A determinação de fenol em água de rio pode ser realizada por meio de titulação coulométrica. Uma alíquota de 10,0 \mathrm{~mL} de água foi dilúida com 40,00 \mathrm{~mL} de ácido sulfúrico 0,1 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1} e um excesso de KBr foi adicionado para geração eletrolítica de bromo.
a) Sabendo que a reação entre fenol e bromo ocorre com a estequiometria de 1:3 (fenol : \mathrm{Br}_{2} ) e considerando que a titulação da alíquota da amostra requereu a passagem de 25,8 \mathrm{~mA} por 13 minutos e 5 segundos, determine a concentração molar de fenol na amostra.
b) Descreva o aparato experimental necessário para a realização deste tipo de medida. Justifique a resposta.

Passo 1

O enunciado pede a concentração molar de fenol em uma amostra de água de rio por titulação coulométrica. Temos uma alíquota de 10,0\\ \mathrm{mL} da amostra diluída em 40,00\\ \mathrm{mL} de \,0{,}1\\ \mathrm{mol\,L^{-1}} de \mathrm{H_2SO_4} com excesso de \mathrm{KBr}. A reação é
\text{fenol} + 3\,\mathrm{Br_2} \longrightarrow \text{produtos}\,,
e o bromo é gerado eletricamente segundo
2\,\mathrm{Br^-} \to \mathrm{Br_2} + 2\,\mathrm{e^-}\,.
O experimento usou I=25{,}8\\ \mathrm{mA} durante 13\\ \mathrm{min}\\\ 5\\ \mathrm{s}. Vamos aplicar a lei de Faraday para relacionar carga elétrica e quantidade de substância.

Passo 2

Calcular a carga elétrica total Q que passou pela célula:
t = 13\times 60 + 5 = 785\\ \mathrm{s},
Q = I\,t = 25{,}8\times10^{-3}\\ \mathrm{A}\,\times\,785\\ \mathrm{s} = 20{,}253\\ \mathrm{C}.

Passo 3

Determinar os mols de elétrons usando a constante de Faraday F=96485\\ \mathrm{C\,mol^{-1}}:
n_{e^-} = \frac{Q}{F} = \frac{20{,}253}{96485}\approx2{,}10\times10^{-4}\\ \mathrm{mol\\ e^-}.
Cada mol de fenol consome 3 mol de \mathrm{Br_2}, e cada mol de \mathrm{Br_2} requer 2 mol de elétrons, logo z=3\times2=6 mol de e^- por mol de fenol. Assim,
n_{\text{fenol}} = \frac{n_{e^-}}{6} = \frac{2{,}10\times10^{-4}}{6} \approx3{,}50\times10^{-5}\\ \mathrm{mol}.

Passo 4

A alíquota era 10{,}0\\ \mathrm{mL}=0{,}0100\\ \mathrm{L}, então a concentração de fenol na amostra é
c = \frac{n_{\text{fenol}}}{V} = \frac{3{,}50\times10^{-5}\\ \mathrm{mol}}{0{,}0100\\ \mathrm{L}} =3{,}50\times10^{-3}\\ \mathrm{mol\,L^{-1}}.

Passo 5

O aparato de titulação coulométrica de fenol em meio ácido com \mathrm{KBr} geralmente consiste em:
– Uma célula eletrolítica de vidros com eletrodos de platina (ânodo gerador de \mathrm{Br_2} e cátodo), muitas vezes separados por uma barreira (frit).
– Uma fonte de corrente (galvanostato) que mantém o valor I constante e registra o tempo, de modo a calcular Q.
– Um eletrodo indicador (por exemplo de platina) e um eletrodo de referência (como Ag/AgCl) para detectar o ponto de equivalência por mudança de potencial.
– Agitação magnética para dispersar o \mathrm{Br_2} gerado e garantir reação rápida com o fenol.
– Sistema de aquisição de dados que integra I\times t e calcula mols de elétrons de acordo com a lei de Faraday, tornando desnecessário manusear soluções padrão de titulante.

Resposta

a) 3{,}50\times10^{-3}\\ \mathrm{mol\,L^{-1}}.
b) Uma célula eletrolítica com eletrodos de platina, galvanostato de corrente constante, eletrodo indicador (Pt) e referência (Ag/AgCl), agitação magnética e sistema de registro de carga, pois na titulação coulométrica o brometo é oxidado no ânodo a \mathrm{Br_2} de forma controlada pela carga elétrica, viabilizando uma medida direta da quantidade de fenol.

Exercícios relacionados