Suponha que estamos titulando uma solução na qual o analito é 50,0 mL de 0,1 M de H2 SO4 (aq) e o titulante é 0,1 M de NaOH (aq). Calcule o pH da mistura nos seguinte pontos:

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem um exercício de titulometria envolvendo ácido sulfúrico ( H2SO4) e hidróxido de sódio (NaOH). O objetivo é calcular o pH da mistura em diferentes pontos durante a titulação. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de neutralização ácido-base, cálculos de concentração e o uso da equação do pH. Vamos dividir isso passo a passo.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as informações que temos:
  • Volume do ácido sulfúrico ( H2SO4): 50,0 mL
  • Concentração do H2SO4: 0,1 M
  • Concentração do NaOH: 0,1 M
Como H2SO4 é um ácido diprótico (ou seja, libera 2 prótons H^+ por molécula), precisamos considerar essa característica na neutralização.

Passo 3

Vamos calcular a quantidade de mols de H2SO4 presente:
Mols de H2SO4 = Concentração times Volume (em litros) = 0,1 M times 0,050 L = 0,005 mol çã
Como cada molécula de H2SO4 libera 2 H^+, o total de mols de H^+ é:
0,005 mol times 2 = 0,010 mol H^+

Passo 4

Agora, consideramos que o NaOH também tem concentração de 0,1 M. Vamos analisar diferentes pontos da titulação:
  1. Antes do ponto de equivalência:
    • Menos mols de NaOH do que necessários para neutralizar todo o ácido.
  2. No ponto de equivalência:
    • Mols de NaOH exatamente suficientes para neutralizar o ácido.
  3. Após o ponto de equivalência:
    • Mais mols de NaOH do que o necessário para neutralizar o ácido, criando um excesso de OH^-.

Passo 5

1. Antes do ponto de equivalência:
Suponha que adicionamos V mL de NaOH. A quantidade de mols de NaOH adicionada é:
Mols de NaOH = 0,1 M times V times 10^-3 L = 0,0001V mol
Como H2SO4 libera 2 H^+, a reação de neutralização é:
H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 H2O
Logo, para cada mol de H2SO4, precisamos de 2 mols de NaOH.
Antes do ponto de equivalência, haverá excesso de H^+, então podemos calcular o pH usando:
Concentração de H^+ = Mols de H^+ - Mols de NaOHVolume total (L) çã
2. No ponto de equivalência:
Aqui, a quantidade de NaOH adicionada neutraliza exatamente o ácido. Portanto:
Mols de NaOH = 0,010 mol (igual aos mols de H^+)
A solução resultante será neutra (pH 7) se considerarmos apenas a neutralização. No entanto, como H2SO4 é um ácido forte, o pH pode ser ligeiramente abaixo de 7 devido à hidratação dos íons.
3. Após o ponto de equivalência:
Aqui, há excesso de NaOH. A concentração de OH^- pode ser calculada e então converter para pH usando:
pOH = -log[OH^-], pH = 14 - pOH

Passo 6

Vamos agora calcular numericamente cada ponto. Suponha que adicionamos:
  1. Antes do ponto de equivalência: 20,0 mL de NaOH
  2. No ponto de equivalência: 100,0 mL de NaOH
  3. Após o ponto de equivalência: 130,0 mL de NaOH
1. Antes do ponto de equivalência ( 20,0 mL de NaOH):
Mols de NaOH = 0,1 times 0,020 = 0,002 mol
Mols de H^+ restantes = 0,010 - 0,002 = 0,008 mol
Volume total = 50,0 + 20,0 = 70,0 mL = 0,070 L
[H^+] = 0,0080,070 approx 0,114 M
pH = -log(0,114) approx 0,94
2. No ponto de equivalência ( 100,0 mL de NaOH):
Mols de NaOH = 0,1 times 0,100 = 0,010 mol
Mols de H^+ restantes = 0,010 - 0,010 = 0 mol
Volume total = 50,0 + 100,0 = 150,0 mL = 0,150 L
pH = 7 (neutro)
3. Após o ponto de equivalência ( 130,0 mL de NaOH):
Mols de NaOH = 0,1 times 0,130 = 0,013 mol
Excesso de NaOH = 0,013 - 0,010 = 0,003 mol
Volume total = 50,0 + 130,0 = 180,0 mL = 0,180 L
[OH^-] = 0,0030,180 approx 0,0167 M
pOH = -log(0,0167) approx 1,78
pH = 14 - 1,78 = 12,22

Resposta

  • Antes do ponto de equivalência: pH ≈ 0,94
  • No ponto de equivalência: pH ≈ 7,00
  • Após o ponto de equivalência: pH ≈ 12,22

Exercícios relacionados