PAGQuímica 2011/1 Exercícios de Equilíbrio Ácido-Base – Parte III

Kw = [H+][OH-] = 1,0x10-14 (a 25o C) Sólido Fórmula Kps Carbonato de Bário BaCO3 4,9x10-9 Carbonato de Cádmio CdCO3 2,5 x 10-14 Carbonato de Magnésio MgCO3 1,0 x 10-5 Ácido Fórmula K’s Acético CH3COOH (HOAc) 1,75x10-5 Arsênico H3AsO4 6,0x10-3/1,05x10-7/3,0x10-12 Benzóico C6H5COOH (HBz) 6,14x10-5 Bórico H3BO3 5,83x10-10 Carbônico H2CO3 4,6x10-7/4,79x10-11 Cianídrico HCN 2,1x10-9 Cítrico HOOC-(OH)-COOHCH2COOH

(H3Cit) 7,4x10-4/1,7x10-5/3,98x10-7

Fluorídrico HF 7,2x10-4 Fórmico HCOOH 1,7x10-4 Fosfórico H3PO4 6,9x10-3/6,2x10-8/4,8x10-13 Fosforoso H3PO3 1,00x10-2/2,57x10-7 o-Ftálico C6H4(COOH)2 (H2Ph) 1,12x10-3/3,91x10-6 Hipocloroso HOCl 3,0x10-8 Oxálico H2C2O4 (H2ox) 5,6x10-2/5,1x10-5 Maleico cis-HOOC-CH=CH-COOH (H2M) 1,20x10-2/5,96x10-7 Succínico COOH(CH2)2COOH (H2Suc) 6,31x10-5/2,51x10-6 Sulfídrico H2S 5,8x10-7/1,2x10-15 Sulfuroso H2SO3 1,72x10-2/6,43x10-8 Tartárico H2C4H4O6HOOC(CHOH)2COOH

(H2T) 1,0x10-3/4,6x10-5

Base Fórmula K’s Amônia NH3 1,76x10-5 Etilenodiamina H2NC2H4NH2 (en) 8,5x10-5/7,1x10-8

Hidroxilamina NH2OH 9,1x10-9 Piridina C5H5N 1,7x10-9

Uréia (NH2)2CO 1,26x10-14 1. Explique: a) qual é a faixa de pH de utilização para uma solução tampão que utilizar HCN e NaCN como par ácido-sal? b) como se seleciona um tampão apropriado para um dado pH. c) o que é um indicador? Qual o princípio do seu funcionamento? d) se desejar-se preparar uma solução de pH = 6,24 com o maior poder tamponante possível, qual das seguintes soluções será a mais adequada para

este fim: i) NH4OH e NH4Cl 0,2 mol/L; ii) ácido acético e acetato de sódio 0,1 mol/L; iii) H2S e NaHS 0,02 mol/L; iv) H2S e KHS 0,08 mol/L? e) como proceder para preparar uma solução tampão de pH = 10 tendo em estoque no laboratório apenas NaHCO3, além de alguns reagentes mais comuns. 2. Preparou-se uma solução 0,25 mol/L de carbonato de sódio (Na2CO3) em água. a) qual o pH da solução? Ignore uma eventual segunda hidrólise do ânion. b) qual ou quais dos respectivos carbonatos podem ser precipitados pela adição de 5 x 10-6 mol dos cátions correspondentes a 1 L dessa solução: Ba2+, Cd2+ e Mg2+? c) se o pH for ajustado para 5, qual ou quais dos carbonatos anteriores devem precipitar? d) voltando à solução de partida, descreva duas maneiras de se preparar soluções tampão a partir dela e de quaisquer outros reagentes à sua escolha. e*) sabendo a expressão de α2 para um ácido diprótico, proponha uma expressão para α4 para um ácido tetraprótico como por exemplo o EDTA. 3. Sabendo as constantes de dissociação dos ácidos oxálico (H2C2O4), fosfórico (H3PO4) e fórmico (HCOOH), determine: a) qual o melhor par conjugado para se obter um tampão de pH = 2,88? b) como se preparam 50 mL deste tampão, dispondo-se de soluções 0,10 mol/L de cada membro do par conjugado? 4. Qual o pH resultante das seguintes soluções aquosas (apresente os equilíbrios envolvidos e indique os cálculos realizados): a) HOCl 0,5 mol/L+ NaOCl 0,2 mol/L b) KHCO3 + K2CO3 (1 mol/L cada) c) NaH2Cit 0,5 mol/L+Na2HCit 0,2 mol/L (onde H2Cit- e HCit2- são ânions derivados do ácido cítrico) d) biftalato de potásio + ftalato de potássio (0,11 mol/L cada) e) ácido cítrico 0,12 mol/L + seu sal monossódico 0,21 mol/L 5. A seguir são apresentadas duas afirmações. Classifique-as como verdadeiras ou falsas. No caso de afirmações falsas, reescreva-as, corrigindo o que for necessário. a) para se preparar um tampão bissulfeto/sulfeto não é necessário que se tenha no laboratório ambos os sais. b) um ácido fraco e seu sal sempre constituirão uma solução tampão de pH ácido. 6. O hidróxido de zinco (Zn(OH)2) é um composto pouco solúvel. A adição de NaOH a uma solução de Zn2+ leva a formação de um precipitado, mas a adição de excesso de NaOH redissolve o precipitado, levando à formação de Zn(OH)4

2-. Este íon complexo tem uma constante de formação tão elevada (2,8 x 1015), que qualquer pH ligeiramente superior a 7 leva à dissolução do precipitado. Explique a melhor maneira de preparar uma solução de pH = 7, na qual virtualmente todo o

Zn2+ vá precipitar na forma de hidróxido, utilizando os dados constantes no formulário (HCN, HF, H2S, H2SO3, H2CO3, uréia) e explicitando qual deve ser a relação entre as concentrações das espécies presentes. 7. Deseja-se tamponar um determinado meio no pH = 6,5 a) consultando a tabela de constantes de ionização (H3AsO4, H2CO3, ácido maleico, H2S), sugira um par tamponante para este meio, justificando sua resposta. b) calcule a massa do sal sódico que deve ser adicionada a 200 mL de solução de ácido 0,500 mol/L para produzir o tampão sugerido em a. c) quais são o pH e a variação de pH resultante da adição de 80 mg de NaOH à solução tampão inicial? Compare com a variação de pH resultante da adição do NaOH em 1 L de água pura. 8. Deseja-se tamponar um determinado meio no pH = 6,4 a) consultando a tabela de constantes de ionização, sugira um par tamponante para este meio a partir do H3PO3 e seus sais, justificando sua resposta. b) calcule a massa do sal sódico que deve ser adicionada a 1000 mL de solução de ácido 0,500 mol/L para produzir o tampão sugerido em a). c) quais são o pH e a variação de pH resultante da adição de 80 mg de NaOH à solução tampão inicial? Compare com a variação de pH resultante da adição do NaOH em 1000 mL de água pura. 9. Foram preparados 100 mL de solução tampão hidrogenocitrato de sódio (Na2HCit, genericamente) 0,20 mol/L e citrato de sódio (Na3Cit, genericamente) 0,15 mol/L. a) qual é o pH dessa solução tampão? b) quais são o pH e a variação de pH resultante da adição de 10 mL de HCl 0,1 mol/L à solução tampão inicial? Compare com a variação de pH resultante da adição do HCl em 100mL de água pura. c) quais são o pH e a variação de pH resultante da adição de 10 mL de KOH 0,1 mol/L à solução tampão inicial? Compare com a variação de pH resultante da adição do KOH em 100 mL de água pura. 10. Deseja-se preparar uma solução tampão de pH = 7, a partir de ácido hipocloroso (HClO) e seu sal sódico. a) qual a massa de sal que deve ser misturada a 400 mL de ácido 1 mol/L para produzir este tampão? b) qual a variação de pH decorrente da adição de 100 mL de solução 0,5 mol/L de HCl a 400 mL do tampão? Compare com a variação de pH resultante da adição do HCl em 400 mL de água pura. c) qual a variação de pH decorrente da adição de 100 mL de solução 0,2 mol/L de NaOH a 400 mL do tampão? Compare com a variação de pH resultante da adição do NaOH em 400 mL de água pura. 11. Precisa-se tamponar um meio reacional a um pH = 4,75.

a) dentre os seguintes pares (ácido ou base + seu(s) sal(is)), escolha o mais adequado para preparar tal tampão: ácido arsênico, piridina, ácido cianídrico, ácido fosfórico, amônia, ácido fluorídrico e ácido fórmico. b) qual a relação entre as espécies que compõem este tampão, para se obter o pH desejado? c) se for necessário que esse tampão resista à adição de 10 mL de solução de HNO3 0,10 mol/L sem que o pH caia a menos de 4,70, qual deve ser a concentração mínima de cada espécie? d) se for necessário que esse tampão resista à adição de 10 mL de solução de KOH 0,10 mol/L sem que o pH se eleve a mais de 4,80, qual deve ser a concentração mínima de cada espécie? 12. Uma reação deve ocorrer em um meio tamponado de pH 5,50. Para obter a solução tampão desejada, você tem a sua disposição as seguintes soluções: ácido succínico 1,0 mol/L, HCl 3,0 mol/L e NaOH 3,0 mol/L. a) quais soluções você utilizaria? b) qual a relação entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão para que seja obtido o pH desejado? c) que volume de solução de HCl ou NaOH (a que você escolheu no item a) deve ser adicionado a 1,0 L de ácido succínico para obter o pH 5,50? d) calcule o valor do pH final da solução tampão se a ela forem adicionados 10 milimols de KOH sólido. 13. Precisa-se tamponar um meio reacional a um pH = 4,20. a) dentre os seguintes pares (ácido + seu sal ou base + seu sal), escolha o mais adequado para preparar tal tampão: ácido bórico, hidroxilamina, ácido benzóico, ácido fosfórico, amônia e ácido fluorídrico. b) qual a relação entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão, para se obter o pH desejado? c) se for necessário que 1 litro desse tampão resista à adição de 10 milimols de HNO3 sem que o pH caia a menos de 4,10, qual deve ser a concentração mínima de cada espécie? 14. Precisa-se tamponar um meio reacional a um pH = 4,00. a) consultando a tabela de constantes de ionização de ácidos e bases fracos, selecione o par conjugado (ácido fraco + seu sal ou base fraca + seu sal) mais adequado para preparar o melhor tampão com este pH, dentre as seguintes espécies: ácido acético, ácido bórico, ácido fluorídrico, ácido tartárico e etilenodiamina. b) qual deve ser a relação necessária entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão para se obter o pH desejado? c) qual deve ser a concentração mínima de cada espécie, se for necessário que 1 litro desse tampão resista à adição de 10 milimols de KOH sem que o pH se eleve a mais de 4,10? 15. Precisa-se tamponar um meio reacional a um pH = 9,00.

a) consultando a tabela de constantes de ionização de ácidos e bases fracos, selecione o par conjugado (ácido fraco + seu sal ou base fraca + seu sal) mais adequado para preparar o melhor tampão com este pH que resista a variações de temperatura, dentre as seguintes espécies: ácido bórico, ácido cianídrico, amônia. b) qual deve ser a relação necessária entre as concentrações das espécies que compõem esse tampão para se obter o pH desejado? c) qual deve ser a concentração mínima de cada espécie, se for necessário que 1 litro desse tampão resista à adição de 10 milimols de HNO3 sem que o pH caia a menos de 8,90? *: alfa-valores: assunto não abordado na QUI01004 em 2011/1 devido a restrições de cronograma.