Experiência 10: Estudo do equilíbrio cromato-dicromato

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1 1 UFSC Departamento de Química QMC 5119 Introdução ao Laboratório de Química 2015/1 Experiência 10: Estudo do equilíbrio cromato-dicromato 1. Equilíbrio químico Muitas reações químicas são reversíveis, atingindo-se um equilíbrio entre reagentes e produtos, por exemplo, cromato de bário em solução aquosa se encontra em equilíbrio com seus íons. No equilíbrio, alguns íons estão se separando, enquanto que outros íons estão se ligando através da reação inversa, conforme a seguinte representação: BaCrO 4(s) + H 2 O (l) Ba 2+ + CrO 4 A constante de equilíbrio (K eq ) para compostos de baixa solubilidade em água é denominada produto de solubilidade (ps). Por exemplo, somente 1, g de cloreto de prata (AgCl) dissolvem-se em 100 ml de água para formar Ag + e Cl -, onde a constante de equilíbrio estaria assim representada: K eq = [Ag+ ][Cl - ] [AgCl] Sendo a concentração de AgCl (s) constante, essa equação pode ser reescrita: K ps =[Ag + ][Cl - ] Exemplo 1: A solubilidade de AgCl a 20 C é 0,0016 g por litro de água. Calcule o valor do produto de solubilidade do AgCl. Em uma solução saturada, cada mol de AgCl dissolvido produz o equivalente molar de íons Ag + e íons Cl -, portanto [Ag + ] = [Cl - ] = [AgCl]. Determina-se a [AgCl], dividindo-se a concentração em g L -1 pela massa molar do soluto: Sendo [AgCl]= 0,0016 = 1, ,34 K ps =[Ag + ] [Cl - ] = (1, ) 2 = 1, Exemplo 2: A solubilidade do Ag 2 CrO 4 em água a 25 C é 0,0322 g L -1. Calcule o valor do produto de solubilidade do cromato de prata. Ag 2 CrO 4 2Ag + + CrO4 K ps =[Ag + ] 2 [CrO 4 ] [Ag 2 CrO 4 ]= 0, ,77 =9,

2 Para cada 1 mol de Ag 2 CrO 4 dissolvido são produzidos 2 mol de íons Ag + e 1 mol de íons CrO 4. [CrO 4 ]=[Ag 2 CrO 4 ]=9, [Ag + ]=2[CrO 4 ]=1, } K ps=3, Considerando o seguinte equilíbrio químico, em geral, 2 A velocidade direta = k 1 [A] a [B] b A velocidade inversa = k 2 [C] c [D] d k 1 aa + bb cc + dd k 2 No equilíbrio as duas velocidades são iguais, ou seja, k 1 [A] a [B] b = k 2 [C] c [D] d, em que K= k 1 k 2 = [C]c [D] d [A] a [B] b Ácido ascórbico (vitamina C), por exemplo, dissocia-se muito pouco de acordo com a equação abaixo, sendo o equilíbrio alcançado quando a velocidade da reação direta iguala-se a velocidade da reação inversa. K a = [H+ ][Asc - ] [HAsc] Uma perturbação do equilíbrio ocorre pela adição de HCl (aumentando a concentração de H + ) deslocando o equilíbrio para a esquerda, no sentido da reação que consome H +. Por outro lado, caso se adicione NaOH, a concentração de prótons seria diminuída (pela reação com OH - e a formação de H 2 O), de modo que o equilíbrio se deslocaria para a direita, ou seja, no sentido de liberar mais íon H +. Henri Louis Le Chatelier ( ), estabeleceu um princípio geral que permite prever, antes da experimentação, mudanças no equilíbrio químico. Baseado em estudos termodinâmicos, Le Chatelier estabeleceu que se mudamos as condições de equilíbrio, o sistema mudará a sua posição de modo a reduzir o efeito da perturbação imposta. Como exemplos de perturbação, pode-se citar: mudança de concentração, efeito do ph e efeitos de temperatura e de pressão. 2. Pré-laboratório 1. Calcule a solubilidade de BaCrO 4(s) em g por 100 ml de água. K ps = 1,

3 3 2. A solubilidade de Fe(OH) 3 é g L -1. Calcule o seu produto de solubilidade. 3. O produto de solubilidade de MgCO 3 é Qual a sua solubilidade, em g por 100 ml? 4. Calcule a massa para o preparo de 100 ml das seguintes soluções: a) K 2 CrO 4 0,10 mol L -1 ; b) K 2 Cr 2 O 7 0,10 mol L -1 ; c) Ba(NO 3 ) 2 0,10 mol L Calcule a massa necessária para o preparo de 100 ml de solução 1,0 mol L -1 de NaOH. 6. Calcule o volume de solução concentrada de HCl necessário para preparar de 100 ml de HCl 1,0 mol L Considere a equação da reação da amônia com a água: NH 3 + H 2 O (l) NH OH - Em qual direção (para a direita ou para a esquerda) o equilíbrio seria deslocado se: a) NaOH for adicionado à solução? b) HCl for adicionado à solução? c) NH 3 for retirado (evaporado) da solução? 8. A ligação do oxigênio com a hemoglobina Hb, formando a oxihemoglobina HbO 2, é parcialmente regulada pela concentração de H + e CO 2 no sangue. Embora o equilíbrio seja mais complicado, pode ser resumido como: HbO 2 + H + + CO 2 CO 2 -Hb-H + + O 2 a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio para esta reação. b) Por que a produção de ácido láctico e CO 2 nos músculos, durante um exercício físico, estimula a liberação de O 2 da oxihemoglobina? 9. Considere uma reação exotérmica ( H reação 0) em equilíbrio. a) Em que sentido (formação de reagentes ou de produtos) o equilíbrio seria deslocado caso se aumente a temperatura? b) Em que sentido o equilíbrio seria deslocado caso se diminua a temperatura? 10. Considere uma reação endotérmica ( H reação 0) em equilíbrio. a) Em que sentido o equilíbrio seria deslocado caso se aumente a temperatura? b) Em que sentido o equilíbrio seria deslocado caso se diminua a temperatura? 3. Procedimento experimental Item A. Equilíbrio dos íons cromato (CrO 4 ) e dicromato (Cr 2 O 7 ) 2CrO 4 Cr 2 O 7

4 4 Coloração da solução de: Íons cromato: Íons dicromato: Etapa A.1. Pegue 2 tubos de ensaio limpos e coloque 10 gotas de cada solução, em cada tubo. Acrescente gota a gota, NaOH 1,0 mol L -1, alternadamente em cada um dos tubos, até a mudança de cor em um deles. Anote as observações. Guarde essas soluções para a Etapa A.4. Represente por meio de uma equação o que ocorreu no tubo de ensaio em que houve alteração da cor, considerando que há formação de água. Cor da solução no tubo 1: Cor da solução no tubo 2: Etapa A.2. Repita o procedimento da Etapa A.1, com novos tubos de ensaio, mas acrescente gota a gota HCl 1,0 mol L -1, alternadamente, em cada um dos tubos até a mudança de cor em um deles. Guarde essas soluções para a Etapa A.3. Represente por meio de uma equação o que ocorreu no tubo de ensaio em que houve alteração da cor, considerando que há formação de água. Cor da solução no tubo 3: Cor da solução no tubo 4: Etapa A.3. Acrescente, gota a gota, NaOH 1,0 mol L -1 a cada um dos tubos da Etapa A.2 até a mudança de cor. Anote as observações. Represente por meio de uma equação o que ocorreu. Cor da solução no tubo 3: Cor da solução no tubo 4: Etapa A.4. Em um dos tubos da Etapa A.1, acrescente gota a gota, HCl 1,0 mol L -1 até mudança de cor. Anote as observações. Represente por meio de uma equação o que ocorreu. Cor da solução no tubo 1: Cor da solução no tubo 2:

5 5 Ao terminar esta parte, descarte o conteúdo de cada tubo no recipiente específico para esta finalidade. Lave os tubos de ensaio com água da torneira e continue com o próximo item. Não jogue estas soluções na pia, elas contem compostos químicos prejudiciais ao meio ambiente. Item B. Equilíbrio de cromato de bário (BaCrO 4 ) com uma solução saturada BaCrO 4(s) Ba 2+ + CrO 4 Etapa B.1. Em um tubo de ensaio limpo, coloque 10 gotas de CrO 4 0,10 mol L -1 e acrescente gota a gota uma solução aquosa de nitrato de bário (Ba(NO 3 ) 2 ) 0,10 mol L -1 até perceber alguma alteração. Anote as suas observações e guarde este tubo para a Etapa B.3. Represente por meio de uma equação o que ocorreu. Etapa B.2. Em outro tubo de ensaio limpo, coloque 10 gotas de Cr 2 O 7 0,10 mol L -1. Acrescente 2 gotas de HCl 1,0 mol L -1 e depois 10 gotas de Ba(NO 3 ) 2 0,10 mol L -1. Anote se houver mudança de cor e ou formação de precipitado. Guarde este tubo de ensaio para a Etapa B.4. Etapa B.3. Ao tubo de ensaio da Etapa B.1, acrescente, gota a gota, HCl 1,0 mol L -1 até notar alguma alteração. Anote o que você observou. Etapa B.4. Ao tubo de ensaio da Etapa B.2, acrescente NaOH 1,0 mol L -1, até notar alguma modificação. Anote o que você observou. Etapa B.5. Sugira alguma maneira de inverter as observações das Etapas B.3 e B.4. Teste suas sugestões. Etapa B.6. Escreva suas explicações para o que foi observado nesta segunda parte do experimento.

6 6 Ao terminar esta parte, despeje o conteúdo de cada tubo de ensaio no recipiente específico para esta finalidade (descarte de solução que contém Ba 2+ ). Lave os tubos de ensaio com água da torneira e continue com o próximo item. Item C. Verificação da existência de mudança no equilíbrio químico Etapa C.1. Repita a Etapa A.1, substituindo o NaOH por KOH 1,0 mol L -1, por Ca(OH) 2 1,0 mol L -1 e por NH 4 OH 1,0 mol L -1. Anote qualquer modificação na cor das soluções. Cor da solução com KOH: Cor da solução com Ca(OH) 2 : Cor da solução com NH 4 OH: Etapa C.2. Repita a Etapa A.2, substituindo o HCl por HNO 3 1,0 mol L -1, por H 2 SO 4 0,5 mol L -1 e por CH 3 COOH 1,0 mol L -1. Anote qualquer modificação na cor das soluções. Cor da solução com HNO 3 : Cor da solução com H 2 SO 4 : Cor da solução com CH 3 COOH: _ Etapa C.3. Repita a Etapa A.1, substituindo o NaOH por C 2 H 5 OH 1,0 mol L -1 (etanol). Anote qualquer modificação na cor das soluções. Cor da solução com C 2 H 5 OH: Ao terminar a experiência, despeje o conteúdo de cada tubo de ensaio no recipiente específico para esta finalidade. Lave os tubos de ensaio com água da torneira e guarde-os virados de boca para baixo. Deixe sua bancada limpa e organizada. 4. Questionário 1. Qual é a influência da concentração de H + sobre o equilíbrio cromato-dicromato? Complete o equilíbrio, acrescentando do lado adequado a quantidade de íons H + e moléculas de H 2 O para se atingir a estequiometria da reação. 2CrO 4 Cr 2 O 7

7 2. Qual é a influência da concentração de OH - sobre o equilíbrio cromato-dicromato? Complete o equilíbrio, acrescentando do lado adequado a quantidade de íons OH - e de moléculas H 2 O para se atingir a estequiometria da reação. 7 2CrO 4 Cr 2 O 7 3. Discuta as observações experimentais quando os íons cromato ou dicromato encontram-se em presença de íons bário. 4. Apresente as substâncias do item C do procedimento experimental, que deslocam o equilíbrio no sentido da reação que aumenta a concentração de: a) Íons CrO 4. b) Íons Cr 2 O 7.