Problemas da disciplina de Química II Ácidos e bases 2º semestre de 2007-2008 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 2007-2008. 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 5 10 3 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. 1.6 1,0000 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.
Problemas da disciplina de Química II Ácidos e bases 2º semestre de 2006-2007 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 2006-2007. 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) = 6,81 10 15 K w (25 ºC) = 1,00 10 14 2.2 - Calcule a concentração em OH de uma solução com [H 3 O] + = 1,00 10 4 M, a 25 ºC. 2.3 O ião metilamónio (CH 3 NH 3 + ) tem uma constante de acidez K a = 2,3 10 11. 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 = 6,2 10 10. 2.5 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.
3.2 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) = 9,8 10 5 3.3 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 = 5,408 3.4 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 = 1,95 10 2 ; K a2 = 4,4 10 9 ; K a3 = 1,70 10 11 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 = 1,0 10 14. 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 = 4,2 10 7 e K a2 = 4,8 10 11: 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
= 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 = 11,50. 3.7 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 = 4,45 10 7 ; K a2 = 4,69 10 11 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
Problemas da disciplina de Química II Ácidos e bases 2º semestre de 2007-2008 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 2007-2008. 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) = 3,745 4.2 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 = 1,48 10 4 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 = 12,3. 4.5 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= 10,4. 4.6 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.
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
Problemas da disciplina de Química II Reacções Redox 2º semestre de 2007-2008 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 2007-2008. 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 5 8.2 Considere as seguintes reacções: Fe 2+ + 2 H + + NO 3 Fe 3+ + NO 2 + H 2 O MnO 4 + 8 H + + 5 Fe 2+ Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 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 7 2 + 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 17 3 + H 2 8.5 Calcule o potencial de um elemento de pilha constituído por um eléctrodo de prata mergulhado numa solução 1,00 10 2 M em ião Ag +. E o (Ag + /Ag) = 0,799 V 1
8.6 Calcule o potencial de um elemento de pilha constituído por um eléctrodo de zinco mergulhado numa solução 1,00 10 2 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 = 1,5 10 2 ; K 2 = 1,8 10 2 ; K 3 = 2,0 10 2 ; K 4 = 91; pk a (NH + 4 ) = 9,244 8.7 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. 8.10 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
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) = 52. 8.15 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