Descreva como preparar as seguintes soluções:
250 mL de \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} 0,1 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1} a partir do \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} 98 \% \mathrm{~m} / \mathrm{m} \mathrm{d}=1,8 \mathrm{kg} \mathrm{L}^{-1}

Passo 1

O enunciado pede para preparar \,250\\ \mathrm{mL} de solução de \mathrm{H_2SO_4} com concentração \,0,1\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}} usando ácido concentrado com as seguintes características:
  • concentração em massa: \,98\\ \% (ou seja, 0,98 em fração massa/massa),
  • densidade: \,1,8\\ \mathrm{kg\\ L^{-1}}.
Informações relevantes (retiradas do enunciado):
  • Volume final desejado: \,V_f = 250\\ \mathrm{mL} = 0{,}250\\ \mathrm{L}.
  • Concentração desejada: \,C_f = 0{,}1\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}}.
  • Ácido concentrado: \,98\\ \% m/m e \rho = 1{,}8\\ \mathrm{kg\\ L^{-1}}.
O que é pedido: determinar quanto (volume) do ácido concentrado deve ser pesado/medido e descrever passo a passo como preparar a solução (procedimento experimental e precauções).

Passo 2

Como transformar os dados do ácido concentrado (percentual em massa e densidade) em molaridade (mol L^{-1}) — fórmula e explicação didática.
Ideia: a molaridade M (mol L^{-1}) de uma solução concentrada pode ser obtida a partir da fração em massa w (por exemplo 0,98 para 98\\ \%) e da densidade \rho (em \mathrm{g\\ mL^{-1}} ou \mathrm{kg\\ L^{-1}}), usando:
M = \frac{w\cdot \rho_{\text{(g/L)}}}{M_{\text{molar}}\\ }.
Explicação: em 1\\ \mathrm{L} de solução há \rho_{\text{(g/L)}} gramas de solução; a massa do soluto (ácido) nessa 1 L é w\cdot\rho_{\text{(g/L)}}. Dividindo essa massa pelo peso molar obtemos os mols por litro, que é a molaridade.
Primeiro vamos calcular o peso molar (massa molar) do \mathrm{H_2SO_4}:
M_{\mathrm{H_2SO_4}} = 2\cdot 1{,}008 + 32{,}06 + 4\cdot 16{,}00 = 98{,}08\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
Converter a densidade dada para unidades compatíveis (gramas por litro):
\rho = 1{,}8\\ \mathrm{kg\\ L^{-1}} = 1800\\ \mathrm{g\\ L^{-1}}.
Massa de \mathrm{H_2SO_4} por litro de solução concentrada:
\text{massa}_{\mathrm{H_2SO_4}} = 0{,}98 \times 1800 = 1764\\ \mathrm{g}.
Moles de \mathrm{H_2SO_4} por litro (ou seja, molaridade da solução concentrada):
M_{\text{conc}} = \frac{1764}{98{,}08} \approx 17{,}99\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}}.
Arredondando razoavelmente para uso prático, a solução concentrada tem aproximadamente \,18{,}0\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}}.

Passo 3

Calcular quantos mols de \mathrm{H_2SO_4} são necessários para preparar \,250\\ \mathrm{mL} de \,0{,}1\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}}.
A relação básica da molaridade é:
n = C\cdot V,
onde n são os mols, C é a concentração (mol L^{-1}) e V é o volume em litros.
Mols necessários:
n = C_f \cdot V_f = 0{,}1\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}} \times 0{,}250\\ \mathrm{L} = 0{,}025\\ \mathrm{mol}.

Passo 4

Converter os mols necessários em volume de ácido concentrado a ser usado.
Se a solução concentrada tem M_{\text{conc}} mol L^{-1}, o volume V_{\text{conc}} (em L) necessário é:
V_{\text{conc}} = \frac{n}{M_{\text{conc}}} = \frac{0{,}025}{17{,}99}\\ \mathrm{L}.
Cálculo numérico:
V_{\text{conc}} \approx 0{,}001389\\ \mathrm{L} = 1{,}389\\ \mathrm{mL}.
Arredondamento prático: 1{,}39\\ \mathrm{mL}. Para medidas de laboratório é comum arredondar ao dígito que pode ser medido com precisão (por exemplo, usar 1{,}4\\ \mathrm{mL} se o instrumento tiver incerteza maior, ou preferir medir precisamente 1{,}39\\ \mathrm{mL} com micropipeta/bureta).

Passo 5

Interpretação prática e escolha do equipamento de medição.
  • O volume calculado é pequeno ( \sim 1{,}4\\ \mathrm{mL}), portanto recomenda-se usar um instrumento que meça volumes pequenos com boa precisão: micropipeta calibrada (ex.: micropipeta ajustável 0{,}1–10{,}0 \mathrm{mL}), pipeta volumétrica apropriada (se disponível na escala) ou bureta de vidro fina. Evitar copos graduados grosseiros, que têm precisão insuficiente.
  • Se só houver uma pipeta de 1{,}0\\ \mathrm{mL}, pode-se pipetar 1{,}0\\ \mathrm{mL} e completar com 0{,}39\\ \mathrm{mL} usando uma seringa graduada de vidro/plástico resistente ao ácido; mas a melhor prática é usar uma micropipeta calibrada para todo o volume.

Passo 6

Procedimento experimental passo a passo (segurança e técnica), escrito de forma prática — siga exatamente nesta ordem:
  1. Equipamento de proteção obrigatório: óculos de segurança, luvas resistentes a ácidos (neoprene ou nitrilo espesso), jaleco, proteção facial opcional. Trabalhar em capela/exaustor sempre que possível.
  2. Tenha à mão água destilada ou deionizada, um balão volumétrico de 250\\ \mathrm{mL} (preferível), um pequeno béquer para pré-diluição (100–150 \mathrm{mL}), e a micropipeta/bureta limpa e calibrada.
  3. Colocar no balão volumétrico cerca de 100\\ \mathrm{mL} de água destilada (não encher até o volume final).
  4. Medir cuidadosamente \,1{,}39\\ \mathrm{mL} de ácido sulfúrico concentrado com a micropipeta ou bureta. Se usar micropipeta, preenche-la com cuidado e usar ponta apropriada; descarte a ponta após uso.
  5. Adicionar lentamente o ácido medido ao béquer com água (ou diretamente ao balão se for seguro), sempre despejando o ácido sobre a água e agitando lentamente. Lembrete importante: “sempre ácido na água, nunca água sobre o ácido” — isso evita respingos e liberação violenta de calor.
  6. Após mistura inicial (a solução pode aquecer — deixar esfriar se houver aquecimento perceptível), transferir essa solução ao balão volumétrico de 250\\ \mathrm{mL} (se a adição foi feita em béquer) e enxaguar as paredes do béquer/pipeta com pequenas porções de água para garantir transferência completa.
  7. Completar o balão volumétrico com água destilada até a marca de 250\\ \mathrm{mL} quando a solução estiver fria e a mistura homogênea. Homogeneizar invertendo cuidadosamente ou usando bastão de vidro, evitando respingos.
  8. Rotular o frasco com: solução \mathrm{H_2SO_4}\,0{,}1\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}}, data de preparo, concentração, e advertência de risco.

Passo 7

Verificações, tolerâncias e observações didáticas finais (o que considerar na prova ou no laboratório):
  • O cálculo usa a massa molar e a densidade fornecida; se a densidade ou a pureza efetiva do ácido forem diferentes na prática, o volume requerido muda. Em questões de prova use os números dados.
  • A quantidade de ácido é pequena, logo pequenos erros relativos no volume transferido causam erro relativo maior na concentração final; por isso é importante usar instrumentos precisos.
  • Sempre considerar o fator de segurança: se não houver micropipeta adequada, pode-se preparar um volume maior de solução (por exemplo 1{,}0\\ \mathrm{L}) para reduzir erro relativo e depois fracionar, recalculando proporcionalmente o volume de ácido concentrado.
  • Explicar sucintamente por que não se adiciona água ao ácido: a mistura é fortemente exotérmica e a adição de água sobre ácido concentrado pode causar efervescência, respingos e projecção do ácido.

Resposta

Adicionar \,1{,}39\\ \mathrm{mL} de \mathrm{H_2SO_4} concentrado (98% m/m, \rho=1{,}8\\ \mathrm{kg\\ L^{-1}}) a aproximadamente 100\\ \mathrm{mL} de água, agitar, deixar esfriar se necessário e completar com água até \,250\\ \mathrm{mL} (sempre adicionar ácido à água; usar EPI adequado).

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