No laboratório de prática de Química Inorgânica I, HCl foi produzido pela reação de 15 g de NaCl com ácido sulfúrico (colocado em excesso). O HCl produzido foi coletado em um becker contendo água. Após o término da reação, o conteúdo do becker foi transferido quantitativamente para um balão volumétrico de 250 mL . O volume foi completado com água destilada. Em seguida, uma alíquota de 20 mL (usando pipeta graduada) desta solução foi transferida para um balão de 100 mL e o volume completado com água destilada. Encheu-se uma bureta de 50 mL com a solução do balão de 100 mL . Em um becker, colocou-se 20 mL de uma solução de 0,0556 M Na2 CO3 e 5 gotas de uma solução de alaranjado de metila. Fez-se a titulação. A cor amarela passou para vermelho sangue quando se adicionou exatamente 24,2 mL (ponto de viragem ou equivalência), medidos na bureta. Determine: a) Concentração de HCl no balão de 100 mL . b) Concentração de HCl no balão de 250 mL . c) Rendimento teórico e experimental da reação de obtenção do HCl. d) Estime o pH da solução de 250 mL .

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de Química Inorgânica juntos! O problema envolve várias etapas, como reagir NaCl com ácido sulfúrico, fazer diluições, realizar titulações e calcular pH. Vamos precisar usar conceitos de estequiometria, diluições, titulação ácido-base e cálculo de pH. Vamos nessa!

Passo 2

Parte a: Concentração de HCl no balão de 100 mL
Primeiro, vamos entender o que está acontecendo nessa parte. Temos uma solução de HCl que foi diluída de 250 mL para 100 mL. Depois, uma parte dessa solução foi usada para titular uma solução de carbonato de sódio (Na₂CO₃). Na titulação, usamos alaranjado de metila como indicador e alcançamos o ponto de equivalência com 24,2 mL de HCl.
Teoria Aplicada:
Na titulação ácido-base, usamos a fórmula:
C1 V1 = C2 V2
Onde:
  • Molaridade = 0,0556, M Volume = 20, mL = 0,020, L Mols = 0,0556, M times 0,020, L = 0,001112, mols e Mols de HCl = 2 times 0,001112 = 0,002224, mols são a concentração e o volume da solução de ácido (HCl).
  • C = MolsV = 0,0022240,0242, L approx 0,0917, M e C100 mL = 0,0917, M são a concentração e o volume da base (Na₂CO₃).
No entanto, como o Na₂CO₃ é uma base diprótica (pode reagir com 2 H⁺), precisamos considerar o fator de equivalência.
Passo a Passo:
  1. Calcular os mols de Na₂CO₃:
  1. Determinar os mols de HCl necessários:
Como , cada mol de Na₂CO₃ reage com 2 mols de HCl.
  1. Calcular a concentração de HCl na bureta (50 mL):
  1. Relacionar com a solução de 100 mL:
Como a bureta foi preenchida com a solução de 100 mL de HCl, temos:

Passo 3

Parte b: Concentração de HCl no balão de 250 mL
Agora, precisamos descobrir a concentração original de HCl antes da primeira diluição.
Teoria Aplicada:
Usamos a relação de diluição novamente:
C1 V1 = C2 V2
Onde:
  • C100 mL = 0,0917, M V100 mL = 100, mL V250 mL = 250, mL e C250 mL times 250, mL = 0,0917, M times 100, mL C250 mL = 0,0917 times 100250 = 0,0367, M são a concentração e o volume original (no balão de 250 mL).
  • e são a concentração e o volume após dilui��ão (100 mL).
Passo a Passo:
  1. Usar a concentração encontrada na parte a:
  1. Aplicar a fórmula da diluição:

Passo 4

Parte c: Rendimento teórico e experimental da reação de obtenção do HCl
Aqui, vamos calcular o quanto de HCl deveríamos ter produzido teoricamente a partir de 15 g de NaCl e comparar com o real produzido para achar o rendimento.
Teoria Aplicada:
O rendimento é dado por:
Rendimento (%) = ( Rendimento experimentalRendimento teórico ) times 100 ó
Passo a Passo:
  1. Reação química:
NaCl + H2SO4 NaHSO4 + HCl
  1. Calcular os mols de NaCl:
Massa mo<=cular de NaCl = 58,44, g/mol Mols = 15, g58,44, g/mol approx 0,256, mols
  1. Determinar os mols teóricos de HCl:
Pela estequiometria, 1 mol de NaCl produz 1 mol de HCl.
Mols teóricos de HCl = 0,256, mols ó
  1. Calcular os mols reais de HCl produzidos:
Usando a concentração no balão de 250 mL:
C = 0,0367, M V = 0,250, L Mols = C times V = 0,0367 times 0,250 = 0,00918, mols
  1. Calcular o rendimento:
Rendimento (%) = ( 0,009180,256 ) times 100 approx 3,58%

Passo 5

Parte d: Estimar o pH da solução de 250 mL
Agora, vamos estimar o pH da solução final de HCl que temos.
Teoria Aplicada:
O pH de uma solução ácida é calculado por:
pH = -log [H^+]
E para o HCl, que é um ácido forte, a concentração de H⁺ é igual à concentração de HCl.
Passo a Passo:
  1. Usar a concentração de HCl no balão de 250 mL:
[HCl] = 0,0367, M
  1. Calcular o pH:
pH = -log(0,0367) approx 1,44

Resposta

a) A concentração de HCl no balão de 100 mL é aproximadamente 0,0917 M.
b) A concentração de HCl no balão de 250 mL é aproximadamente 0,0367 M.
c) O rendimento teórico da reação foi de 25,6��% e o rendimento experimental foi de aproximadamente 3,58 %.
d) O pH da solução de 250 mL é aproximadamente 1,44.

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