7ª LISTA - EXERCÍCIOS DE PROVAS Equilíbrio ácido-base. 2,10 x 10-4
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- Daniela Pinhal Prada
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1 Pg. 1/8 1 a Questão A tabela abaixo apresenta os valores das constantes de basicidade, K b, a 25 C, para diferentes espécies em solução aquosa. Espécies K b CH 3 C - 5,60 x CN - 2,50 x 10-5 C 3 2-2,10 x 10-4 Suponha que todas as reações ocorrem a 25 C e responda o que se pede. a) Colocar as espécies acima em ordem CRESCENTE de basicidade, justificando sua resposta. b) Considere que 2,00 mol de CH 3 C - foram adicionados em água formando 5,00 L de solução. Calcule o ph da solução após o estabelecimento do equilíbrio representado na equação 1. CH 3 C - (aq) + H 2 (l) CH 3 CH(aq) + H - (aq) eq. 1 c) Calcule as concentrações de cada espécie no equilíbrio representado na equação 2, sabendo que as concentrações iniciais de C , HC 3 e H - são, respectivamente, 0,200 mol L -1, 0,100 mol L -1 e 0,100 mol L -1, e que a quantidade que reage é 0,093 moll -1. C 2-3 (aq) + H 2 (l) HC - 3 (aq) + H - (aq) eq. 2 d) Explique, de acordo com o principio de Le Chatelier, o efeito da adição do HCl, um ácido forte, ao equilíbrio representado na equação 3. CN - (aq) + H 2 (l) HCN(aq) + H - (aq) eq. 3 a) rdem crescente de basicidade: CH 3 C - < CN - 2- < C 3 b) ph = 9,175 c) [C 2-3 ] = 0,293 mol L -1 ; [HC - 3 ] = [H - ] = 0,007 mol L -1 d) HCl, ácido forte se dissocia totalmente gerando H + e Cl -. H + reage com H - deslocando o equilíbrio para direita.
2 Pg. 2/8 2 a Questão As vinícolas adicionam ácido tartárico, C 4 H 6 6 (representado aqui como H 2 Tar), aos vinhos para a obtenção de cor viva e sabor agradável. ácido tartárico se ioniza em duas etapas. Considere apenas a 1ª etapa, que se encontra representada abaixo: H 2 Tar(aq) H + (aq) + HTar - (aq) pka 1 = 3,036 (25 ºC) a) Um técnico preparou uma solução aquosa 6,75 x 10-6 g ml -1 de ácido tartárico. Calcule o ph da solução, no equilíbrio. b) técnico adicionou 1,00 x 10-4 mol de HCl a 1,00 L da solução do item a. Calcule o ph da solução após o equilíbrio ser restabelecido, sabendo que a concentração final de H 2 Tar é 3,00 x 10-6 mol L -1. Considere que não há variação de volume. c) Explique o que ocorre com o grau de dissociação do H 2 Tar, quando: - adiciona-se ácido forte; - adiciona-se base forte; - aumenta-se a pressão sobre o sistema reacional. M(H 2 Tar) = 150,0 g mol -1 a) ph = 4,367 b) ph = 3,848 c) que acontece com o grau de ionização: -Quando se adiciona ácido forte ao H 2 Tar, o grau de ionização diminui, porque, pelo efeito do íon comum, aumenta a concentração de H + e, para restabelecer o equilíbrio, a reação se processa no sentido dos reagentes, ou seja, no sentido da produção da forma molecular do ácido tartárico, H 2 Tar. -Quando é adicionada base forte, o grau de ionização aumenta, porque o H - da base forte retira H + do equilíbrio e, consequentemente, para repor estes íons, o H 2 Tar se dissocia mais. A reação se desloca no sentido dos produtos (direto), aumentando a concentração das formas ionizadas. -Quando é aumentada a pressão sobre o sistema reacional, não há variação no grau de ionização. A pressão só tem influencia quando reagentes ou produtos são gases e, neste caso, reagentes e produtos encontram-se em solução aquosa.
3 Pg. 3/8 3 a Questão Considere as substâncias da tabela abaixo e os respectivos valores de suas constantes de ionização, K b, a 25 o C: Substância Fórmula K b Anilina C 6 H 5 NH 2 4,40 x Morfina C 17 H 19 N 3 Y Metilamina CH 3 NH 2 4,40 x 10-4 Estricnina C 21 H 22 N 2 2 1,00 x 10-6 a) Calcule o grau de ionização da metilamina preparada pela adição de 0,200 mol desta sustância em água, formando uma solução de volume final de 2,00 litros, sabendo que o ph da solução resultante, no equilíbrio, é 11,8. equilíbrio de ionização da metilamina é representado na equação abaixo. CH 3 NH 2 (aq) + H 2 (l) CH 3 NH + 3 (aq) + H - (aq) b) Após a adição de NaH, uma base forte, ao sistema em equilíbrio mencionado no item a, explique o que ocorre com o valor de K b e com a concentração da espécie CH 3 NH 2 quando o equilíbrio for restabelecido. c) Considere um volume de 1,00 L de uma solução aquosa contendo 0,300 mol de morfina. Calcule o K b da reação de ionização da morfina, representada abaixo, sabendo que, no equilíbrio, restam 85,0% da morfina na forma não ionizada C 17 H 19 N 3 (aq) + H 2 (l) C 17 H 20 N + 3 (aq) + H - (aq) d) Dentre as substâncias anilina, morfina e estricnina, explique qual é a base mais fraca. a) 6 % b) - K b não se altera com a variação das concentrações de regentes ou produtos, uma vez que estas variam proporcionalmente e no equilíbrio a razão K b [H ][CH 3NH3 ] permanece constante. [CH NH ] Após a adição de NaH (íons H-, íon comum) são inseridos no sistema, deslocando o equilibrio para o lado esquerdo, ou seja, para a formação de reagente, CH 3 NH 2. Assim, a concentração de CH 3 NH 2 aumenta. c) K b = 7,94 x 10-3 ou 7,9 x 10-3 (depende do cálculo). d) A mais fraca é a que possui o menor Kb, pois se ionizará menos, ou seja, é a anilina.
4 Pg. 4/8 4a Questão ácido sulfídrico, H 2 S, é um ácido fraco, formado segundo a equação abaixo: 2H + (aq) + S 2- (aq) H 2 S(aq) a) A tabela representa as duas etapas de dissociação do ácido sulfídrico em água, a 25 o C. Complete os valores faltantes, mostrando os cálculos correspondentes. Equação Reação K a pk a 1 H 2 S(aq) H + (aq) + HS - (aq) 1,0 x HS - (aq) H + (aq) + S 2- (aq) 12,9 b) A liberação do íon H + será mais fácil na equação 1 ou na equação 2? Justifique. c) Comparando o equilíbrio 1 e o equilíbrio 2, diga qual é a base conjugada mais forte, HS - ou S 2-. Justifique. d) Calcule o ph da solução aquosa preparada pela adição de 6,80 g de H 2 S em água, formando 2,00 L de solução. Considere, para fins de cálculo, apenas a equação 1. M(H 2 S) = 34,00 g mol -1 a) Eq. 1 pka = 7,00 Eq. 2 Ka = 1 x b) Será mais fácil liberar o íon H + da equação 1, porque tem maior Ka e com isso há mais quantidade produtos do que reagentes no equilíbrio da equação 1, em relação ao equilíbrio da equação 2. Além disso, é mais difícil retirar H + na segunda equação, pois o HS - já tem uma carga negativa. c) É o íon S 2-. Quanto mais fraco for o ácido (no caso é o HS -, do equilíbrio 2, o ácido mais fraco), mais forte será sua base conjugada correspondente. Entre a base conjugada do equilíbrio 1(HS-) e a base conjugada do equilíbrio 2(S 2- ), o S 2- tem duas cargas negativas e por isso tem maior avidez pelo íon H +. d) ph = 4,00
5 Pg. 5/8 5 a Questão 1) ácido acrílico, CH 2 CHCH, é usado na indústria de polímeros para a produção de acrilatos. Sua dissociação é representada pela equação 1: equação 1: CH 2 CHCH(aq) + H 2 (l) CH 2 CHC - (aq) + H 3 + (aq) K a = 5,6 x 10-5 a 25 o C a) CH 2 CHCH é considerado um ácido forte ou fraco? Justifique. Qual é a sua base conjugada? b) Calcule o ph de uma solução deste ácido preparada a 0,11 mol L -1. c) Considere a reação representada na equação 2, entre o ácido acrílico e o hidróxido de sódio, NaH uma base forte: equação 2: CH 2 CHCH(aq) + NaH(aq) CH 2 CHCNa(aq) + H 2 (l) Calcule o ph da solução aquosa resultante da reação de 100 g de ácido acrílico com 100 g de NaH, em um volume final de 2,00 L de solução. Desconsidere a reação do CH 2 CHCNa com a água. M(CH 2 CHCH ) = 72,0 g mol -1 M(NaH) = 40,0 g mol -1 a) Fraco. Não se dissocia totalmente. Forma uma base conjugada, CH 2 CHC -, forte. b) ph = 2,61 c) ph = 13,744 ou 13,74 (depende do cálculo)
6 Pg. 6/8 6 a. Questão Uma amostra de aspirina contendo 2,00 g de ácido acetilsalicílico, HC 9 H 7 4, um ácido fraco que tem um hidrogênio ionizável, é dissolvida com água até 100 ml dissociando-se segundo a reação abaixo. ph dessa solução resultante é igual a 2,20. HC 9 H 7 4 (aq) + H 2 (l) C 9 H 7-4 (aq) + H 3 + (aq) a) Determine a constante de ionização deste ácido fraco. b) Avalie o que ocorre quando 0,0100 mol de HCl (ácido forte) é adicionado à solução em equilíbrio, mostrando em que sentido a reação se desloca para restabelecer o equilíbrio e calcule o ph da solução resultante. M(HC 9 H 7 4 ) = 180 g mol -1 a) 3,8 x 10-4 b) ph = 1,00
7 Pg. 7/8 7 a. Questão Veronal (verh, ácido dietilbarbitúrico) é o nome comercial do primeiro sedativo e sonífero do grupo dos barbitúricos. Em solução aquosa esse ácido sofre ionização segundo a equação abaixo: H 3 C H 3 C H H 3 C N H N - 3 C (aq) + H 2 (l) (aq) + H 3 + (aq) N N H (verh) (ver - ) H a) Calcule K a para o ácido e o ph para uma solução preparada pela dissolução de 0,020 mol de veronal em 1,0 L de água, a 25 o C. grau de ionização do veronal nessa solução é de 0,14%. b) Explique o que irá ocorrer ao equilíbrio descrito no item a quando 1,00 x 10-4 mol de HCl (ácido forte) forem adicionados à solução. Calcule o ph da solução resultante após o equilíbrio ser restabelecido. Considere que não há variação de volume. c) Calcule K b para a base conjugada do veronal, a 25 o C. d) Segundo o conceito de Bronsted-Lowry, a água é uma substância que pode comportarse como um ácido ou como uma base. Identifique, na representação do equilíbrio acima, se a água se comporta como ácido ou como base e justifique sua resposta. Kw = 1,00 x 10-14, a 25 ºC a) 3,9 x 10-8 ; ph = 4,55 b) equilibrio se deslocaria para o lado esquerdo da equação (formação de reagente) pois o HCl se ioniza completamente fornecendo ions H 3 +, íon comum ao equilibrio. ph = 3,969 c) 2,6 x 10-7 d) Segundo o conceito de Bronsted-Lowry ácido é uma substância que, em solução aquosa, doa íons H + e a base é uma substância que recebe íons H +. No equilíbrio descrito, a água esta recebendo H + do veronal, portanto, comporta-se como base.
8 Pg. 8/8 8 a. Questão A efedrina, C 10 H 15 N, pode ser encontrada em vários medicamentos que agem contra os sintomas da gripe. No entanto, quando associada à cafeína e a outras drogas, ela atua como estimulante do sistema nervoso central. Esse composto é uma base fraca que, em solução aquosa, ioniza-se segundo a reação abaixo: C 10 H 15 N(aq) + H 2 (l) C 10 H 15 NH + (aq) + H - (aq) a) Uma solução de efedrina foi preparada pela adição de 0,035 mol desse composto em 1,000 L de água. Calcule as concentrações de C 10 H 15 N, C 10 H 15 NH + e H -, em mol L -1, no equilíbrio, sabendo que o ph da solução é 11,33. b) Calcule o valor de K b da efedrina. c) Após a reação acima ter atingido o equilíbrio, nas condições descritas no item a, 0,025 mol de hidróxido de sódio, NaH, uma base forte, foi introduzido no recipiente da reação. Considerando que a adição de NaH não altera o volume final da solução, calcule as concentrações de C 10 H 15 N, C 10 H 15 NH + e H -, em mol L -1, quando o equilíbrio for restabelecido. d) Explique o efeito da adição do NaH na ionização da efedrina usando o Principio de Le Chatêlier e diga se é esperado um aumento ou uma diminuição do ph da solução. a) [H - ] = 0,0021 mol L -1; [C 10 H 15 NH + ] = [H - ] = 0,0021 mol L -1 ; [C 10 H 15 N] = 0,032 mol L -1 b) 1,4 x 10-4 c) [H - ] = 2,5 x 10-2 mol L -1 ; [C 10 H 15 NH + ] = 1,9 x 10-4 ; [C 10 H 15 N] = 0,035 mol L -1 d) Com a adição de NaH, o equilíbrio irá deslocar-se para o lado dos reagentes. Portanto, a quantidade de efedrina ionizada será menor. A adição de NaH levará a um aumento do ph da solução, uma vez que trata-se de uma base forte.
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