Considere uma solução aquosa de ácido hipocloroso, HClO , de concentração igual a 0,01 \mathrm{~mol} / \mathrm{L}. A constante de dissociação ácida para este composto é 3,0 \times 10^{-8} a 25^{\circ} \mathrm{C}, e esta dissolução é um processo endotérmico:
\mathrm{HClO}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons
Responda:
(a) Identifique quem são o ácido e a base de Brønsted-Lowry do lado esquerdo e o ácido conjugado e a base conjugada do lado direito da equação:
i. Ácido: \qquad
ii. Base: \qquad
iii. Ácido conjugado: \qquad
iv. Base conjugada: \qquad
(b) Em qual sentido o equilíbrio se deslocará quando cada uma das seguintes variações for feita ao sistema no equilíbrio:
i. \quad A temperatura aumenta: \qquad
ii. Íons \mathrm{H}^{+}são adicionados: \qquad
iii. Adicionamos \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} : \qquad
iv. Adicionarmos \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} e HClO : \qquad
(c) Calcule o pH da solução aquosa de 0,01 \mathrm{~mol} / \mathrm{L} de HClO a 25^{\circ} \mathrm{C}\left(K_{\mathrm{a}}=3,0 \times 10^{-8}\right).
(d) Considere uma mistura que contenha inicialmente 0,02 \mathrm{~mol} / \mathrm{L} de HClO . Após o equilíbrio atingido, foi observado 2,0 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} / \mathrm{L} de \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}e 2,0 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} / \mathrm{L} de ClO . Calcule o quociente da reação, Q . K_{w} =1,0 \times 10^{-14}.
(e) Determine o sentido no qual a reação prosseguirá para atingir o equilíbrio a 25^{\circ} \mathrm{C}. Justifique sua resposta

Passo 1

O enunciado trata da dissociação do ácido fraco hipocloroso em água segundo
\mathrm{HClO}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H_2O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{H_3O^+}(\mathrm{aq}) + \mathrm{ClO^-}(\mathrm{aq}),
e pede:
– (a) identificação dos pares ácido/base de Brønsted–Lowry;
– (b) direção de deslocamento do equilíbrio diante de variações (Temperatura, íons H^{+}, água, HClO+água);
– (c) cálculo de pH em c=0{,}01\\ \mathrm{mol/L} K_a=3{,}0\times10^{-8};
– (d) cálculo do quociente de reação Q para uma mistura que atinge [\mathrm{H_3O^+}]=2,0\times10^{-4}\\ \mathrm{mol/L} e [\mathrm{ClO^-}]=2,0\times10^{-4}\\ \mathrm{mol/L} partindo de 0{,}02\\ \mathrm{mol/L} de HClO;
– (e) predição do sentido de reação comparando Q e K_a.

Passo 2

Para (a) aplicamos a definição de Brønsted–Lowry: ácido doa próton e base recebe próton.
i. O ácido é quem doa \mathrm{H^+}, ou seja, \mathrm{HClO}.
ii. A base é quem recebe \mathrm{H^+}, ou seja, \mathrm{H_2O}.
iii. O ácido conjugado é o que resulta da base ao aceitar \mathrm{H^+}, ou seja, \mathrm{H_3O^+}.
iv. A base conjugada é o que resulta do ácido ao doar \mathrm{H^+}, ou seja, \mathrm{ClO^-}.

Passo 3

Para (b) usamos o princípio de Le Chatelier e, no caso endotérmico, tratamos “calor” como reagente na dissociação:
i. Temperatura aumenta→ adiciona “calor”→ desloca para direita (forma mais produtos).
ii. Adição de \mathrm{H^+} (ou \mathrm{H_3O^+})→ excesso de produto→ desloca para esquerda.
iii. Adição de \mathrm{H_2O} (solvente)→ diluição de todos os solutos→ favorece o lado com mais partículas dissolvidas (produtos)→ para direita.
iv. Adição simultânea de \mathrm{H_2O} e \mathrm{HClO}→ mais reagente e mais solvente→ ambos favorecem a formação de produtos→ desloca para direita.

Passo 4

Para (c) montamos a reação de dissociação de ácido fraco e a expressão de K_a:
K_a = \frac{[\mathrm{H_3O^+}]\,[\mathrm{ClO^-}]}{[\mathrm{HClO}]} \quad\text{com}\quad K_a=3{,}0\times10^{-8}.
Seja x=[\mathrm{H_3O^+}]=[\mathrm{ClO^-}] no equilíbrio e [\mathrm{HClO}]_{\rm eq}=0{,}01-x.
Como x\ll0{,}01, aproximamos 0{,}01-x\approx0{,}01 e obtemos
x \approx \sqrt{K_a\cdot0{,}01} = \sqrt{3{,}0\times10^{-8}\times10^{-2}} = \sqrt{3{,}0\times10^{-10}} \approx1{,}7\times10^{-5}\,\mathrm{mol/L}.
Logo
\mathrm{pH} = -\log_{10}(x)\approx -\log_{10}(1{,}7\times10^{-5})\approx4{,}77.

Passo 5

Para (d) a definição de quociente de reação é análoga a K_a:
Q = \frac{[\mathrm{H_3O^+}]\,[\mathrm{ClO^-}]}{[\mathrm{HClO}]}.
Inicialmente [\mathrm{HClO}]_0=0{,}02. No equilíbrio formam-se 2{,}0\times10^{-4} de \mathrm{H_3O^+} e mesmo valor de \mathrm{ClO^-}, de modo que [\mathrm{HClO}]_{\rm eq}=0{,}02-2{,}0\times10^{-4}=0{,}0198\\ \mathrm{mol/L}.
Portanto
Q = \frac{(2{,}0\times10^{-4})\,(2{,}0\times10^{-4})}{0{,}0198} \approx2{,}0\times10^{-6}.

Passo 6

Para (e) comparamos Q e K_a:
Q\approx2{,}0\times10^{-6},\quad K_a=3{,}0\times10^{-8}\quad\Longrightarrow\quad Q > K_a.
Como Q>K_a, há excesso de produtos e o equilíbrio se desloca para a esquerda, reformando \mathrm{HClO}.

Resposta

(a) i. Ácido: \mathrm{HClO}
ii. Base: \mathrm{H_2O}
iii. Ácido conjugado: \mathrm{H_3O^+}
iv. Base conjugada: \mathrm{ClO^-}
(b) i. Direita
ii. Esquerda
iii. Direita
iv. Direita
(c) \mathrm{pH}\approx4{,}77
(d) Q\approx2{,}0\times10^{-6}
(e) Como Q>K_a, desloca para a esquerda.

Exercícios relacionados