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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. 37

Abaixo está a curva de titulação para a neutralização de 25   m L de uma solução de um ácido monoprótico com uma base forte. Responda as seguintes questões sobre a reação e explique seu raciocínio em cada caso. (a) O ácido é forte ou fraco? (b) Qual é a concentração inicial de íons hidrônio do ácido? (c) Qual é K a do ácido? (d) Qual é a concentração inicial do ácido? (e) Qual é a concentração da base no titulante? (f) Use a Tabela 12.3 para selecionar um indicador para a titulação.

Passo 1

a) O ácido usado na titulação é um ácido fraco. Essa suposição é feita com base nas seguintes observações (características da titulação de ácido fraco com uma base forte).

• O pH inicial (antes da adição de qualquer base forte) é superior à titulação de um ácido forte.

• Há um aumento acentuado do pH no início da titulação.

• Após o aumento acentuado no início da titulação, a curva muda apenas gradualmente.

• No ponto estequiométrico, o pH> 7.

• A parte íngreme da curva antes do ponto estequiométrico é curta.

Assim, o ácido é um ácido fraco.

Passo 2

b) No gráfico, o pH inicial de uma solução ácida fraca é quase 5.

p H = 5

- log ⁡ H 3 O + = p H

- log ⁡ H 3 O + = 5

H 3 O + = 10 - 5

H 3 O + = 1 × 10 - 5   M

Portanto, a concentração inicial de íons hidrônio do ácido é  1 × 10 - 5   M .

Passo 3

c) K a é obtido de p K a . O p K a é determinado a partir do gráfico.  p K a é o p H onde o ácido é 50 % ionizado e 50 % não ionizado. Ou seja, o p H na metade do ponto estequiométrico é igual a p K a . Na metade do ponto estequiométrico, o p H da solução é quase igual a 7,5 .

- log ⁡ K a = p K a

- log ⁡ K a = p H

- log ⁡ K a = 7,5

K a = 10 - 7,5

K a = 3,16 × 10 - 8  

Portanto, o K a do ácido é  3,16 × 10 - 8 .

Passo 4

d) A reação de equilíbrio para o ácido fraco pode ser escrita da seguinte maneira

H A a q + H 2 O l ⇌ A - a q + H 3 O + ( a q )

Uma tabela de equilíbrio químico para a reação dada pode ser escrita como:

Da parte (b)  H 3 O + = 1 × 10 - 5   M

Portanto, x   = 1 × 10 - 5   M

Da parte (c), K a   = 3,16 × 10 - 8

Assim, a constante de dissociação ácida para o ácido fraco pode ser escrita como

K a = x 2 H A - x

O x no denomidaror pode ser desconsiderado, pois é muito pequeno comparado a concentração inicial do acído.

K a = ( 1 × 10 - 5   M ) 2 H A

H A = ( 1 × 10 - 5   M ) 2 K a

H A = ( 1 × 10 - 5   M ) 2 3,16 × 10 - 8

H A = 3,16 × 10 - 3   M

Portanto, a concentração inicial do ácido é  3,16 × 10 - 3   M .

Passo 5

e) Da parte (d), a concentração inicial do ácido é 3,16 × 10 - 3   M . O número de mols presentes em 25   m L do ácido  3,16 × 10 - 3   M é:

n ( m o l ) = M o l a r i d a d e ( m o l . L - 1 ) × V o l u m e ( L )

n m o l = 3,16 × 10 - 3 m o l . L - 1 × 0,0 25   L

n = 7,9 × 10 - 5   m o l

Assim, o número de moles de base necessário para neutralizar completamente o ácido é 7,9 × 10 - 5   m o l . No gráfico, o volume de base no ponto estequiométrico é igual a 10,0   m L .

Assim, a concentração de base no titulante

M o l a r i d a d e = n V o l u m e

M = 7,9 × 10 - 5   m o l 0,010   L

M = 7,9 × 10 - 3   m o l . L - 1

Assim, a concentração de base no titulante é  7,9 × 10 - 3   M .

Passo 6

f) O indicador deve ser selecionado de forma que a p K I n   do indicador esteja dentro de cerca de 1 unidade de p H do ponto estequiométrico. De uma forma mais simples, deve-se escolher um indicador cuja zona de viragem inclua, ou que seja o mais próximo possível, do p H no ponto de equivalência. No gráfico, o p H no ponto estequiométrico é quase 9 .

Portanto, a fenolftaleína ( p K I n   =   9,4 ) é o indicador adequado para a titulação.

Resposta

a) Ácido Fraco

b) H 3 O + = 1 × 10 - 5   M

c) K a = 3,16 × 10 - 8

d) H A = 3,16 × 10 - 3   M

e) concentração da base no titulante = 7,9 × 10 - 3   M

f) Fenolftaleína

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