Equacione as reações no equilibrio das seguintes soluções e calcule o pH :
(a) H2 CO3 0,01 mol L^-1 (Dados: Ka 1=4,30 times 10^-7 ; Ka 2=5,60 times 10^-11 )
(b) H2 SO4 0,01 mol L^-1 (Dados: Ka 1=infty ; Ka 2=1,20 times 10^-2 )
© H2 X 0,01 mol L^-1 (Dados: Ka 1=8,0 times 10^-5 ; Ka 2=1,60 times 10^-12 )

Passo 1

Beleza, então o que a questão pede é: “Escrever as reações de equilíbrio para cada ácido (que são dipróticos ou monopróticos fortes) e calcular o pH de soluções 0,01 M.”
Conteúdo: equilíbrio ácido–base, constantes de acidez (Ka), tabelinha ICE (inicial–mudança–equilíbrio) e aproximações (“x≪C0”).
O que vamos usar:
  • Equação de dissociação e expressão de Ka: HA <=ftharpoons H^+ + A^- , Ka=[H^+][A^-][HA]
  • Aproximação quando .
  • Para ácidos dipróticos, tratamos primeiro Ka1 (maior) e depois Ka2 (muito menor).

Passo 2

  1. Escrevendo o primeiro equilíbrio: H2CO3 <=ftharpoons H^+ + HCO3^- (Ka1=4,30times10^-7)
  2. Tabelinha ICE (apenas para Ka₁): c|ccc & [H2CO3] & [H^+] & [HCO3^-]hline inicial & 0,01 & 0 & 0 De
  3. Expressão de Ka₁: Ka1=xcdot x0,01 - xapproxx^20,01 ;Longrightarrow; x=raizKa1cdot0,01=raiz4,30times10^-7times10^-2 =raiz4,30times10^-9approx6,56times10^-5,M
  4. Segundo dissociação (Ka₂) quase não contribui para [H⁺] (é 5,6×10⁻¹¹), então [H^+]approx6,56times10^-5
  5. pH: pH=-log(6,56times10^-5)approx4,18

Passo 3

  1. 1ª dissociação é completa: H2SO4toH^++HSO4^-Rightarrow;[H^+]1=0,01;M,;[HSO4^-]=0,01
  2. 2ª dissociação: HSO4^- <=ftharpoons H^+ + SO4^2-(Ka2=1,2times10^-2)Tabela ICE (para a segunda): c|ccc & [HSO4^-] & [H^+] & [SO4^2-]hline inicial & 0,01 & 0,01 & 0 DeEquação: Ka2=(0,01+x),x0,01 - x=1,2times10^-2 Longrightarrow x^2+(0,01+0,012)x-1,2times10^-4=0 Resolvendo (fórmula de Bhaskara): xapprox4,525times10^-3,M
  3. [H⁺] total = 0,01 + 0,004525 = 0,014525 M
  4. pH =

Passo 4

  1. 1ª dissociação: H2X<=ftharpoons H^+ + HX^- (Ka1=8,0times10^-5)Tabela ICE: c|ccc & [H2X] & [H^+] & [HX^-]hline inicial & 0,01 & 0 & 0 De Ka1=x^20,01 - xapproxx^20,01 ;Longrightarrow; x=raiz8,0times10^-5times10^-2=raiz8,0times10^-7 approx8,94times10^-4,M
  2. 2ª dissociação, , gera , desprezível.
  3. [H⁺]≈8,94×10⁻⁴ M → pH =

Resposta

(a) pH ≈ 4,18
(b) pH ≈ 1,84
© pH ≈ 3,05

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