Química Geral 607 REACÇÕES ÁCID BASE s exercícios seguintes estão directamente relacionados com a matéria exposta no capítulo. do manual da disciplina de Química Geral. São apresentados vários tipos de exercícios resposta longa, resposta curta, de associação com o ojectivo de alertar o estudante para as várias aordagens possíveis. É ainda de salientar que nas respostas apresentadas pretendemos destacar os aspectos que considerámos mais importantes e consuentemente em algumas delas poderá encontrar informação adicional. Q.1. Discuta a força relativa dos seguintes ácidos de Bronsted: S 4 H e S H Q.. Quantos mililitros de uma solução 0,5N de ácido clorídrico são necessários para neutralizar ml de uma solução de hidróxido de sódio otida por dissolução de 40g de NaH em água até perfazer 1l de solução. Q.. De acordo com o conceito de Bronsted Lowry: a) defina ácido e ase ) De entre as seguintes espécies 1. HC. P 4. NH 4. HCN 5. H P 4 indique, qual ou quais são: A. ácidos B. ases C. anfóteros Q.4. Escreva a reacção de ionização, em água, do ácido clorídrico (HCl)
Química Geral 607 Q.5. Calcule o ph da solução resultante da mistura de 40 cm de uma solução de concentração 0,005 mol dm de HCl com 60 cm de uma solução de HN de concentração 0,0060 mol dm. Q.6. Titularam-se 0ml de uma solução aquosa de amoníaco 0,1M com ml de uma solução de ácido clorídrico. a) Calcule a molaridade e o ph da solução de HCl. Apresente todos os cálculos efectuados. ) Calcule o valor do ph no ponto de uivalência. Apresente todos os cálculos efectuados. a (NH 4 ) 5,6 c) indicador vermelho de clorofenol com uma zona de viragem de 5,6,8, poderá servir para esta titulação? Justifique a sua resposta. Q.7. Titularam-se 50 cm de uma solução aquosa de hidróxido de sódio com 0 cm de uma solução de ácido acético 0,0M, à temperatura de 5 C. Saendo que a reacção de neutralização entre o ácido acético (ácido fraco) e o hidróxido de sódio (ase forte) envolve as seguintes etapas: NaH (aq) Na (aq) H (aq) CH CH (aq) H (aq) CH C (aq) H (l) CH C (aq) H (l) CH CH (aq) H (aq) a) Calcule o ph da solução de NaH utilizada. Apresente todos os cálculos que efectuar ) Determine o ph e o ph no ponto de uivalência. Apresente todos os cálculos que efectuar. (CH C ) 5,6 c) Numa titulação qual o significado da expressão ponto de uivalência?
Química Geral 607 Q.8. De acordo com o conceito de Brönsted-Lowry indique, para as reacções apresentadas e para os processos directo e inverso, as sustâncias que se comportam como ácidos e as sustâncias que se comportam como ases. a) HCl (aq) H (l) Cl (aq) H (aq) 4 ) NH (aq) HC H (aq) NH (aq) C H (aq) c) Cl (aq) H (l) HCl (aq) H (aq) Q.9. À temperatura de 5 C o ph de uma solução aquosa de piridina 0,1M é igual a 9. Saendo que a reacção de ionização da piridina é dada por: C 5 H5N (aq) H (l) C5H5NH (aq) H (aq) Calcule o valor da constante de asicidade da piridina. Justifique quaisquer aproximações que efectuar. Q.. ácido metanóico, HCH, é um ácido fraco, cuja constante de acidez à temperatura de 5 C tem o valor de 1,8 4. Note que w 1,0 14 (a 5 C) a) Escreva a uação de ionização do ácido metanóico em solução aquosa. ) Calcule a constante de asicidade,, para a ase conjugada do ácido metanóico, a esta temperatura. c) Determine a concentração de H numa solução aquosa de HCH de concentração 0,1moldm, a 5 C. Q.11. servou-se que, imediatamente após retirar a rolha de uma garrafa de vinho de mesa, a concentração de protões era de. 4 M. Sae-se que só metade do vinho foi consumido e que a outra metade permaneceu na garrafa, exposto ao ar, durante 0 dias; este último, apresentava uma concentração de protões igual a 1.0 M no fim desse período. Calcule o ph do vinho nestas duas ocasiões. Comente o resultado.
Química Geral 607 Q.1. À temperatura de 5 C, o ph de uma solução aquosa 0,048mol/l de ácido hipocloroso (HCl) é igual a 4.4. Calcule a constante de acidez do referido ácido, justificando todas as aproximações que efectuar. s uilírios químicos presentes são: HCl(aq) H (l) Cl (aq) H (aq) H (l) H (aq) H (aq) Q.1. Considere as seguintes soluções líquidas à temperatura de 0 C: Solução I Solução II Solução III H (l) HC H (aq) CH CH NH (aq) As reacções de ionização do ácido metanóico e da etilamina são: HC H (aq) H (l) HC (aq) H (l) CH CH NH (aq) H (l) CH CH NH (aq) H (aq) Dados: 6.81 W 15 o ( 0 C) ( CH CH NH ) 6.41 4 o ( 0 C) a) Determine a concentração de iões H (aq) na solução I ) Indique os pares conjugados ácido-ase na reacção de ionização do ácido metanóico. c) Saendo que o ph da solução III é igual a 1, calcule o valor da concentração inicial da etilamina. Q.14. componente activo da aspirina é o ácido acetilsalicílico, HC 9 H 7 4, que apresenta um a igual a,0x 4. a) Calcule o ph de uma solução, otida por dissolução de 5,0 mg de ácido acetilsalicílico em 50,0 ml de água. Dados: HC 9 H 7 4 H C 9 H 7 4 M(HC 9 H 7 4 ) 180,16 g/mol. ) Indique, justificando, se o grau de acidez de uma solução otida por diluição da mesma quantidade de ácido acetilsalisílico em 1l de água será maior ou não.
Química Geral 607 Q.15. Calcule o ph de uma solução, à temperatura de 0 ºC, de iodeto de hidrogénio otida a partir da dissolução de 0.16 moles desta sustância em,5 l de água. Dados: w (0ºC) 6,81x -15 a (HI) 1,6
Química Geral 607 Respostas Q.1. De acordo com a definição de Bronsted um ácido é toda a sustância que, quando em solução aquosa, lierta protões H ; s ácidos que, para além do hidrogénio e de outro elemento (central), contém oxigénio são designados por oxoácidos Para comparar forças de oxoácidos é necessário dividi-los em dois grupos: xoácidos que têm átomos centrais diferentes pertencentes ao mesmo grupo da Taela periódica são tanto mais fortes quanto maior for a electronegatividade do átomo central (HCl4 > HBr4): xoácidos com o mesmo átomo central mas em que o número de grupos a ele ligados é diferente são tanto mais fortes quanto maior o número de átomos de oxigénio a ele ligados. Assim, uma solução aquosa de S 4 H, pode ser representada por: S H H H S H S H S H E uma solução aquosa de S H é representada por: H S H S H H S H Como se pode ver pelas estruturas, a ase conjugada de H S 4 apresenta um maior número de átomos de oxigénio ligado ao elemento central e consuentemente H S 4 é o ácido mais forte.
Química Geral 607 Q.. A reacção em questão é representada por: NaH HCl NaCl H M(NaH) 40g NaH é uma ase que pode aceitar um protão e portanto a molaridade da solução vai ser igual à normalidade. Como a solução foi otida por dissolução de 40g de NaH (que é uivalente à massa molar) em 1l de água, então a solução a molaridade da solução é 1M ( 1N). É necessário determinar o nº de uivalentes gramas presentes nos ml de solução titulada: f v 1 0,01 0,01.gr de NaH em ml de solução volume de HCl necessário para neutralizar os ml da solução de NaH é: f a v a f v 0,5 v a 1 0,01 v a 0ml Q.. a) Ácido é definido como toda a sustância doadora de protões e Base como toda a sustância aceitadora de protões. ) Relemre que anfóteros são sustâncias que podem actuar simultaneamente como dadores ou como aceitadores de protões. Assim: A. ácidos 4 B. ases, C. anfóteros 1, 5 Q.4. HCl (aq) H (l ) Cl - (aq) H (aq) Q.5. As reacções de ionização completa são: HCl (aq) H (l) Cl - (aq) H (aq) HN (aq) H (l) N (aq) H (aq)
Química Geral 607 Uma vez que se trata de uma mistura de dois ácidos, a quantidade de H, resulta da contriuição de amos, de acordo com: HCl: HN : 4 0, 005 mol dm 0, 040 dm, 4 0, 0060 mol dm 0, 060 dm, 6 mol mol Total: 1,0 4,6 4 4,6 4 mol Logo, a concentração de H na solução resultante é: 4 4,6 mol [ H ] 4,6 mol dm 0,0 dm Recordando a definição de ph então: ph log [ H ] log(4,6 ), Q.6. Relemre os conceitos de Molaridade (moles por litro) e ph ( log [H ]). Comecemos por esquematizar os dados do prolema: [NH ] 0,1M [HCl]? v NH 0ml v HC l ml Uma vez que foram necessários 0ml de uma solução 0,1M de NH para titular ml de uma solução de HCl de concentração desconhecida, podemos concluir que o número de moles existentes em 0ml da solução de NH é igual ao número de moles existentes em ml da solução de HCl titulada. Assim, e através de regras de proporcionalidade chegamos a: 0,1 moles 00ml x moles 0ml x moles de NH em 0ml moles ml y moles 00ml y 0, moles de HCl em 00 ml 0, M
Química Geral 607 Conclui-se que a concentração da solução de HCl titulada é de 0,M. Sendo o HCl um ácido forte, podemos admitir que todo o ácido se dissocia, o que é traduzido por: HCl H H Cl e portanto [HCl] [H ]. Como [HCl] 0,M, vem: ph log (0,) ph 0,7 ) Vejamos as reacções químicas envolvidas no processo são: HCl NH NH 4 Cl NH 4 Cl NH 4 Cl NH 4 H NH H A constante de acidez é definida como: k a ( NH ) 4 [ NH ] H NH 4 No ponto de uivalência, o número de moles de NH é igual ao número de moles de HCl, mas o volume total é a soma dos volumes das duas soluções (00ml). A concentração de NH é dada por: moles de NH 0ml de solução z moles de NH 00ml de solução z 6,7 M Por outro lado, e de acordo com a estuiometria da reacção, a concentração de NH é igual à de HCl, e igual à de NH 4 Cl, que é um sal e em presença de água dissociase completamente, ou seja, a concentração do ião NH 4 é igual à concentração de NH 4 Cl. Assim, por sustituição na expressão de k a, otemos a concentração de H :
Química Geral 607 5,6 x 6 6 x 6,7 [ H ] Podemos finalmente calcular o ph no ponto de uivalência: ph log (6 6 ) ph 5, c) Indicadores são sustâncias que apresentam cores distintas em meio ácido e em meio ásico e que permitem detectar o ponto de uivalência. Um indicador para poder ser usado numa titulação deve apresentar um intervalo de viragem que aranja a zona de ph na qual se prevê que ocorra o ponto de uivalência. De acordo com o enunciado o clorofenol apresenta uma zona de viragem cujo limite inferior coincide com o ph (calculado) do ponto de uivalência, o que significa que este indicador não é aduado para esta titulação. Q.7. a) De acordo com o enunciado 0 cm de uma solução de ácido acético 0,0M foram titulados com 50 cm de uma solução de hidróxido de sódio de concentração desconhecida. Saemos ainda que uma titulação está completa quando se atinge o ponto de uivalência, isto é, quando o número de moles de ase é igual ao número de moles de ácido. Neste caso, porque se trata de sustâncias monopróticas podemos usar a expressão F V F V para calcular a concentração da a a solução de NaH usada. Por sustituição: 0. 0 0 F 0.1N F 50 ou seja, [NaH] 0,1M. Como se trata de uma ase forte há uma dissociação completa e a concentração do ião hidróxido é [H ] 0,1M. Por outro lado, saemos que ph log [H ], o que nos permite calcular o ph da solução: ph 0,9 Uma vez que a temperatura é de 5C, então e por sustituição: ph ph 14 ph 14 ph. ph 14 0,9 ph 1,08
Química Geral 607 ) Com ase na reacção de ionização do ácido acético podemos começar por escrever a uação para o : [ CH C ] H [ CH CH] No ponto de uivalência, o número de moles do ácido é igual ao número de moles da ase. Assim, começamos por calcular o número de moles existente em 0 cm de uma solução 0,0M de ácido acético: n CH C 0 0,0 6 mol Uma vez que o volume total é 0 50 80 cm, é necessário proceder ao cálculo das as concentrações no uilírio: 6 mol 80 ml y 00 ml y 0,075M corresponde à concentração do sal CHCNa De acordo com as reacções apresentadas, o sal formado vai ser dissociado em ião acetato e ião sódio, e o ião acetato é posteriormente hidrolisado, de acordo com a reacção: CH C (aq) H (l) CH CH (aq) H (aq) Concentração 0,75M 0 0 no início Concentração no uilírio 0,75 z M z M z M Por sustituição na expressão de otemos: 5,6 4, 11 z 6,48 6 z z 0,075 z ou seja, a concentração do ião hidróxido é: H 6,48 6 M
Química Geral 607 Note que o valor de z é considerado desprezável, face à concentração do ião acetato, porque o é muito pueno. Podemos agora calcular o ph log (6,48 6 ) ph 5,19 u seja, ph 14 5,19 ph 8,81 c) Numa titulação uma solução de concentração exactamente conhecida é adicionada a outra de concentração desconhecida até que a reacção química entre estas duas soluções esteja completa, ou seja, até que se atinja o ponto de uivalência. Assim, podemos dizer que o ponto de uivalência é o ponto no qual o ácido reagiu completamente com a ase, neutralizando-a. Isto significa que no ponto de uivalência o número de moles do ácido é igual ao número de moles da ase. Q.8. a) HCl (aq) H (l) Cl (aq) H (aq) ácido ase ase ácido ) NH (aq) HCH (aq) NH4 (aq) CH ase ácido ácido ase (aq) c) Cl (aq) H (l) HCl (aq) H (aq) ase ácido ácido ase Q.9. Comecemos por escrever a uação que traduz a constante de asicidade: k C H NH H 5 5 C H N 5 5 É agora necessário determinar as concentrações no uilírio das várias espécies presentes. De acordo com o enunciado o ph da solução 0,1M de piridina é igual a 9, ou seja: ph log [H ] e portanto [H ] 9 M Saemos ainda que à temperatura de 5C, ph ph 14 ou seja, ph 14 ph Por sustituição dos valores:
Química Geral 607 ph 5 e portanto [H ] 5 M. Na situação de uilírio: C 5 H5N (aq) H (l) C5H5NH (aq) H (aq) Início 0,1M cte 0 0 Equilírio (0,1 5 )M cte 5 M 5 M Sustituindo estes valores na expressão para o : k k 9 5 01, M 5 Este valor da constante de asicidade é muito pueno, o que nos indica que a piridina é uma ase fraca. Q.. a) CHH (aq) H (l) CH (aq) H (aq) ) Para qualquer par ácido ase conjugado, é sempre verdade que w a Assim, por sustituição directa dos valores calculamos a constante de asicidade da ase conjugada do ácido metanóico: 1,0 14 5,6 1,8 11 4 c) De acordo com a uação de ionização do ácido metanóico em água, a constante de acidez é igual a: CH H a [ CHH] No uilírio verifica-se : CHH (aq) H (l) CH (aq) H (aq) Início 0,1 M 0 0 Variação z M z M z M Equilírio (0,1 z) M z M z M
Química Geral 607 ou seja: 1,8 4 z (0,1 z) Como se trata de um ácido fraco, que se ioniza muito pouco, podemos admitir que z é pueno relativamente à concentração inicial e a uação é simplificada para: 1,8 z 4 1,8 z 4, z 0,1 5 ou seja, a concentração de [H ] a 5 C é 4, mol dm. Q.11. Saendo que o ph é definido como ph log[h] Por sustituição directa otemos: Situação 1 Situação ph log(. 4 ) ph log (1.0 ) ph.5 ph que nos permite concluir que após exposição ao ar, o vinho encontra-se mais ácido (apresenta menor ph). Q.1. Comecemos por escrever a expressão da constante de acidez: [ Cl ] [ H ] a HCl Por outro lado saemos que: [ ] ph log[ H ] 5 [ H ],98 que representa a concentração de iões H no uilírio que por seu lado é igual à concentração de iões Cl. HCl H Cl H Início 0,048M cte 0 0 Equilírio (0,0484x 5 )M cte 4x 5 M 4x 5 M 4,4
Química Geral 607 Sustituindo na expressão da constante de acidez: a a a [ Cl ] [ H ] [ HCl],98 5 5 ( 0,048,98 ),0 8,98 5 Note que a água é considerada solvente, com uma concentração elevada que é considerada constante. Para a resolução pode ainda assumir que,98x 5 concentração inicial e o valor otido é de: a o que confirma a aproximação efectuada.,00 8 é desprezável face à Q.1. a) A solução I é uma solução de água líquida e o produto iónico é: w H H Saemos ainda que no uilírio as concentrações são iguais e portanto: w 6.81 x [ H ] [ H ] 15 x 8 [ H ] [ H ] 8.5 M ) s pares conjugados são: HC H / HC e H / H c) A constante de asicidade da etilamina é: CH CH NH H CH CH NH Sendo que as concentrações de uilírio dos produtos de reacção são iguais:
Química Geral 607 CH CH NH H De acordo com o enunciado, ph1 o que permite o cálculo da concentração dos hidrogeniões e consuentemente o cálculo da concentração dos iões hidróxido, através do produto iónico da água. Note que a temperatura é de 0C: w [ H ] [ H ] 15 1 6.81 1 [ H ] [ H ] 6.81 M Por sustituição na expressão da constante de asicidade otemos a concentração no uilírio da etilamina: [ CH CH NH ] [ H ] [ CH CH NH ] 6.41 4 6.81 [ CH CH NH ] 6.81 [ CH CH NH ] 7. M Finalmente a concentração inicial de etilamina é dada pela soma da concentração no uilírio e a concentração, tamém de uilírio, do ião hidróxido que corresponde ao que foi consumido: [ CH CH NH ] [ CH CH NH ] inicial 6.81 M [ CH CH NH ] inicial 7. 6.81 [ CH CH NH ] 7.9 M inicial Q.14. a) Comecemos por escrever a expressão que traduz a constante de acidez: [ C9 H 74 ] [ H ] 4 a.0 HC H [ ] 9 7 4 Comecemos por calcular a concentração inicial de ácido na solução:
Química Geral 607 5 g 1 4 180.16g / mol 50 l [ HC H ] 5.55 mol / l 9 7 4 No uilírio temos: [H ] [A ] [HA] Início 0 0 5.55 4 Alteração x x x Equilírio x x 5.55 4 x Sustituindo agora na expressão para a constante de acidez:.0.0 1 4 4 1.67 7.0 x.0 x.0 x x.58 x x 5.55 4 ( 5.55 x).0 4 4 4 4 ± ± 4 4 x x x 4 7 (.0 ) 4 1 (1.67 ) 6.66 ± 8.16 e 4 x 7 1 x 5.58 4 Uma vez que as concentrações não podem ser negativas, a raíz identificada como x não é válida e a concentração de H é.58 4 M. Como ph log[ H ] sustituição calculamos o ph: por ph ph log(.58.6 4 ) Nota: A partir do valor da constante de acidez pode concluir que se trata de um ácido fraco, que se ioniza pouco, e fazer a aproximação de que a quantidade x vai ser muito puena comparada com a concentração inicial. Este tipo de aproximações devem sempre ser devidamente justificadas. ) Sendo o ph uma medida da concentração de hidrogeniões, é de prever que a mesma quantidade de ácido diluída num maior volume de água apresente uma
Química Geral 607 concentração de iões H inferior e consuentemente o ph deverá ser superior, ou seja, a solução é menos ácida. Q.15. completa: Uma vez que HI é um ácido forte, considera-se que ocorre dissociação HI H I 0.16 1.5 A concentração de iões H vem igual a: [ H ] 0. 064M e o ph é calculado por: ph log H 1. Saemos ainda que ph ph pw e pw log ( w) Por sustituição: 1. ph log 6.81 ph 14.17 1. ph 1.97 15 ( )