Enunciado

Uma série de soluções contendo NaOH, Na2CO3 e NaHCO3, isoladamente ou em combinação compatível, foi titulada com HCl 0,1202 mol L1. Na tabela a seguir estão os volumes de ácido necessários para titular uma alíquota de 25,00 mL de cada solução com os indicadores: (1) fenolftaleína e (2) verde de bromocresol. Use essa informação para deduzir a composição das soluções. Além disso, calcular a concentração de cada soluto em miligramas por mililitro de solução.

Passo 1

Usando a Tabela 16-2, determinamos a relação de volume de misturas e constituintes na amostra.

Em seguida, calculamos mols de constituinte usando a concentração e o volume:

n = c H C l V

A massa do constituinte pode ser calculada usando os mols e a massa molar:

m = n ∙ M

A concentração em mg/mL de solução pode ser calculada usando a massa do constituinte e o volume da solução:

γ = m V

  1. O volume do ponto final da fenolftaleína é de 22,42 mL, enquanto o volume do ponto final do verde de bromocresol é de 22,44. Vemos que estes dois volumes são iguais. Então, de acordo com a Tabela 16-2, quando:
  2. V f e n o = V b c g

    temos apenas NaOH na amostra.

    Primeiro calculamos o volume médio:

    V a v = V f e n o + V b c 2

    = 22.42 + 22.44 2 = 22.43   m l

    Em seguida, calculamos os mols de NaOH usando a concentração de HCl e o volume médio:

    A massa de NaOH pode ser calculada usando os mols e a massa molar de NaOH:

    Agora calculamos a concentração em mg/mL de solução:

    γ N a O H = m N a O H V

    = 108 25 = 4.32 m g m L

  3. O volume do ponto final da fenolftaleína é de 15,67 mL, enquanto o volume do ponto final do verde de bromocresol é de 42,13. Vemos que o volume de fenolftaleína é menor que a metade do volume de verde de bromocresol. Então, de acordo com a Tabela 16-2, quando:
  4. V f e n < 1 2 V b c g

    temos N a 2 C O 3 e N a H C O 3   em amostra.

    Quando o ponto final da fenolftaleína é atingido, C O 3 2 - é convertido em H C O 3 - . Calculamos mols de N a 2 C O 3 usando a concentração de HCl e o volume do ponto final da fenolftaleína:

    A titulação de fenolftaleína para o ponto final verde de bromocresol:

    V = 42.14 - 15.67   m L

    V = 26.47   m L

    Envolve H C O 3 - presente e o formado por carbonato. Assim, os mols totais são:

    Os mols de N a H C O 3 pode ser calculado subtraindo o mol total de mols de N a 2 C O 3 :

    n ( N a H C O 3 ​ ) = ( 3.18 ⋅ 10 - 3 - 1.884 ⋅ 10 - 3 )   m o l

    n ( N a H C O 3 ​ ) = 1.296 ⋅ 10 - 3   m o l

    A massa de N a 2 C O 3 pode ser calculado usando os mols e a massa molar de N a 2 C O 3 :

    m N a 2 ​ C O 3 ​   = n N a 2 ​ C O 3 ​   ⋅ M N a 2 ​ C O 3 ​  

    m N a 2 ​ C O 3 ​ = 1.884 ⋅ 10 - 3   m o l ⋅ 105.99   g m o l

    m N a 2 ​ C O 3 ​   = 0.199   g

    m ( N a 2 ​ C O 3 ​   ) = 199   m g

    A massa de N a H C O 3 pode ser calculado usando os mols e a massa molar de N a H C O 3 :

    m N a H C O 3 ​ = n N a H C O 3 ​ ⋅ M N a H C O 3 ​

    m N a H C O 3 ​ = 1.296 ⋅ 10 - 3   m o l ⋅ 84   g m o l

    m N a H C O 3 ​ = 0.109   g

    m N a H C O 3 ​ = 109   m g

    Agora calculamos a concentração de N a 2 C O 3 em mg/mL de solução:

    γ N a 2 C O 3 = m N a 2 C O 3 V s o l u ç ã o

    = 199 25

    = 7.96   m g / m L

    Agora calculamos a concentração de N a H C O 3 em mg/mL de solução:

    γ N a H C O 3 = m N a H C O 3 V

    = 109 25

    = 4.36 m g m L

  5. O volume do ponto final da fenolftaleína é de 29,64 mL, enquanto o volume do ponto final do verde de bromocresol é de 36,42. Vemos que o volume de fenolftaleína é maior que a metade do volume de verde de bromocresol. Então, de acordo com a Tabela 16-2, quando:
  6. V f e n > 1 2 V b c g

    temos N a 2 C O 3 e NaOH na amostra.

    Temos mistura de N a 2 C O 3 e NaOH. Primeiro calculamos o total de mols:

    n t o t a l = H C l V f e n

    n t o t a l = 0.1202 ∙ 0.02964

    = 3.56 ∙ 10 - 3   m o l

    A titulação de fenolftaleína para o ponto final verde de bromocresol:

    V = 36.42 - 29.64

    V = 6.78   m L

    Os mols de carbonato podem ser calculados usando o volume e a concentração de HCl:

    n N a 2 C O 3 = H C l V

    n N a 2 ​ C O 3 ​ = 0.1202   M ⋅ 0.00678   L

    n ( N a 2 ​ C O 3 ​ ) = 8.15 ⋅ 10 - 4   m o l

    Os mols de NaOH podem ser calculados subtraindo o mol total de mols de N a 2 C O 3 :

    n N a O H = 3.56 ⋅ 10 - 3 - 8.15 ⋅ 10 - 4   m o l

    n N a O H = 2.745 ∙ 10 - 3   m o l

    A massa de N a 2 C O 3 pode ser calculado usando os mols e a massa molar de N a 2 C O 3 :

    A massa de NaOH pode ser calculada usando os mols e a massa molar de NaOH:

    Agora calculamos a concentração de N a 2 C O 3 em mg/mL de solução:

    γ N a 2 C O 3 = m N a 2 C O 3 V s o l u ç ã o

    = 86 25

    = 3.44 m g m L

    E calcule a concentração de NaOH em mg/mL de solução:

    γ N a O H = m N a O H V s o l u ç ã o

    = 109.7 25 = 4.39 m g / m L

    Passo 2

  7. O volume do ponto final da fenolftaleína é de 16,12 mL, enquanto o volume do ponto final do verde de bromocresol é de 32,23. Vemos que o volume de fenolftaleína é metade do volume do verde de bromocresol. Então, de acordo com a Tabela 16-2, quando: O volume do ponto final da fenolftaleína é de 16,12 mL, enquanto o volume do ponto final do verde de bromocresol é de 32,23. Vemos que o volume de fenolftaleína é metade do volume do verde de bromocresol. Então, de acordo com a Tabela 16-2, quando:
  8. V f e n = 1 2 V b c g

    temos apenas N a 2 C O 3 na amostra. Calculamos mols de N a 2 C O 3 usando a concentração de HCl e o volume de fenolftaleína:

    n N a 2 ​ C O 3 ​ = H C l ⋅ V f e n

    n N a 2 ​ C O 3 ​ = 0.1202   M ⋅ 0.01612   L

    n N a 2 ​ C O 3 ​ = 1.94 ⋅ 10 - 3   m o l

    A massa de N a 2 C O 3 pode ser calculado usando os mols e a massa molar de N a 2 C O 3 :

    m N a 2 ​ C O 3 ​ = n N a 2 ​ C O 3 ​ ⋅ M N a 2 ​ C O 3 ​

    m N a 2 ​ C O 3 ​ = 1.94 ⋅ 10 - 3   m o l ⋅ 105.99   g m o l

    m N a 2 ​ C O 3 ​ = 0.206   g

    m N a 2 ​ C O 3 ​ = 206   m g

    Agora calculamos a concentração de N a 2 C O 3 em mg/mL de solução:

    γ N a 2 C O 3 = m N a 2 C O 3 V s o l u ç ã o  

    = 206 25 = 8.24 m g m L

  9. O volume do ponto final da fenolftaleína é 0 mL, enquanto o volume do ponto final do verde de bromocresol é 33,33. Vemos que o volume de fenolftaleína é 0 e o volume de verde de bromocresol é maior que zero. Então, de acordo com a Tabela 16-2, quando:

V f e n = 0 ; V b c g > 0

temos apenas N a H C O 3 em amostra. Calculamos mols de N a H C O 3   usando a concentração de HCl e volume de verde de bromocresol

n N a H C O 3 = H C l V b c g

= 0.1202 ∙ 0.03333 L

= 4.006 ∙ 10 - 3   m o l

A massa de N a H C O 3 pode ser calculado usando os mols e a massa molar de N a H C O 3 :

m N a H C O 3 ​ = n N a H C O 3 ​ ⋅ M N a H C O 3 ​

= 4.006 ∙ 10 - 3 ∙ 84

= 0.337   g

= 336 m g

Agora calculamos a concentração de N a H C O 3 em mg/mL de solução:

γ N a H C O 3 = m N a H C O 3 V s o l u ç ã o

= 337 25

= 13.48   m g / m L

Resposta

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