Uma mistura de tricloroacetato e dicloroacetato pode ser analisada através da redução seletiva em uma solução contendo KCl 2 M, NH3 2,5 M e NH4 Cl 1 M. Em um potencial sobre um catodo de mercúrio de -0,90 V (versus ECS), somente o tricloroacetato é reduzido:
Cl3 CCO2^-+H2 O+2 e^- Cl2 CHCO2^-+OH^-+Cl^-
Em um potencial de -1,65 V, o dicloroacetato reage:
Cl2 CHCO2^-+H2 O+2 e^- ClCH2 CO2^-+OH^-+Cl^-
Uma mistura higroscópica de ácido tricloroacético (MF 163,39) e ácido dicloroacético (MF 128,94), contendo uma quantidade desconhecida de água, pesou 0,721 g. Em uma eletrólise com potencial controlado, 224 C passaram a -0,90 V e 758 C foram necessários para completar a eletrólise em -1,65 V. Calcule a massa percentual de cada ácido na mistura. (Constante de Faraday =96485 C / mol )

Passo 1

Entendendo o problema
Temos uma mistura de dois ácidos: ácido tricloroacético e ácido dicloroacético, além de uma quantidade desconhecida de água. A massa total dessa mistura é de 0,721 gramas. Durante a eletrólise controlada, diferentes quantidades de carga elétrica (em Coulombs, C) são usadas para reduzir cada ácido:
  • Número de Coulombs aplicados:
    • 224 C a -0,90 V para reduzir somente o tricloroacetato.
    • 758 C no total a -1,65 V para reduzir também o dicloroacetato.
Queremos descobrir qual a porcentagem em massa de cada ácido na mistura.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de eletroquímica, especificamente a lei de Faraday, que relaciona a quantidade de carga elétrica © com a quantidade de substância (mols) envolvida na reação.

Passo 2

Aplicando a Lei de Faraday para o ácido tricloroacético
Primeiro, vamos calcular quantos mols de ácido tricloroacético foram reduzidos usando a carga elétrica de 224 C.
A fórmula para calcular os mols (n) é:
n = CF times z
Onde:
  • n = 224 , C96485 , C/mol times 2 approx 224192970 approx 0,00116 , mol é a carga elétrica (224 C para o tricloroacético);
  • é a constante de Faraday (96485 C/mol);
  • é o número de elétrons envolvidos na reação (2 elétrons para a redução do tricloroacético).
Substituindo os valores:

Passo 3

Calculando a massa do ácido tricloroacético
Agora que sabemos quantos mols de ácido tricloroacético foram consumidos, podemos calcular a massa desse ácido usando sua massa molecular (MF) de 163,39 g/mol.
A fórmula para massa (m) é:
m = n times MF
Substituindo os valores:
mtricloroacético = 0,00116 , mol times 163,39 , g/mol approx 0,189 , g é

Passo 4

Determinando a carga elétrica associada ao ácido dicloroacético
Sabemos que o total de carga elétrica utilizada na eletrólise é de 758 C. Já usamos 224 C para reduzir o tricloroacético, então a carga restante foi usada para reduzir o dicloroacético:
Cdicloroacético = 758 , C - 224 , C = 534 , C é

Passo 5

Calculando os mols de ácido dicloroacético
Usando novamente a fórmula da Lei de Faraday:
n = CF times z
Substituindo os valores para o dicloroacético (considerando também 2 elétrons):
ndicloroacético = 534 , C96485 , C/mol times 2 approx 534192970 approx 0,00276 , mol é

Passo 6

Calculando a massa do ácido dicloroacético
Usamos a massa molecular (MF) do dicloroacético, que é 128,94 g/mol:
mdicloroacético = 0,00276 , mol times 128,94 , g/mol approx 0,356 , g é

Passo 7

Verificando a massa total dos ácidos
Somando as massas calculadas:
mtotal dos ácidos = 0,189 , g + 0,356 , g = 0,545 , g á
Como a massa total da mistura é 0,721 g, a massa de água presente é:
mágua = 0,721 , g - 0,545 , g = 0,176 , g á

Passo 8

Calculando a massa percentual de cada ácido na mistura
A massa percentual de cada componente é dada por:
%massa = ( mcomponentemtotal ) times 100%
  • Ácido tricloroacético:
%tricloroacético = ( 0,189 , g0,721 , g ) times 100% approx 26,2% é
  • Ácido dicloroacético:
%dicloroacético = ( 0,356 , g0,721 , g ) times 100% approx 49,4% é
  • Água:
%água = ( 0,176 , g0,721 , g ) times 100% approx 24,4% á

Resposta

A massa percentual na mistura é aproximadamente 26,2 % de ácido tricloroacético, 49,4 % de ácido dicloroacético e 24,4 % de água.

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