10/22/2013. Segunda Avaliação (20/11): Precipitações Fracionadas. - Precipitações Fracionadas. - Auto-Ionização da Água

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1 Segunda Avaliação (20/11): - Precipitações Fracionadas - Auto-Ionização da Água - Equílíbrio Químico Tratamento Sistemático - Equilíbrio Ácido-Base e cálculos de ph - Sistemas Tamponantes - Hidrólise 1 Precipitações Fracionadas 2 Considere uma solução contendo íons Pb 2+ e Hg 2 2+ na concentração de 0,010 mol/l cada. Ambos os íons formam sais de iodeto insolúveis PbI 2 (s) Pb I - K PS = 7, Hg 2 I 2 (s) Hg I - K PS = 4, É possível diminuir a concentração de Hg 2 2+ de 99,990% por precipitação seletiva com I -, sem precipitar Pb 2+? Concentração inicial de Hg 2 2+ : 0,010 mol/l Concentração final de Hg 2 2+ : 0,010 mol/l 0,010% = 1, mol/l 3 1

2 1 o. Passo: Encontrar a concentração de iodeto. Hg 2 I 2 (s) Hg I - K PS = 4, K PS = [Hg 2+ 2 ] [I - ] 2 = 4, (1, ) [I - ] 2 = 4, [I - ] = 6, mol/l 2 o. Passo: Vai precipitar Pb 2+? Verificar solubilidade do PbI 2 : PbI 2 (s) Pb I - K PS = 7, Q = [Pb 2+ ] [I - ] 2 (0,010) (6, ] 2 = 4, Q K PS (7, ) separação é factível!!! 4 Considere uma solução contendo íons Ba 2+ e Ca 2+ na concentração de 0,010 mol/l cada. A esta solução, íons SO 4 são adicionados em pequenas alíquotas. (a) Qual a [SO 4 ] no momento em que BaSO 4 começa a precipitar? BaSO 4 (s) Ba 2+ + SO 4 K PS = 1, [Ba 2+ ][SO 4 ] = 1, (0,010)[SO 4 ] = 1, [SO 4 ] = 1, mol/l 5 Considere uma solução contendo íons Ba 2+ e Ca 2+ na concentração de 0,010 mol/l cada. A esta solução, íons SO 4 são adicionados em pequenas alíquotas. (b) Qual a [SO 4 ] no momento em que CaSO 4 começa a precipitar? CaSO 4 (s) Ca 2+ + SO 4 K PS = 1, [Ca 2+ ][SO 4 ] = 1, (0,010)[SO 4 ] = 1, [SO 4 ] = 1, mol/l 6 2

3 Considere uma solução contendo íons Ba 2+ e Ca 2+ na concentração de 0,010 mol/l cada. A esta solução, íons SO 4 são adicionados em pequenas alíquotas. (c) Qual a [Ba 2+ ] no momento em que CaSO 4 começa a precipitar? BaSO 4 (s) Ba 2+ + SO 4 K PS = 1, [Ba 2+ ][SO 4 ] = 1, [Ba 2+ ](1, ) = 1, [Ba 2+ ] = 1, mol/l 7 Considere uma solução contendo íons Ba 2+ e Ca 2+ na concentração de 0,010 mol/l cada. A esta solução, íons SO 4 são adicionados em pequenas alíquotas. (d) Qual o intervalo de valores da [SO 4 ] que a separação dos íons Ba 2+ e Ca 2+ pode ser obtida? Concentração inicial de Ba 2+ : 0,010 mol/l Concentração final de Ba 2+ : 0,010 mol/l 0,1% = 1, mol/l BaSO 4 (s) Ba 2+ + SO 4 K PS = 1, [Ba 2+ ][SO 4 ] = 1, (1, )[SO 4 ] = 1, [SO 4 ] 1, mol/l (para precipitar 99,9% de Ba 2+ ). 8 Considere uma solução contendo íons Ba 2+ e Ca 2+ na concentração de 0,010 mol/l cada. A esta solução, íons SO 4 são adicionados em pequenas alíquotas. (d) Qual o intervalo de valores da [SO 4 ] que a separação dos íons Ba 2+ e Ca 2+ pode ser obtida? CaSO 4 (s) Ca 2+ + SO 4 K PS = 1, [Ca 2+ ][SO 4 ] = 1, (0,010)[SO 4 ] = 1, [SO 4 ] 1, mol/l 9 3

4 Considere uma solução contendo íons Ba 2+ e Ca 2+ na concentração de 0,010 mol/l cada. A esta solução, íons SO 4 são adicionados em pequenas alíquotas. (d) Qual o intervalo de valores da [SO 4 ] que a separação dos íons Ba 2+ e Ca 2+ pode ser obtida? 1, mol/l [SO 4 ] 1, mol/l [SO 4 ] 1, mol/l Precipita Ba 2+ [SO 4 ] 1, mol/l Precipita Ca Precipitações com H 2 S (1) H 2 S (g) H 2 S (Aq.) (2) H 2 S (Aq.) H + (Aq.) + HS - (Aq.) K 1 = 9, (3) HS - (Aq.) H + (Aq.) + S (Aq.) K 2 = 1, H 2 S (Aq.) 2 H + (Aq.) + S (Aq.) K = K 1 K 2 = 1, K 1, Cd ++ + S Zn ++ + S Fe ++ + S CdS (s) ZnS (s) FeS (s) K ps = 1,0 x = [Cd ++ ] [S ] K ps = 1,6 x = [Zn ++ ] [S ] K ps = 1,0 x = [Fe ++ ] [S ] 11 Considere uma solução contendo íons Cd 2+ e Zn 2+ na concentração de 0,0010 mol/l cada. Como separar os íons Cd 2+ e Zn 2+? Cd 2+ + S Zn 2+ + S CdS (s) ZnS (s) K ps = 1,0 x K ps = 1,6 x o. Passo: precipitar Cd 2+ (0,1%) CdS (s) Cd 2+ + S K PS = 1, [Cd 2+ ][S ] = 1, (1, )[S ] = 1, [S ] = 1, mol/l 12 4

5 Considere uma solução contendo íons Cd 2+ e Zn 2+ na concentração de 0,0010 mol/l cada. Como separar os íons Cd 2+ e Zn 2+? Cd 2+ + S Zn 2+ + S CdS (s) ZnS (s) K ps = 1,0 x K ps = 1,6 x o. Passo: ZnS (s) Zn 2+ + S K PS = 1, [Zn 2+ ][S ] = 1, (1, )[S ] = 1, [S ] = 1, mol/l 13 Considere uma solução contendo íons Cd 2+ e Zn 2+ na concentração de 0,0010 mol/l cada. Como separar os íons Cd 2+ e Zn 2+? 1, mol/l [S ] 1, mol/l Qual o intervalo de [H + ] ideal para a separação? H 2 S (Aq.) 2 H + (Aq.) + S (Aq.) K 1, [H + ] 2 [S ] = 1, Considere uma solução contendo íons Cd 2+ e Zn 2+ na concentração de 0,0010 mol/l cada. Como separar os íons Cd 2+ e Zn 2+? 1, mol/l [S ] 1, mol/l Qual o intervalo de [H + ] ideal para a separação? [H + ] 2 [S ] = 1, [S ] = 1, mol/l [H + ] = 1,1 mol/l 15 5

6 Considere uma solução contendo íons Cd 2+ e Zn 2+ na concentração de 0,0010 mol/l cada. Como separar os íons Cd 2+ e Zn 2+? 1, mol/l [S ] 1, mol/l Qual o intervalo de [H + ] ideal para a separação? [H + ] 2 [S ] = 1, [S ] = 1, mol/l [H + ] = 0,083 mol/l 0,083 mol/l [H + ] 1,1 mol/l 16 Ácidos e Bases - Equilíbrio Químico - Auto ionização da água -Balanços de carga e massa -Tratamento Sistemático 17 Produto Iônico da Água H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - Ácido 1 Base 2 Ácido 2 Base 1 2 H 2 O H 3 O + + OH - K = [H 3O + ][OH - ] [H 2 O] 2 K [H 2 O] 2 = [H 3 O + ][OH - ] = K w 18 6

7 Produto Iônico da Água K w = [H 3 O + ][OH - ] K w = Constante do Produto Iônico da Água Tabela 1. Variação de K w em função da temperatura. T ( C) K w 0 0, , , Tratamento Sistemático dos Equilíbrios Químicos 20 Balanço de Carga: demonstração algébrica da eletroneutralidade EXEMPLO 1. Suponha que uma solução contenha as seguintes espécies iônicas: H +, OH -, K +, H 2 PO 4-, HPO 4, PO 4. Balanço de Carga: [H + ] + [K + ] = [OH - ] + [H 2 PO 4- ] + 2 [HPO 4 ] + 3 [PO 4 ] 21 7

8 Balanço de Carga: demonstração algébrica da eletroneutralidade EXEMPLO 1. Suponha que uma solução contenha as seguintes espécies iônicas: H +, OH -, K +, H 2 PO 4-, HPO 4, PO 4. Balanço de Carga: [H + ] + [K + ] = [OH - ] + [H 2 PO 4- ] + 2 [HPO 4 ] + 3 [PO 4 ] Se, no equilíbrio, as concentrações das espécies forem: [H + ] = 5, mol/l [H 2 PO 4- ] = 1, mol/l [K + ] = 0,0550 mol/l [HPO 4 ] = 0,0220 mol/l [OH - ] = 0,0020 mol/l [PO 4 ] = 0,0030 mol/l 22 EXEMPLO 1. Suponha que uma solução contenha as seguintes espécies iônicas: H +, OH -, K +, H 2 PO 4-, HPO 4, PO 4. Balanço de Carga: [H + ] + [K + ] = [OH - ] + [H 2 PO 4- ] + 2 [HPO 4 ] + 3 [PO 4 ] 5, ,0550 = 0, , (0,0220) + 3 (0,0030) 5, ,0550 = 0, , , ,0090 5, ,0550 = 0, , ,0550 = 0, EXEMPLO 2. Escreva o balanço de carga para uma solução contendo H 2 O, H +, OH -, ClO 4-, Fe(CN) 6-, CN -, Fe 3+, Mg 2+, CH 3 OH, HCN, NH 3 e NH

9 EXEMPLO 2. Escreva o balanço de carga para uma solução contendo H 2 O, H +, OH -, ClO 4-, Fe(CN) 6-, CN -, Fe 3+, Mg 2+, CH 3 OH, HCN, NH 3 e NH 4+. Balanço de Carga: Espécies Positivas = [H + ] + 3[Fe 3+ ] + 2[Mg 2+ ] + [NH 4+ ] Espécies Negativas = [OH - ] + [ClO 4- ] + [Fe(CN) 6- ] + [CN - ] As espécies neutras (H 2 O, CH 3 OH, HCN, NH 3 ) não contribuem com cargas, portanto, não entram no balanço de carga. 25 EXERCÍCIOS 1. Uma solução de NaOH foi preparada pela dissolução do reagente de interesse em água. O ph da solução resultante foi igual a 7,2. A) Escreva o balanço de carga para esta solução. B) Determine o valor da concentração de OH - proveniente do reagente utilizado. 26 Balanço de Massa: demonstração da conservação da matéria. EXEMPLO 1. Suponha que uma solução seja preparada pela dissolução de 0,050 mol de ácido acético em água, totalizando um volume de 1,00 L. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + Balanço de Massa: [CH 3 COOH] + [CH 3 COO - ] = 0,050 mol/l Produto dissociado Produto não dissociado Quantidade dissolvida na solução 27 9

10 Balanço de Massa EXEMPLO 2. Suponha que uma solução seja preparada pela dissolução de 0,0250 mol de H 3 PO 4 em água, totalizando um volume de 1,00 L. H 3 PO 4 H 2 PO H + H 2 PO 4 - HPO 4 + H + HPO 4 PO 4 + H + Balanço de Massa: [H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [HPO 4 ] + [PO 4 ] = 0,0250 mol/l 28 Balanço de Massa EXEMPLO 3. Escreva o balanço de massa para os íons K + e PO 4 em uma solução preparada pela mistura de 0,0250 mol de KH 2 PO 4 com 0,0300 mol de KOH e diluída a 1,00 L. 29 Balanço de Massa EXEMPLO 3. Escreva o balanço de massa para os íons K + e PO 4 em uma solução preparada pela mistura de 0,0250 mol de KH 2 PO 4 com 0,0300 mol de KOH e diluída a 1,00 L. Balanço de Massa para o íon K + : [K + ] = 0,0250 mol/l + 0,0300 mol/l = 0,0550 mol/l Balanço de Massa para o íon PO 4 : [H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [HPO 4 ] + [PO 4 ] = 0,0250 mol/l 30 10

11 EXEMPLO 4. Escreva o balanço de massa para a solução saturada do sal pouco solúvel Ag 3 PO 4, o qual produz (quando dissolve) íons Ag + e PO 4. Balanço de Massa: [Ag + ] = 3 [PO 4 ] [Ag + ] = 3{[H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [HPO 4 ] + [PO 4 ]} 31 Ácidos e Bases Fracas HA + H 2 O H 3 O + + A - K a = [H 3 O + ] [A - ] [HA] B + H 2 O HB + + OH - K b = [HB + ] [OH - ] [B] 32 Equilíbrio de Ácidos Fracos (HA): como encontrar o ph de uma solução do ácido fraco HA? Balanço de carga: [H + ] = [A - ] + [OH - ] Balanço de massa: F = [A - ] + [HA] Equilíbrios: F = concentração formal. HA + H 2 O H 3 O + + A - H 2 O H + + OH

12 Equilíbrio de Ácidos Fracos (HA): Balanço de carga: [H + ] = [A - ] + [OH - ] Quando Ka Kw [A - ] [OH - ] Balanço de carga: [H + ] [A - ] Considerando F = [A - ] + [HA] e [A - ] = x [HA] = F - x K a = [H + ] [A - ] [HA] = (x) (x) F-x 34 Uma solução de ácido-hidróxibenzóico foi preparada na concentração formal de 0,0500 mol/l. Considerando o Ka = 1, , calcule o ph da solução e o grau de dissociação desse ácido fraco. 35 Equilíbrio de Ácidos Fracos (HA): F = 0,0500 M e Ka = 1, x 2 0,0500-x = 1, x 2 + (1, )x 5, = 0 x 1 = 6, x 2 = - 7, (valor rejeitado) 36 12

13 Equilíbrio de Ácidos Fracos (HA): x = 6, [HA] = F - x [HA] = 0,0500-6, [HA] = 0,0432 M ph = - log x = 2,17 37 Equilíbrio de Ácidos Fracos (HA): x = 6, [HA] = F - x [HA] = 0,0500-6, [HA] = 0,0432 M ph = - log x = 2,17 [H + ] [A - ] é justificável? [H + ][OH - ] = Kw [OH - ] = Kw/[H + ] = 1, M x = [A - ] = 6, M [H + ] = [A - ] + [OH - ] 38 Fração de Dissociação ( ) Definida como a fração do ácido na forma de A - = [A - ] [A-] + [HA] x = x + (F x) = x F = (6, )/(0,0500) = 0,136 ou 13,6% 39 13

14 Equilíbrio de Bases Fracas (B): B + H 2 O HB + + OH - K b = [HB + ] [OH - ] [B] Balanço de carga: [OH-] = [HB + ] + [H + ] Balanço de massa: F = [B] + [HB + ] [OH-] = [HB + ] = x [B] = F - x 40 Equilíbrio de Bases Fracas (B): K b = (x) (x) F - x Exemplo: Calcule o ph e o valor de para a cocaína, com concentração formal igual a 0,0500 M. Kb = 2, Resposta: =???? 41 EXERCÍCIOS 1.Determine o ph e o grau de dissociação ( ) de uma solução 0,100 mol/l de um ácido fraco com K a = 1, Determine o ph e o grau de dissociação ( ) de uma solução 0,100 mol/l de um ácido fraco com Ka = 1, Uma solução de ácido benzóico 45 mmol/l tem um ph de 2,78. Calcule o Ka deste ácido

15 4. Uma solução de um ácido fraco, HA, 45 mmol/l está 0,60% dissociado. Calcule o Ka deste ácido. 5. Determine o valor do K b de uma base fraca em uma solução 0,10 mol/l com ph = 9, Calcule o valor de K b para uma solução 0,10 mol/l de uma base fraca que está 2,0% hidrolisada. 43 Sistemas Tamponantes: Definições Conceituais 44 Definição: - Uma solução tampão consiste de uma mistura de um ÁCIDO e sua BASE CONJUGADA: ácido base ácido conjugado base conjugada Ou 45 15

16 Definição: - Uma solução tampão consiste de uma mistura de uma BASE e seu ÁCIDO CONJUGADO: base ácido ácido conjugado base conjugada 46 Ácido Fraco Base conjugada HA + H 2 O H 3 O + + A - pka = 4,00 0,10 - x x x pkb = 10,00 K a = [H 3 O + ] [A - ] [HA] 1, = (x) (x) (F x) x = 3, mol/l = x F = 0,031 3,1 % dissociado 47 Ácido Fraco Base conjugada A - + H 2 O HA + OH - 0,10 - x x x pka = 4,00 pkb = 10,00 K b = = (x) (x) F - x x F x = 3, mol/l = 3,

17 HA + H 2 O H 3 O + + A - [H 3 O + ] [A - ] K a = [H 3 O + K ] = a [HA] [HA] [A - ] - log [H 3 O + [HA] ] = - log K a - log [A - ] [A ph = pka + log - ] [HA] Equação de Henderson-Hasselbalch 49 B + H 2 O HB + + OH - [HB + ] [OH - ] [B] K b [B] K b = [OH - ] = [HB + ] - log [OH - [B] ] = - log K b - log [HB + ] poh = pk b + log [HB + ] [B] 50 17

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