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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 15.1 - Ex. 124

A concentração do íon nitrato em uma solução básica pode ser determinada pela seguinte sequência de etapas. Uma amostra de 25,00 mL de água de um poço rural contaminada com NO3-(aq) foi tratada em meio básico com excesso de metal zinco, que reduz o íon nitrato a uma solução de amônia em água. O gás amônia produzido passou por 50,00 mL de uma solução 2,50 × 10 - 3   m o l / L de HCl(aq). O HCl(aq) que não reagiu foi titulado até o ponto estequiométrico com 28,22 mL de uma solução 1,50 × 10 - 3   m o l / L de NaOH(aq). (a) Escreva as equações químicas balanceadas das três reações. (b) Qual é a concentração molar do íon nitrato da água e do poço?

Passo 1

4   Z n + N O 3 - + 6   H 2 O → 4   Z n 2 + + N H 3 + 9   O H -

(proveniente da soma das semirreações de oxidação do zinco: Z n → Z n 2 + + 2 e - e redução de nitrato a amônia: N O 3 - + 8 e - + 6   H 2 O   → N H 3 + 9   O H - )

N H 3 + H C l → N H 4 + + C l -

H C l + N a O H → N a C l + H 2 O

Passo 2

(b)Questão clássica de titulação. Parece muito difícil, mas é tranquila e rápida. Pra resolvê-la, vamos andar de trás pra frente. Mas, antes, estabelecemos algumas coisas importantes:

n   N O 3 - = n   N H 3

( n = n ú m e r o   d e   m o l s )

Por quê? Simplesmente pela relação estequiométrica entre os átomos de nitrogênio de uma espécie e da outra. A quantidade exata de amônia gerada proveio da mesma quantidade de íons nitrato que existem na amostra original (água de poço).

Sabendo disso, ele diz que a amônia reagiu com HCl ( N H 3 + H C l → N H 4 + + C l - ), reação ácido base, em que houve excesso de HCl. Nisso, a gente pode escrever assim:

n   H C l   s o b r a = n   H C l   t o t a l - n   N H 3

Ou seja, o que sobra de HCl é o quanto a gente colocou pra reagir no começo, subtraído da parte de amônia que reagiu com ele.

Esse n   H C l   t o t a l será: 2,50 × 10 - 3   m o l / L ∙ 50,00   m L = 0,125   m m o l

Passo 3

Por fim, a quantidade em mols remanescente de HCl, n   H C l   s o b r a , foi titulada com 28,22 mL de NaOH 1,50 × 10-3 mol/L. Agora sim a gente usa equação de titulação, pra determinar n   H C l   s o b r a . Bom, a estequiometria de HCl e NaOH é de 1 pra 1, ( H C l + N a O H → N a C l + H 2 O ) isso você já deve ter cansado de ver. Sendo assim, a equação pro ponto estequiométrico da titulação do HCl que sobrou, n   H C l   s o b r a , pelo NaOH é simplesmente:

n   H C l   s o b r a = C 2 ∙ V 2

(O índice 2 está se referindo ao titulante, NaOH)

Fazendo esse cálculo rápido, a gente resulta em:

n   H C l   s o b r a = 1,50 × 10 - 3   m o l / L ∙ 28 , 22   m L

n   H C l   s o b r a = 0,0423   m o l

Passo 4

Pronto: temos n   H C l   s o b r a e n   H C l   t o t a l . Já somos capazes de determinar n   N H 3 , que é igual à n   N O 3 - . Retomamos à equação do Passo 1, e aí substituímos pelos valores que temos:

n   H C l   s o b r a = n   H C l   t o t a l - n   N H 3

0,0423   m m o l = 0,125   m m o l - n   N H 3

n   N H 3 = 0,0827   m m o l = n   N O 3 -

Sendo esse o número de mols de nitrato, em 25,00 mL de água de poço, calculamos sua concentração facilmente:

∴ C = 0,0827   m m o l 25,00   m L ≅ 0,00331   m o l / L

Resposta

∴ C ≅ 0,00331   m o l / L

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