CINÉTICA QUÍMICA Folha 15 Prof.: João Roberto Mazzei

Transcrição

1 01. (UNIRIO-RJ) Uma solução-tampão é preparada a partir de 6,4g de NH 4 NO 3 e 0,10L de solução aquosa 0,080mol/L de NH 4 OH. Sendo assim, A) determine o ph desta solução. B) o ph após adição de 700 ml de água destilada à solução-tampão, justificando com os CÁLCULOS. Dados: K b = 1,8x10 5 ; log 1,8 = 0,26 (H=1; N=14; O=16) 02. (UFF) Uma solução tampão pode ser obtida, misturando-se soluções de ácido acético e acetato de sódio, o que constitui um tampão ácido cujo equilíbrio pode ser representado da seguinte maneira: CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - Considere que um tampão seja preparado misturando-se volumes iguais de solução de CH 3 COONa 0,50 mol/l e CH 3 COOH 0,5mol/L. Sabendo-se que para o ácido em questão K a = 1, e pk a = 4,74, informe: a) o ph da solução; b) o ph da solução resultante após adição de pequena quantidade de solução de NaOH M; c) o ph da solução resultante após adição de pequena quantidade de solução de HCl M; d) a conclusão que pode ser tirada em relação ao ph de um tampão (a) após adição de pequenas quantidades de ácido ou base forte.gabarito: 03. Indique qual alternativa apresenta uma substância que pode ser adicionada a uma solução aquosa de hidróxido de amônio, formando uma solução-tampão de ph alcalino: a) hidróxido de sódio. b) hidróxido de cálcio. c) ácido clorídrico. d) cloreto de sódio. e) cloreto de amônio. 04. O ph de uma solução-tampão formada pela mistura de solução com 0,1 mol. L -1 de ácido acético e solução com 0,5 mol. L -1 de acetato de sódio é: a) 4,45. b) 4,75. c) 5,00. d) 5,45. e) 5,95. Dados: K a do ácido acético = 1, ; log 1,8 = 0,25 e log 5 = 0, (UFSCar-SP) O ph do sangue humano de um indivíduo saudável situa-se na faixa de 7,35 a 7,45. Para manter essa faixa de ph, o organismo utiliza vários tampões, sendo que o principal tampão do plasma sanguíneo consiste de ácido carbônico e íon bicarbonato. A concentração

2 de íons bicarbonato é aproximadamente vinte vezes maior que a concentração de ácido carbônico, com a maior parte do ácido na forma de CO dissolvido. O equilíbrio químico desse tampão pode ser representado pela equação: CO 2(g) + H 2 O (l) H 2 CO 3(aq) H + (aq) + HCO - 3(aq) Analise as afirmações seguintes: I. Quando uma pequena quantidade de base entra em contato com uma solução-tampão, os íons hidróxido reagem com o ácido do tampão, não alterando praticamente o ph dessa solução. II. Quando a concentração de íons bicarbonato no sangue aumenta, o ph também aumenta. III. Quando a concentração de CO 2 no sangue aumenta, o ph diminui. São corretas as afirmações: a) I, apenas. b) II, apenas. c) III, apenas. d) I e II, apenas. e) I, II e III. 06. Temos uma solução tampão formada por Ácido acético 0,10 M e Acetato de sódio 0,10M. Dado: pka = 4,76 a) Calcule o ph desta solução. b) Calcule o ph da solução quando a 1 litro dela se adiciona 1 ml de NaOH 5 mol/l. c) Calcule o ph da solução quando a 1 litro dela se adiciona 1 ml de HCl 5 mol/l. 07. (Enem PPL 2016) As águas dos oceanos apresentam uma alta concentração de íons e ph entre 8,0 2 e 8,3. Dentre esses íons estão em equilíbrio as espécies carbonato (CO 3 ) representado pela equação química: 2 3(aq) 3(aq) (aq) HCO CO H e bicarbonato (HO 3 ), As águas dos rios, ao contrário, apresentam concentrações muito baixas de íons e substâncias básicas, com um ph em torno de 6. A alteração significativa do ph das águas dos nos e oceanos pode mudar suas composições químicas, por precipitação de espécies dissolvidas ou redissolução de espécies presentes nos sólidos suspensos ou nos sedimentos. A composição dos oceanos é menos afetada pelo lançamento de efluentes ácidos, pois os oceanos a) contêm grande quantidade de cloreto de sódio. b) contêm um volume de água pura menor que o dos rios. c) possuem ph ácido, não sendo afetados pela adição de outros ácidos. d) têm a formação dos íons carbonato favorecida pela adição de ácido. e) apresentam um equilíbrio entre os íons carbonato e bicarbonato, que atuam como sistema-tampão. 08. (Uerj 2016) Soluções-tampão são sistemas nos quais ocorrem variações desprezíveis de ph, quando recebem a adição de pequenas quantidades de ácidos ou de bases. Considere estes compostos para o preparo de uma solução-tampão: - HCl - NaCl - NH4Cl - NaOH - NH4OH

3 Indique, dentre os compostos disponíveis, os dois escolhidos para o preparo da solução-tampão. Considere, agora, a adição de uma solução aquosa de Ca(OH) 2, completamente dissociado, na 1 concentração de 0,005 mol l, a 25 C, à solução-tampão preparada. Calcule o ph inicial da solução de Ca(OH) 2 e apresente a equação química que demonstra não haver aumento do ph da soluçãotampão com a adição da solução de Ca(OH) (Ita 2016) A saliva humana pode ser considerada uma solução tampão. Cite quais espécies químicas inorgânicas compõem este tampão e explique como elas atuam. 10. (Ufpr 2015) Em muitos experimentos químicos em solução, em que são necessárias condições controladas, torna-se imprescindível o uso de soluções tampão. Na medicina e na biologia, o conceito de solução tampão também é muito importante, pois os fluidos biológicos (animais ou vegetais) são, em geral, meios aquosos tamponados. O sangue é um dos sistemas tampão mais importantes e é esse sistema que permite a manutenção das trocas gasosas. a) Explique o que é um sistema tampão. b) Para simular condições próximas às do fisiológico, precisa-se preparar uma solução tamponada de ph 7.2. Qual a condição necessária para se preparar esse sistema utilizando hidrogenofosfato de sódio e diidrogenofosfato de sódio? Dado: pka : NaH2PO 4 : 7.2; Na2HPO 4 :12.7. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto para responder à(s) questão(ões). As informações destacadas abaixo foram retiradas do rótulo de um refrigerante zero açúcar : Ingredientes: Água gaseificada, extrato de nós e cola, cafeína, aroma natural, corante, caramelo IV, acidulante ácido fosfórico, edulcorantes artificiais: ciclamato de sódio (24 mg), acessulfame de potássio 5 mg, e aspartame 12mg, por 100 ml, conservador, benzoato de sódio, regulador de acidez, citrato de sódio. Prazo de validade/lote: vide marcação. Aut. CCI/RJ Ind. Brasileira A água gaseificada apresenta o seguinte equilíbrio químico: CO2(aq) 2H2 O( l ) HCO3 (aq) H3 O (aq) E ainda estão presentes acidulantes utilizados para realçar o sabor e para inibir o desenvolvimento de microrganismos. Os acidulantes, comumente usados pela indústria alimentícia, são os ácidos cítrico (C6H8 O 7) e fosfórico (H3PO 4). Para regular a acidez do meio usa-se o citrato de sódio (C6H7 O7Na) e para substituir o açúcar usa-se o aspartame (C14H 18N2O 5) e o ciclamato de sódio (NaC6 H12 SNO 3).

4 11. (Uepa 2015) Com base no texto, considere as afirmativas abaixo. I. Com a retirada de CO 2(aq), o sistema sairá de equilíbrio e o mesmo será deslocado para o lado esquerdo, formando mais reagentes. II. Com a diminuição da quantidade de CO 2(aq) haverá consumo do íon hidrônio (H3 O (aq)), o que implicará uma elevação no valor do ph do líquido. III. O valor de ph do líquido geralmente permanece em torno de 3,0. Isto significa concentração do íon hidrônio (H3O ) no liquido é 0,003 mol / L. IV. O valor do ph do refrigerante, após ser aberto, se mantém em 3, devido à formação de um tampão entre um ácido fraco (ácido cítrico) e seu sal derivado (citrato de sódio). V. As soluções tampões (formadas por ácido fraco/base conjugada) têm a propriedade de resistir a mudanças de ph quando pequenas quantidades de ácidos ou bases lhes são adicionados. A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é: a) I, II, III e IV b) I, II, III e V c) I, III, IV e V d) I, II, IV e V e) II, III, IV e V

5 GABARITO: 01. a) ph = 8,26 b) ph = 8, a) ph = pk a + log [sal] [ácido] = log 0.50/0.50 = 4.74 b) Nessas condições: [HAc] solução = [HAC] inicial 0.01 = 0.49 M [Ac- ] solução = [Ac- ] inicial = 0.51 M. Portanto: ph = pka + log Cs /Ca = log 0.51/0.49 = 4.74 c) ph = pka + log Cs /Ca = log 0.49/0.51 = 4.72 d) Com base nos cálculos, pode-se chegar à conclusão que toda solução considerada tampão, é aquela que resiste a variação no ph após sofrer adição de pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes. No caso a concentração das substancias adicionadas é bastante inferior à concentração inicial tanto do ácido quanto do sal. Pode-se observar também que a variação no ph foi de apenas 0.02 unidades de ph. 03. [E] 04. [D] o ph de uma solução-tampão é determinado pela Equação de Henderson-Hasselbalch: ph = pk a + log [sal] [ácido] ph = - log (1, ) + log 0,5 0,1 ph = - log (1,8) - log (10-5 ) + log 5 ph = - 0,25 -(-5) + 0,7 ph = - 0, ,7 ph = 5, Todas são verdadeiras: II. Quando a concentração de íons bicarbonato (HCO - 3(aq)) no sangue aumenta, ocorre um deslocamento do equilíbrio no sentido inverso para que esses íons sejam consumidos. Então eles reagem com os íons H +, diminuindo a concentração deles no meio e aumentando o ph. III. Quando a concentração de CO 2 no sangue aumenta, ocorre um deslocamento do equilíbrio no sentido direto para que o CO 2 seja consumido. Então se forma, mais íons H +, diminuindo o ph do meio.

6 06. a) Neste caso, temos soluções equimolares de um ácido fraco (ácido acético) e um sal deste ácido fraco (acetato de sódio). O acetato de sódio se dissocia totalmente em água formando o ânion acetato, que é a base conjugada do ácido acético. Ou seja, para calcular o ph, basta aplicar na equação de Henderson-Hasselbach: ph = pka + log [base conjugada]/[ácido] ph = 4,76 + log 0,1/0,1 ph = 4,76 + log 1 ph = 4, ph = 4,76 b) Em 1 ml de NaOH temos: 5 mols 1000 ml X mol 1 ml X = 0,005 mol de NaOH em 1 ml A adição de NaOH (OH - ) na solução consome H + do meio, sendo que o ácido acético irá se dissociar para repor estes prótons (H + ). Ao se dissociar, o ácido acético forma acetato + H +.Neste caso, após a adição de NaOH ao meio, a concentração do ácido acético irá diminuir em 0,005 mol/l e a concentração do acetato irá aumentar em 0,005 mol/l: [ácido acético] = 0,1-0,005 = 0,095 mol/l [base conjugada] = 0,1 + 0,005 = 0,105 Calculando o novo ph da solução: ph = pka + log [acetato]/[ácido acético] ph = 4,76 + log 0,105/0,095 ph = 4,76 + log 1,1 ph = 4, ph = 4,8 c) Em 1 ml de HCl temos: 5 mols 1000 ml X mol 1 ml X = 0,005 mol de HCl em 1 ml A adição de HCl na solução libera H + no meio. O H + irá reagir com a base conjugada (acetato), formando o ácido não dissociado (ácido acético). Assim, a base conjugada será consumida e sua concentração irá diminuir em 0,005 mol/l, e o ácido irá aumentar sua concentração (em 0,005 mol/l): [acetato] = 0,1 0,005 = 0,095 mol/l [ácido acético] = 0,1 + 0,005 = 0,105 mol/l Calculando o novo ph da solução: ph = pka + log [acetato]/[ácido acético] ph = 4,76 + log 0,095/0,105 ph = 4,76 + log 0,9 ph = 4,7107: [E] A composição dos oceanos é menos afetada pelo lançamento de efluentes ácidos (H + ), pois os oceanos apresentam um equilíbrio entre os íons carbonato e bicarbonato, que atuam como sistema-tampão consumindo o excesso de cátions H. 2 HCO 3 (aq) CO 3 (aq) H (aq) O excesso de cátions H desloca o equilíbrio Aumento da para a esquerda concentração 08: Uma solução tampão é uma solução que apresenta um equilíbrio no qual praticamente não ocorre variação de ph. Elas são formadas por uma base fraca e seu respectivo sal ou por um ácido fraco e seu respectivo sal. Ou seja, NH4OH (base fraca) e NH4Cl (respectivo sal). A partir de uma solução aquosa de Ca(OH) 2, completamente dissociado, na concentração de 1 0,005 mol L, vem :

7 2 Ca(OH) 2 Ca 2OH 1 mol 2 mols 0,005 mol 0,01 mol (em 1L) [OH ] 0,01 mol / L 2 [OH ] 10 mol / L 2 poh log[oh ] log10 2 poh 2 ph poh 14 ph 2 14 ph 12 Equação química associada: NH { 4 OH NH4OH compensa a adição de OH (Ca(OH) ) 2 09: A saliva humana pode ser considerada uma solução tampão, pois o ph permanece praticamente constante, ou seja, apresenta pequena variação entre 6,9 e 7,0. 2 Os principais tampões inorgânicos são formados por HCO 3 / H2CO3 e HPO 4 / H 2 PO 4 os quais diminuem a acidez e basicidade evitando grandes variações de ph que podem causar problemas bucais. Para o excesso de acidez (H ) : da acidez da acidez (ph aumenta) (ph aumenta) H HCO3 H2CO3 H2O CO2 da acidez 2 (ph aumenta) H HPO 4 H 2 PO 4 Para o excesso de basicidade (OH ) : da basicidade (ph diminui) OH H2CO3 HCO3 H2O da basicidade (ph diminui) 2 OH H2PO4 H2O HPO4 10: a) Resumidamente: sistema tampão é aquele no qual o ph se mantém constante. Um sistema tampão é composto por um ácido fraco e o sal correspondente do mesmo ânion (ou base conjugada) ou ainda, uma base fraca e seu sal correspondente do mesmo cátion (ou ácido conjugado). Nestes sistemas as variações de ph são insignificantes quando eles são submetidos à adição de ácidos ou bases em pequenas quantidades. b) Dados:

8 pka : NaH2PO 4 : 7.2; Na2HPO 4 :12.7. Para um ácido fraco: HA H A K a [H ][A ] [HA] [A ] K a [H ] [HA] Aplicando log : [A ] logka log [H ] [HA] pk logk a a ph log[h ] [A ] ph pka log [HA] a 2 4 H PO H HPO ph pk log H PO Para uma solução tamponada de ph = 7,2, vem: 2 ph pka log [H 2 PO 4 ] 2 7,2 7,2 log [H 2 PO 4 ] 2 log 0 [H2PO 4 ] [H2PO 4 ] 2 1 [H 2 PO 4 ] Condição necessária: 2 [H2PO 4 ] 11: [D] [I] Correta. A retirada de CO 2 faz com que o equilíbrio se desloque no sentido de repor o próprio reagente, assim se desloca para a esquerda. [II] Correta. Com a retirada de CO 2, o equilíbrio será deslocado no sentido dos reagentes, consumindo HO 3 elevando o ph do meio.

9 3 [III] Incorreta. Se o ph ficar em torno de 3, a concentração de [H ] 10 mol / L ph log[h ] [H ] 10 ph 3 1 [H ] 10 mol L [IV] Correta. A formação de um tampão, evita que ocorra flutuações de ph, ou seja, ele retoma o equilíbrio caso ela seja alterado. [V] Correta. As soluções tampão possui a característica de evitar que o ph do meio sofra mudança quando se adiciona pequenas quantidades de ácidos ou bases.