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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. 50

Suponha que 0,242   g   de ácido oxálico, C O O H 2 , foram dissolvidos em 50,0   m L de água. (a) Estime o p H   desta solução. (b) Estime o p H da solução obtida se forem adicionados 15,00   m L de uma solução 0,150   M de N a O H ( a q ) à solução de ácido oxálico. (c) Estime o p H da solução se mais 5,00   m L da solução de N a O H ( a q ) forem adicionados da parte (b)

Passo 1

  1. Vamos começar calculando a concentração de ácido oxálico C O O H 2

    2. Dado: M C O O H = 90,03   g ⋅ m o l - 1

    C C O O H 2 = 0,242   g 90,03   g ⋅ m o l - 1 × 0,050   L = 0,054   m o l ⋅ L - 1

    Passo 2

    Construindo a tabela do equilíbrio para a reação:

    K a C O O H 2 = H O O C - C O O - × [ H 3 O + ] [ C O O H 2 ] = 5,9 × 10 - 2   ( T a b e l a )

    Passo 3

    Resolvendo a equação do 2º grau:

    5,9 × 10 - 2 = H O O C - C O O - × H 3 O + C O O H 2 5,9 × 10 - 2 = x × x 0,054 - x 0,054 - x × 0,059 = x 2 x 2 + 0,059 x - 0,0032 = 0 x = - 0,059 ± 0,059 2 - 4 × 1 × - 0,0032 2 × 1 x = 0,034   ( r a i z   p o s i t i v a )

    Portanto, H 3 O + = 0,034   m o l ⋅ L - 1

    Passo 4

    Calculando o p H da solução:

    p H = - log ⁡ H 3 O + = - log ⁡ 0,034 = 1,5

    Passo 5

  2. A reação proposta é:

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

Todo o ácido oxálico é convertido em H C O O C - C O O - . Calculando o número de mols de ácido oxálico e O H -   na solução:

n C O O H 2 = 0,054   m o l ⋅ L - 1 × 0,0500   L = 2,7 × 10 - 3 m o l n O H - = 0,150   m o l ⋅ L - 1 × 0,0150   L = 2,25 × 10 - 3   m o l

Passo 2

Percebemos que a concentração de O H - é menor, portanto, há uma quantidade de ácido oxálico remanescente. Dessa forma, a segunda desprotonação não será considerada.

Passo 3

Calculando o número de mols de ácido oxálico que restaram:

n C O O 2 r e m a n e s c e n t e = 2,7 × 10 - 3 - 2,25 × 10 - 3 = 4,5 × 10 - 4

Calculando a concentração de ácido oxálico remanescente e de H O O C - C O O - formado:

c C O O H 2 = 4,5 × 10 - 4 0,065   L = 6,9 × 10 - 3 m o l ⋅ L - 1 c H O O C - C O O - = 2,25 × 10 - 3 0,065 = 3,4 × 10 - 3 m o l ⋅ L - 1

Passo 4

Considerando o equilíbrio C O O H 2 ( s ) + H 2 O l ⇌ H C O O C - C O O - a q + H 3 O + ( a q )

Construindo a tabela do equilíbrio:

K a C O O H 2 = H O O C - C O O - × H 3 O + C O O H 2 = 5,9 × 10 - 2

Substituindo os valores da tabela:

5,9 × 10 - 2 = H O O C - C O O - × H 3 O + C O O H 2 5,9 × 10 - 2 = 3,4 × 10 - 3 + x × x 6,9 × 10 - 3 - x 0,0069 - x × 0,059 = 0,0034 x + x 2 x 2 + 0,0624 x - 0,00041 = 0 x = - 0,0624 ± 0,0624 2 - 4 × 1 × - 0,00041 2 x = 5,99 × 10 - 3   r a i z   p o s i t i v a

Passo 5

A concentração de H 3 O + = 5,99 × 10 - 3   m o l ⋅ L - 1 Calculando o p H :

p H = - log ⁡ 5,99 × 10 - 3 p H = 2,22

Passo 6

c) Recaptulando:

O número de mols de C O O H 2   no sistema é 2,7 × 10 - 3   m o l

O número total de mols de íons de O H - após adicionar-se os 5   m L   de N a O H é:

n O H - = 2,25 × 10 - 3 + 0,150   m o l ⋅ L - 1 × 0,0050   L = 3,0 × 10 - 3   m o l

Os 2,7 × 10 - 3   m o l de ácido oxálico reagem com 2,7 × 10 - 3 mol de O H - , não restando mais ácido oxálico na solução.

Portanto são formados 2,7 × 10 - 3 m o l   de H O O C - C O O -

Passo 7

Agora vamos calcular o número de mols de íons O H - que restaram na solução :

n O H - = 3 × 10 - 3   m o l - 2,7 × 10 - 3   m o l = 3,0 × 10 - 4

O volume total da solução é 0,070   L . Dessa forma, a concentração de H O O C - C O O - e O H - que permanecem na solução são:

c H O O C - C O O - = 2,7 × 10 - 3 0,070   L = 3,86 × 10 - 2   m o l ⋅ L - 1 c O H - = 3,0 × 10 - 4 0,070   L = 4,29 × 10 - 3   m o l ⋅ L - 1

Passo 8

O valor de K a 2 para o ácido oxálico é muito pequeno. Portanto, ignoraremos a segunda dissociação já que não vai afetar de modo significativo a concentração de H 3 O + . Calculando [ H 3 O + ] :

H 3 O + × O H - = 10 - 14 H 3 O + = 10 - 14 4,29 × 10 - 3 H 3 O + = 2,33 × 10 - 12

Consequentemente, o p H :

p H = - log ⁡ H 3 O + = - log ⁡ 2,33 × 10 - 12 = 11,6

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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