A chuva ácida é um problema ambiental resultado de precipitação com os ácidos sulfúrico, nítrico e nitroso. Essa situação ocorre devido a reações de gases do enxofre e do nitrogênio com vapor d’água. Uma amostra de água de um rio de uma região industrializada foi levada para análise, e identificou-se a presença de ácido nitroso \left(\mathrm{HNO}_{2}\right) na água. 10 mL foram titulados com uma base forte ( NaOH ) na concentração 0,0015 \mathrm{~mol} / \mathrm{L}, e foram gastos 5 mL de titulante.
a) Como ocorre a formação da chuva ácida?
b) Qual o pH dessa amostra de água de rio analisada? \mathrm{Ka} \mathrm{HNO}_{2}=7,1 \times 10^{-4}
c) Quando a titulação atingir o ponto final, a solução resultante é ácida, neutra ou básica? Justifique sua resposta.

Passo 1

O enunciado trata da chuva ácida, que envolve os ácidos sulfúrico, nítrico e nitroso formados por reações de gases de enxofre e nitrogênio com vapor d’água. Temos uma amostra de 10,mL de água contendo \mathrm{HNO_2}, titulada com \mathrm{NaOH} 0,0015,mol/L, gastando-se 5,mL de base. Precisamos:
  1. Explicar como ocorre a formação da chuva ácida (conteúdo: química atmosférica).
  2. Calcular o pH da amostra antes da titulação (conteúdo: equilíbrio de ácido fraco).
  3. Determinar se, no ponto final da titulação, a solução é ácida, neutra ou básica (conteúdo: titulação de ácido fraco).

Passo 2

A chuva ácida forma-se quando poluentes gasosos reagem no ar e precipitam como ácidos. Em regiões industrializadas, temos principalmente:
\mathrm{SO_2} + \tfrac12\,\mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{SO_3}
\mathrm{SO_3} + \mathrm{H_2O} \longrightarrow \mathrm{H_2SO_4}
e também óxidos de nitrogênio:
2\,\mathrm{NO_2} + \mathrm{H_2O} \longrightarrow \mathrm{HNO_3} + \mathrm{HNO_2}
Esses ácidos dissolvem-se nas gotas de chuva, diminuindo o pH da precipitação.

Passo 3

Para achar a concentração inicial de \mathrm{HNO_2}, usamos a estequiometria da titulação (ácido monoprótico):
Moles de \mathrm{NaOH} consumidos:
n_{\mathrm{NaOH}} = C \times V = 0,0015\,\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}}\times 0,005\,\mathrm{L}=7{,}5\times10^{-6}\,\mathrm{mol}.
Como n_{\mathrm{HNO_2}}=n_{\mathrm{NaOH}}, a concentração inicial de \mathrm{HNO_2} em 10,mL é
[\mathrm{HNO_2}]_0 = \frac{7{,}5\times10^{-6}\,\mathrm{mol}}{0,010\,\mathrm{L}}=7{,}5\times10^{-4}\,\mathrm{M}.

Passo 4

Para calcular o pH, montamos o equilíbrio
\mathrm{HNO_2}\rightleftharpoons\mathrm{H^+}+\mathrm{NO_2^-},
com K_a=7{,}1\times10^{-4}. Fazendo x=[\mathrm{H^+}]:
K_a=\frac{x^2}{7{,}5\times10^{-4}-x} \;\Longrightarrow\; x^2 + K_a\,x - K_a\,(7{,}5\times10^{-4})=0.
Solução da equação quadrática:
x=\frac{-K_a+\sqrt{K_a^2+4\,K_a\,(7{,}5\times10^{-4})}}{2} \approx4{,}56\times10^{-4}\,\mathrm{M}.
Logo
\mathrm{pH}=-\log(4{,}56\times10^{-4})\approx3{,}34.

Passo 5

No ponto final da titulação todo o \mathrm{HNO_2} foi consumido e formou-se \mathrm{NO_2^-} (sal de base conjugada fraca). Esse íon sofre hidrólise:
\mathrm{NO_2^-}+\mathrm{H_2O}\rightleftharpoons\mathrm{HNO_2}+\mathrm{OH^-},
liberando \mathrm{OH^-}. Portanto, a solução final será básica \mathrm{pH}>7.

Resposta

a) A chuva ácida forma-se quando óxidos de enxofre \mathrm{SO_2}, \mathrm{SO_3} e de nitrogênio \mathrm{NO_x} reagem com vapor d’água, gerando \mathrm{H_2SO_4}, \mathrm{HNO_3} e \mathrm{HNO_2}, que precipitam com pH baixo.
b) \mathrm{pH}\approx3{,}34.
c) Básica, pois no ponto de equivalência sobra \mathrm{NO_2^-}, que hidrolisa formando \mathrm{OH^-}.

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