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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 11.1 - Ex. 74

74 Coloque as seguintes soluções na ordem crescente de p H : (a) 1,0 × 10 - 5   M   d e   N a O H ( a q ) ; (b) 0,20   M   d e   N a N O 2 ( a q ) ; (c) 0,20   M   d e   N H 3 ( a q ) ; (d) 0,20   M   d e   N a C N a q . Justifique sua escolha.

Passo 1

Oi, galerinha! Para resolver essa questão vamos ter que calcular o p H de cada solução e depois colocar em ordem crescente.

Lembrando que para fazer isso, nós primeiros vamos entender a reação que leva a formação de O H - . Depois, consultar uma tabela com seus K a , calcular o seu K b e seguir com os cálculos usando a fórmula da constante de equilíbrio até chegar o valor de p H .

Galera, vai dar um trabalhinho, mas bora lá!

Passo 2

  1. N a O H   é uma base forte. Então, ela se ioniza completamente na água. A concentração inicia é de 1,0 × 10 - 5   m o l . L - 1 .

    2. N a O H   ⟶ N a +   a q + O H - ( a q )

    Pode-se ver que a proporção de [ N a O H ] = [ O H - ]

    A relação entre O H - e o p O H é:

    p O H =   - l o g ⁡ [ O H - ]

    p O H =   - log ⁡ 1,0 × 10 - 5

    = 5,00

    A relação entre pH e pOH é:

    p H + p O H = 14

    p H = 14,00 - 5,00

    p H = 9,00

    Portanto o pH de N a O H = 9,00

    Passo 3

  2. N a N O 2   é o sal formado a partir de uma base forte e um ácido fraco. Os ânions em solução da base conjugada de um ácido fraco são de natureza básica. A reação de troca de prótons do íon nitrito com a água está abaixo.

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

    Para a constante de dissociação da base para reação acima, temos:

    K b = H N O 2 O H - N O 2 -

    Temos que: K b × K a = 1,0 × 10 - 14

    Reorganizando a expressão para obter K b :

    K b = 1,00 × 10 - 14 K a

    Os valores de K a são tabelados, assim sabemos que K a H N O 2 = 4,3 × 10 - 4 .

    K b = 1,00 × 10 - 14 4,3 × 10 - 4

    Portanto, K b   d e   N O 2 - = 2,3 × 10 - 11

    Passo 4

    Sabemos que a concentração inicial de íons N O 2 - = 0,20   m o l . L - . Para prosseguir vamos considerar a reação de dissociação do sal, temos os produtos como “X” e o reagente com “0,20-x” representando o inicial menos o valor gasto pela reação.

    Substituindo  K b pela concentração do íon N O 2 -  que é 2,3 × 10 - 11   e levando em conta a consideração feita acima, teremos:

    K b = H N O 2 O H - N O 2 -

    2,3 × 10 - 11 = X X 0,20 - X  

    Nesse caso, consideramos o valor de X muito, mais muito menor que 0,20. Dessa forma, sumimos com ele no denominador.

    2,3 × 10 - 11 = X 2 0,20  

    X = 2,2 × 10 - 6

    Como X = O H - .     T e m o s   O H - = 2,2 × 10 - 6 m o l . L - 1 .

    Passo 5

    Cálculo H 3 O +

    A relação entre H 3 O +   e   O H - :

    K w = H 3 O + [ O H - ]

    Onde K w = 1,0 × 10 - 14

    Reorganizando a equação, temos:

    H 3 O + = 1,0 × 10 - 14 O H -

    Substituindo a concentração da base obtida anteriormente, temos:

    H 3 O + = 1,0 × 10 - 14 2,2 × 10 - 6

    H 3 O + = 4,5 × 10 - 9   m o l . L - 1

    Passo 6

    Cálculo de pH:

    p H =   - l o g ⁡ [ H 3 O + ]

    H 3 O + = 4,5 × 10 - 9   m o l . L - 1

    p H =   - log ⁡ 4,5 × 10 - 9

    = 8,34

    Portanto, pH da solução é 8,34 .

    Passo 7

  3. O equilíbrio da transferência de prótons  N H 3 é dado abaixo.

    4. N H 3 a q + H 2 O l ⇌ N H 4 + a q + H O - ( a q )

    Para a constante de dissociação da base para reação acima, temos:

    K b = H N O 2 O H - N O 2 -

    Temos que: K b × K a = 1,0 × 10 - 14

    Reorganizando a expressão para obter K b :

    K b = 1,00 × 10 - 14 K a

    Os valores de K b são tabelados para alguns componentes, assim sabemos que K b N H 3 = 1,8 × 10 - 5 .

    Passo 8

    Sabemos que a concentração inicial de N H 3 = 0,20   m o l . L - .Para prosseguir vamos considerar a reação de dissociação do sal, temos os produtos como “X” e o reagente com “0,20-x” representando o inicial menos o valor gasto pela reação.

    Substitua as concentrações de equilíbrio na equação

    K b = N H 4 + O H - N H 3

    1,8   × 10 - 5 = X X 0,20 - X  

    Nesse caso, consideramos o valor de X muito, mais muito menor que 0,20. Dessa forma, sumimos com ele no denominador.

    1,8 × 10 - 5 = X 2 0,20  

    X = 1,9 × 10 - 3

    Como X = O H - .     T e m o s   O H - = 1,9 × 10 - 3   m o l . L - 1 .

    Passo 9

    Cálculo H 3 O +

    A relação entre H 3 O +   e   O H - :

    K w = H 3 O + [ O H - ]

    Onde K w = 1,0 × 10 - 14

    Reorganizando a equação, temos:

    H 3 O + = 1,0 × 10 - 14 O H -

    Substituindo a concentração da base obtida anteriormente, temos:

    H 3 O + = 1,0 × 10 - 14 1,9 × 10 - 3

    H 3 O + = 5,3 × 10 - 12   m o l . L - 1

    Passo 10

    Cálculo de pH:

    p H =   - l o g ⁡ [ H 3 O + ]

    H 3 O + = 5,3 × 10 - 12   m o l . L - 1

    p H =   - log ⁡ 5,3 × 10 - 12

    = 11,28

    Portanto, pH da solução é 11,28 .

    Passo 11

  4. N a C N é o sal formado a partir de base forte e ácido fraco. Os ânions em solução da base conjugada de ácido fraco são de natureza básica. A reação de troca de prótons do íon cianeto com a água está abaixo.

C N - a q + H 2 O l ⇌ H C N a q + H O - ( a q )

Abaixo está a expressão para a constante de dissociação da base para a reação acima.

K b = C N - O H - H C N

Cálculo K b de C N - íons:

K a × K b = 1,0 × 10 - 14

Reorganizando a expressão para obter K b :

K b = 1,00 × 10 - 14 K a

Os valores de K a para H C N é 4,9 × 10 - 10 . Substitua esse valor na equação acima:

K b = 1,00 × 10 - 14 4,9 × 10 - 10

= 2,0 × 10 - 5

Portanto, K b   d e   C N - é 2,0 × 10 - 5 .

Passo 3

Sabemos que a concentração inicial de C N - = 0,20   m o l . L - .Para prosseguir vamos considerar a reação de dissociação do sal, temos os produtos como “X” e o reagente com “0,20-x” representando o inicial menos o valor gasto pela reação.

Substitua as concentrações de equilíbrio na equação

K b = C N - O H - H C N

2,0   × 10 - 5 = X X 0,20 - X  

Nesse caso, consideremos o valor de X muito, mais muito menor que 0,20. Dessa forma, sumimos com ele no denominador.

2,0 × 10 - 5 = X 2 0,20  

X = 2,0 × 10 - 3

Como X = O H - .     T e m o s   O H - = 2,0 × 10 - 3   m o l . L - 1 .

Passo 4

Cálculo H 3 O +

A relação entre H 3 O +   e   O H - :

K w = H 3 O + [ O H - ]

Onde K w = 1,0 × 10 - 14

Reorganizando a equação, temos:

H 3 O + = 1,0 × 10 - 14 O H -

Substituindo a concentração da base obtida anteriormente, temos:

H 3 O + = 1,0 × 10 - 14 2,0 × 10 - 3

H 3 O + = 5,0 × 10 - 12   m o l . L - 1

Passo 5

Cálculo de pH:

p H =   - l o g ⁡ [ H 3 O + ]

H 3 O + = 5,3 × 10 - 12   m o l . L - 1

p H =   - log ⁡ 5,0 × 10 - 12

= 11,30

Portanto, pH da solução é 11,30 .

Resposta

A ordem crescente de pH é:

S o l u ç ã o   B < S o l u ç ã o   A < S o l u ç ã o   C < S o l u ç ã o   D

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71 Determine se as soluções dos seguintes sais em água têm pH igual, maior ou menor do que 7. Se pH7 ou pH N H 4 B r;(b) N a 2 C O 3 ; (c) K F ; (d) K B r ; (e) A l C l 3 ; (f) C u N O 3 2 .
72 Determine se as soluções dos seguintes sais em água têm pH igual, maior ou menor do que 7. Se pH7 ou pH K 2 C 2 O 4 (oxalato de potássio); (b) C a N O 3 2 ; (c) C H 3 N H 4 C l (cloridrato de metil
73 Coloque as seguintes soluções na ordem crescente de pH: a 1,0 × 10 - 5Md eH C l ( a q ) ; (b) O , 20Md eC H 3 N H 3 C l( a q ) ; (c) 0,20d eC H 3 C O O H ( a q ) ; (d) 0,20Md eC 6 H 5 N H 2 ( a q )
Durante a análise de um ácido desconhecido, HÁ, uma solução de 0,010 M do sal de sódio do ácido tem pH igual a 10,35. Use a tabela 11.1 para escrever a fórmula do ácido.
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