AB-I - Concentrações e Diluições

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1 Problemas da disciplina de Química II Ácidos e bases 2º semestre de Coligidos por: Rita Delgado e Luís Vilas Boas e outros docentes do DEQB - IST Este ficheiro destina-se exclusivamente aos alunos da disciplina de Química II do Instituto Superior Técnico do 2º semestre do ano lectivo de Não pode ser manipulado ou copiado para nenhum outro fim. AB-I - Concentrações e Diluições 1.1 Pesaram-se, em balança analítica, 0,2465 g de NaCl (MM=58,44) que se dissolveram em 100 ml. Determine a concentração de solução em molaridade e em molalidade. Admitir para a densidade da solução: 1,000 g/ml. 1.2 a) Quantos mililitros de uma solução de ácido sulfúrico (98 % em peso e d=1,84 g/ml) são necessários para preparar 2 litros de uma solução de concentração 1,2 M? b) Admita que o ácido da solução preparada está totalmente dissociado. Qual a concentração de H +? Qual o ph da solução? 1.3 a) Determine a molaridade e a molalidade de uma solução de ácido clorídrico comercial: 37,0 % em peso e densidade 1,188 g/ml. M.M.(HCl) = 36,46 b) Quantos mililitros de HCl comercial são necessários para preparar 1 litro de uma solução 0,100 M? 1.4 Quantos mililitros de NaOH 10 M são necessários para preparar 1 litro de uma solução M? Qual o poh e o ph da solução? 1.5 Uma solução com um volume final de 500 ml foi preparada por dissolução de 25,0 ml de metanol (CH 3 OH, d = 0,7914 g/ml, M.M.= 32,04 mole) em clorofórmio. a) Determine a molaridade do metanol na solução. b) Se a solução tiver uma densidade de 1,454 g/ml, determine a molalidade do metanol ,0000 kg de água pura a 25 o C ocupa um volume de 1,00138 L. Calcule o número de moles de água existente em 1 L, à temperatura de 25 o C.

2 Problemas da disciplina de Química II Ácidos e bases 2º semestre de Coligidos por: Rita Delgado e Luís Vilas Boas e outros docentes do DEQB - IST Este ficheiro destina-se exclusivamente aos alunos da disciplina de Química II do Instituto Superior Técnico do 2º semestre do ano lectivo de Não pode ser manipulado ou copiado para nenhum outro fim. AB-II - Ácidos e Bases Monofuncionais 2.1 Calcule o ph da água pura a 20 ºC e a 25 ºC. K w (20 ºC) = 6, K w (25 ºC) = 1, Calcule a concentração em OH de uma solução com [H 3 O] + = 1, M, a 25 ºC. 2.3 O ião metilamónio (CH 3 NH 3 + ) tem uma constante de acidez K a = 2, Calcule a constante de basicidade (K b ) da metilamina a 25 ºC. 2.4 Calcule o ph de uma solução a) 0,01 M em HNO 3 b) 0,01 M em KCN. A constante de acidez do ácido cianídrico (HCN) é K a = 6, Qual a concentração de ácido fórmico (HCOOH) existente numa solução diluída deste ácido que apresente um ph = 3,00? Dados: temperatura 25 ºC e pk a (HCOOH) = 3,745 AB-III - Coeficientes de Actividade e Ácidos Polipróticos 3.1 Determine o ph e o poh de uma solução que resulta da mistura de 15,00 ml de HNO 3 0,0500 M, 25,0 ml de Ca(NO 3 ) 2 0,0600 M e 10,00 ml de KCl 0,020M, à temperatura de 25 o C.

3 3.2 Determine o ph de uma solução de barbiturato de potássio preparada por adição de 15,00 ml de uma solução de barbiturato de potássio 0,0250 M com 35,00 ml de uma solução de nitrato de potássio 0,100 M. K a (ácido barbitúrico) = 9, Determine os phs de soluções de biftalato de potássio (KHA) 0,010 M e 0,10 M. Despreze o efeito da força iónica. Constantes de dissociação do ácido ftálico: pk 1 = 2,950 e pk 2 = 5, A cisteína, cuja estrutura na sua forma completamente protonada é um ácido triprótico H 3 NCH(CH 2 SH)CO 2 H.Cl (H 3 A + Cl ), com as seguintes constantes de dissociação: K a1 = 1, ; K a2 = 4, ; K a3 = 1, Suponha que a 25,00 ml de uma solução de cisteína 0,011 M, na sua forma completamente protonada (H 3 A +.Cl ), se adicionaram 15,00 ml de uma solução de nitrato de sódio 0,50 M e 10,00 ml de NaOH 0,0275 M. a) Como designa a solução resultante do ponto de vista do seu comportamento ácido-base? Justifique. b) Qual a função da solução de nitrato de sódio adicionada? Justifique. c) Determine o ph da solução depois da adição de NaOH. Deduza a expressão de que necessita para os cálculos, justificando as aproximações se as houver. Considere K w = 1, Despreze o efeito da força iónica. d) Qual o valor de ph da solução se não desprezasse o efeito da força iónica? Justifique a sua resposta. 3.5 Uma toma de 20,00 ml de uma solução de carbonato de sódio 0,100 M foi titulada com uma solução de ácido clorídrico 0,250 M. Sabendo que as constantes de dissociação do ácido carbónico são: K a1 = 4, e K a2 = 4, : a) Determine o ph da solução após a adição de 16,00 ml da solução de HCl. Deduza a expressão que precisa nos cálculos, e despreze o efeito da força iónica. b) Determine a força iónica da solução a). Tendo em conta este valor da força iónica redetermine o ph da solução. c) Verifique se poderia utilizar o alaranjado de metilo para visualizar algum dos pontos de equivalência da titulação indicada neste problema, sabendo que pk ind

4 = 3,7. Sendo o vermelho a cor ácida do indicador e amarelo a sua cor básica, explique o funcionamento deste indicador. 3.6 Misturaram-se 35,00 ml de uma solução de NaOH 0,304 M com 25,00 ml de ácido arsénico 0,248 M. A solução rotulou-se com a letra A. a) Preveja o ph da solução A, justificando a sua resposta com um mínimo de cálculos. b) Faça o cálculo do ph da solução A, deduzindo as expressões que precisar. Considere os coeficientes de actividade unitários. c) Determine a força iónica da solução A. d) Determine os coeficientes de actividade de todas as espécies em solução, usando a expressão que considere mais adequada, justificando. e) Redetermine o ph da solução considerando o efeito da força iónica do meio. Dados: Constantes de dissociação do ácido arsénico: pk a1 = 2,19; pk a2 = 6,94; pk a3 = 11, Pesaram-se 0,527 g de uma amostra, que contém Na 2 CO 3, NaHCO 3 e impurezas inertes. Dissolveu-se a amostra em 4,00 ml de água e adicionaram-se 2 gotas do indicador fenolftaleína. A amostra dissolvida foi titulada com HCl 0,109 M, tendo-se gasto 15,70 ml para atingir a viragem do indicador. Em seguida, adicionaram-se 4 gotas do indicador alaranjado de metilo e prosseguiu-se a titulação com o mesmo titulante (HCl 0,109 M), tendo-se gasto mais 28,10 ml até à viragem do último indicador adicionado. a) Determine a percentagem de Na 2 CO 3 e de NaHCO 3 na amostra. b) Tendo em conta os dados que lhe são fornecidos no fim do problema explique por que foram necessários dois indicadores ácido-base para realizar a titulação? c) Verifique se o indicador alaranjado de metilo é adequado para a titulação descrita. Faça a dedução das expressões de que necessita para os cálculos e justifique as aproximações, se as houver. Não considere o efeito da força iónica. Dados: Constantes de dissociação do ácido carbónico: K a1 = 4, ; K a2 = 4, Fenolftaleína - zona de viragem: 8,0-9,6 (incolor/vermelho); Alaranjado de metilo - zona de viragem : 3,1-4,4 (vermelho/amarelo). MM (Na 2 CO 3 ) = 106; MM (NaHCO 3 ) = 84

5 Problemas da disciplina de Química II Ácidos e bases 2º semestre de Coligidos por: Rita Delgado e Luís Vilas Boas e outros docentes do DEQB - IST Este ficheiro destina-se exclusivamente aos alunos da disciplina de Química II do Instituto Superior Técnico do 2º semestre do ano lectivo de Não pode ser manipulado ou copiado para nenhum outro fim AB-IV - Soluções Tampão 4.1 A 50,00 ml de uma solução de formiato de sódio 0,0200 M adicionaram-se 10,00 ml de ácido clorídrico 0,0150 M. Qual o ph da solução resultante? Calcule a concentração de todas as espécies em solução. Dados: temperatura 25 ºC e pk a (HCOOH) = 3, Juntaram-se 10,0 ml de solução de NaOH 0,025 M a 25,00 ml de uma solução de ácido bórico 0,020 M (o pk a do ácido bórico é 9,23). Calcule o valor do poder-tampão da solução resultante, considerando unitários os coeficientes de actividade relevantes. 4.3 Qual é a massa de glicolato de sódio que deve ser adicionada a 250,0 ml duma solução de ácido glicólico 1,00 M para produzir uma solução-tampão de ph = 4,00. Calcule o valor do poder-tampão desta solução. Valor de K a = 1, para o ácido glicólico. 4.4 Misturaram-se 0,010 mol de NaH 2 PO 4 com 0,020 mol de Na 2 HPO 4 e ajustou-se o volume a 1 L. Calcule o valor do poder-tampão desta solução. Os valores de pka do ácido fosfórico são pk a1 = 2,12; pk a2 =7,20; pk a3 = 12, Admitindo que os valores de pk a do "ácido carbónico" são iguais a pk a1 =6,46; pk a2 = 10,36, calcule o valor do poder tampão duma solução-tampão preparada a partir de 100 ml solução de carbonato de sódio 0,10 M a que se juntou solução de ácido clorídrico 0,10 M até acertar o valor de ph= 10, Pretende-se preparar uma solução tampão de ph = 3,50 a partir do ácido salicílico (ver fórmula abaixo), cujas constantes de dissociação são: pk a1 = 2,97 e pk a2 = 13,74.

6 a) Quantos mililitros de uma solução de NaOH 0,202 M se devem adicionar a 25,0 ml de uma solução de ácido salicílico 0,0233 M para obter a referida solução tampão de ph = 3,50? Deduza a expressão que precisa nos cálculos. MM (ácido salicílico) = 138,12 b) Defina poder tampão de uma solução. Comente a eficiência do tampão preparado em b)? Justifique a sua resposta, sem fazer cálculos. 4.7 a) Quantos gramas de carbonato de sódio (MM = 105,99) se devem misturar com 5,00 g de bicarbonato de sódio (MM = 84,01) para preparar 100,00 ml de uma solução tampão com ph = 10,00? Deduza a expressão que precisa nos cálculos, e despreze o efeito da força iónica. Constantes de dissociação do ácido carbónico: pk a1 = 6,352; pk a2 = 10,329

7 Problemas da disciplina de Química II Reacções Redox 2º semestre de Coligidos por: Rita Delgado e Luís Vilas Boas e outros docentes do DEQB - IST Este ficheiro destina-se exclusivamente aos alunos da disciplina de Química II do Instituto Superior Técnico do 2º semestre do ano lectivo de Não pode ser manipulado ou copiado para nenhum outro fim. Reacções Redox 8.1 Determine o número de oxidação de cada elemento, nas seguintes espécies: FeCl 3, KMnO 4, SO 4 H 2, Zn 2+, P 2 O Considere as seguintes reacções: Fe H + + NO 3 Fe 3+ + NO 2 + H 2 O MnO H Fe 2+ Mn Fe H 2 O Diga quais as espécies que são objecto de oxidação ou redução. Identifique o redutor e o oxidante. 8.3 Acerte as seguintes equações redox em solução aquosa ácida: Cr 2 O SO 3 2- Cr 3+ + SO 4 2 Fe 2+ + NO 3 Fe 3+ + NO 2 H 2 O 2 + I I 2 + H 2 O 8.4 Acerte as seguintes equações redox em solução aquosa básica: PbO 2 + Cl ClO + Pb(OH) 3 N 2 H 4 + Cu(OH) 2 N 2 + Cu V + H 2 O HV 6 O H Calcule o potencial de um elemento de pilha constituído por um eléctrodo de prata mergulhado numa solução 1, M em ião Ag +. E o (Ag + /Ag) = 0,799 V 1

8 8.6 Calcule o potencial de um elemento de pilha constituído por um eléctrodo de zinco mergulhado numa solução 1, M em ião Zn 2+ (concentração analítica), tamponizada a ph 10,0 com um tampão de NH 3 / NH 4 Cl de concentração total 0,100 M. E o (Zn 2+ /Zn) = -0,762 V Constantes de estabilidade parciais dos complexos de Zn 2+ com NH 3 : K 1 = 1, ; K 2 = 1, ; K 3 = 2, ; K 4 = 91; pk a (NH + 4 ) = 9, A uma toma de 10,00 ml de uma solução 0,1000 M de Fe(NO 3 ) 2 adicionaram-se 50,0 ml de água destilada (o meio ficou H 2 SO 4 1 M) e titulou-se a mistura resultante com KMnO 4 gastando-se 12,32 ml até ao ponto de equivalência. Qual a molaridade da solução de permanganato? 8.8 Uma amostra de 25,00 ml de peróxido de hidrogénio comercial (água oxigenada) foi diluída a 250,0 ml num balão volumétrico. Fez-se uma toma de 25,00 ml desta solução, misturou-se com 200,0 ml de água destilada e 20,00 ml de H 2 SO 4 3 M e titulou-se com 0,02123 M de KMnO 4. A primeira cor rosa surgiu aos 27,66 ml de titulante adicionado. Fez-se um branco usando água destilada em vez da amostra e a cor rosa surgiu aos 0,04 ml. Calcule a molaridade da amostra de H 2 O 2. E o (O 2 / H 2 O 2 ) = 0,695 V 8.9 a) Calcule o potencial no ponto de meia titulação e no ponto de equivalência de uma titulação de 20,00 ml de uma solução de Fe 2+ 0,1500 M com uma solução de KMnO 4 0,1200 M em meio H 2 SO 4 1 M. E o (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,77 V; E o (MnO 4 /Mn 2+ ) = 1,507 V b) Calcule o potencial a 25, 50 e 150 % da titulação da mesma solução de Fe 2+, tamponizada a ph 1, com uma solução de MnO 4 0,1000 M. O que acha em relação ao potencial a 0 % da titulação? Calcule a constante de equilíbrio da reacção Suponha a reacção do ião IO 3 com o ião Br em meio aquoso ácido, em que os produtos da reacção são o I 2 (aq) e o Br 2 (aq.). a) Escreva a reacção redox correspondente. 2

9 b) Calcule o valor da constante de equilíbrio (K) e o potencial no ponto de equivalência da mesma reacção redox. Comente a viabilidade da titulação. E o [IO 3 / I 2 (aq)] = 1,210 V; E o [Br 2 (aq.) / Br ] = 1,098 V 8.14 Pode dosear-se crómio em amostras de minérios pelo seguinte procedimento experimental: Oxida-se o crómio a dicromato em meio ácido. O dicromato é depois reduzido com um excesso de sulfato ferroso e o excesso de Fe 2+ é titulado por retorno com uma solução de KMnO 4. Aplicou-se este método partindo de 1,1327 g de minério. Uma vez solubilizado o minério e o crómio passado a dicromato, adicionou-se 25,00 ml de uma solução de sulfato ferroso 0,400 M. O excesso de Fe 2+ foi titulado com uma solução de permanganato de potássio 0,0251 M. Gastaram-se 12,50 ml de titulante. a) Determine a percentagem de crómio no minério. Justifique os cálculos escrevendo as equações redox correspondentes. Dados: E o (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,77 V; E o (Cr 2 O 2-7 /Cr 3+ ) = 1,33 V; E o (MnO - 4 /Mn 2+ ) = 1,51 V; MA (Cr) = A 50,00 ml de K 2 Cr 2 O 7 0,01667 M adicionaram-se 50,00 ml de uma solução de Fe 2+ 0,100 M. a) Qual o potencial do sistema quando se atingir o equilíbrio? Justifique a sua resposta. Despreze o efeito da força iónica nos cálculos, mas deduza as expressões que necessitar. Dados: E o (Cr 2 O 2-7 /Cr 3+ ) = 1,33 V; E o (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,771 V; [H + ] = 1,00 M E o (eléctrodo de referência) = 0,241 V 3