CaCO3 (s)
  1. Dissolução do H^+ (aq) + CO3^2- (aq) <=ftharpoons HCO3^- (aq) com H^+ (aq) + HCO3^- (aq) <=ftharpoons H2CO3 (aq) :

Passo 5

Agora, vamos montar a expressão da constante de equilíbrio para todo o processo simultâneo. Considerando todas as reações acima, a constante de equilíbrio ( Keq = KS(CaCO3)Ka1(H2CO3) times Ka2(H2CO3) ) para o sistema é o produto das constantes individuais de cada reação.
A expressão geral fica:

Passo 6

Vamos agora calcular o valor da constante de equilíbrio KS(CaCO3) = 8,7 times 10^-9 utilizando os valores fornecidos:
Ka1(H2CO3) = 4,47 times 10^-7
Ka2(H2CO3) = 4,68 times 10^-11
Keq = 8,7 times 10^-9(4,47 times 10^-7) times (4,68 times 10^-11)
Substituindo na expressão:
(4,47 times 10^-7) times (4,68 times 10^-11) = 2,09 times 10^-17
Calculando o denominador primeiro:
Keq = 8,7 times 10^-92,09 times 10^-17 approx 4,16 times 10^8
Agora, dividimos:

Resposta

A constante de equilíbrio simultâneo para a formação e dissolução do com adição de é aproximadamente .

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