Enunciado
Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 12.1 - Ex. 49
12.49 Suponha que 0,122 g de ácido fosforoso, H3PO3, foram dissolvidos em água e que o volume total da solução é 50,0 mL. (a) Estime o Ph desta solução. (b) Estime o Ph da solução obtida se forem adicionados 5,0 mL de uma solução 0,175 M de NaOH(aq) à solução de ácido fosoforoso. (c) Estime o Ph da solução se mais 5,00 mL da solução 0,175 M de NaOH(aq) forem adicionados à solução da parte (b).
Passo 1
A mistura de um ácido fraco e seu sal é conhecida como tampão ácido.
A mistura de uma base fraca e seu sal é conhecida como tampão básico.
Para diminuir o pH de um tampão ácido, podemos:
1. Adicionar mais ácido fraco.
2. Podemos adicionar um pouco de ácido forte, digamos HCl.
Para aumentar o pH de um tampão ácido, podemos:
1. Adicionar mais da base conjugada que é o sal do ácido.
2. Podemos adicionar uma base forte, digamos NaOH.
Passo 2
A relação direta e o pH de qualquer tampão é dada pela equação de lote de Henderson-Hassel como:
Onde:
Quando a concentração é igual, temos log 1 = 0. Assim:
Passo 3
a)
Calcular a concentração da solução inicial de ácido fosforoso :
Considere o equilíbrio:
A expressão da constante ácida em equilíbrio é a seguinte:
Temos que:
Passo 4
Para prosseguir vamos considerar a reação de dissociação do sal, temos os produtos como “X” e o reagente com “0,0298 - X” representando o inicial menos o valor gasto pela reação.
Calcule o valor usando os valores de equilíbrio acima:
Como
Passo 5
O pH da solução é definido como o logaritmo negativo da concentração de íons hidrônio.
Portanto, pH da solução é .
Passo 6
b)
A reação entre o ácido fosforoso e é a seguinte:
Temos que todo o é convertido para
Agora vamos calcular o total de mols de e na solução:
Agora, a concentração de é menor, assim, restará um pouco de , portanto a segunda protonação não será considerada.
Agora de reage completamente com , portanto o número de mols de formado .
Passo 7
Vamos agora, calcular os mols restantes de em solução e, portanto, sua concentração:
O volume total da solução é . Calcule assim a concentração de remanescente na solução e a de formado:
Passo 8
Considere o equilíbrio:
Seja a mudança na concentração para alcançar o equilíbrio . Construa a tabela de equilíbrio para descobrir as respectivas concentrações em equilíbrio:
A expressão da constante ácida em equilíbrio é a seguinte:
Temos que:
Calcule o valor usando os valores de equilíbrio acima:
Como
Passo 9
O pH da solução é definido como o logaritmo negativo da concentração de íons hidrônio.
Portanto, pH da solução é .
Passo 10
c)
O número total de mols de após a adição de será:
Agora de reage completamente com de , portanto, não é deixado na solução.
Assim, o número de moles de formado é .
Sua concentração restante será:
O volume total da solução é . Calcule assim a concentração de hidróxido residual na solução e a de formado:
Passo 11
A constante ácida para o ácido fosforoso é extremamente pequeno. Portanto, a segunda dissociação pode ser ignorada, pois não afetaria a concentração em uma extensão observável. Vamos calcular a concentração de em solução:
Assim, a concentração de equilíbrio de é .
Passo 12
O pH da solução é definido como o logaritmo negativo da concentração de íons hidrônio.
Portanto, pH da solução é .