Definir a composição das soluções a seguir e escrever as respectivas equações matemáticas das constantes de equilíbrio, balanço de massa, balanço de carga e condição protônica. Dado pKw = 14,0
. Sugestão: Começar identificando o tipo de sal.
(b)
.
(b)
Passo 1
Beleza, vamos lá! A pergunta pede para definirmos a composição de uma solução de cloreto de cálcio (CaCl₂) com concentração de 0,03 mol/L. Além disso, precisamos escrever as equações matemáticas das constantes de equilíbrio, fazer o balanço de massa, o balanço de carga e a condição protônica. Vamos usar conceitos de química aquosa, como dissociação de sais, equilíbrio ácido-base e equilíbrio de água. Vamos precisar lembrar que o pKw é 14,0 a 25°C.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o tipo de sal. O CaCl₂ é um sal formado pela combinação de um cátion metálico, Ca²⁺, e um ânion, Cl⁻. Isso significa que na água, o CaCl₂ vai se dissociar completamente em íons Ca²⁺ e Cl⁻.
Passo 3
Agora, vamos escrever a equação de dissociação do CaCl₂ na água:
Isso mostra que cada molécula de CaCl₂ produz um íon de cálcio e dois íons de cloreto.
Passo 4
Em seguida, vamos considerar o equilíbrio de água (autoionização da água):
Sabemos que a constante de ionização da água,
, está relacionada ao pKw dado:
Passo 5
Agora, vamos estabelecer o balanço de massas para cada espécie na solução. Como o CaCl₂ se dissocia completamente:
- Concentração de
: 0,03 mol/L - Concentração de
: 2 × 0,03 = 0,06 mol/L
Além disso, temos
e
da água. Vamos chamar a concentração de
de x mol/L, então a de
será
.
Passo 6
Agora, fazemos o balanço de carga. A soma das cargas positivas deve igualar a soma das cargas negativas na solução:
Substituindo os valores:
Passo 7
Como
é um número muito pequeno, podemos ignorar esse termo na equação para simplificar:
Resolvendo para x:
Passo 8
Por fim, aplicamos a condição protônica usando o pKw:
Com
:
Resposta
A composição da solução de CaCl₂ 0,03 mol/L é:
- Concentração de
: 0,03 mol/L - Concentração de
: 0,06 mol/L - Concentração de
: 0,03 mol/L - Concentração de
: mol/L
As equações matemáticas são:
Dissociação:
Equilíbrio de água:
Constante de equilíbrio da água:
Balanço de massa:
Balanço de carga:
Condição protônica: