QUESTÃO 03: Considerando uma solução tampão que contém
de
e
de
, faça o que se pede:
OBSERVAÇÃO: Resolver escrevendo os equilibrios e sem utilizar a Equação de Henderson-Hasselbalch.
a. Calcule o valor de pH da solução tampão. R: pH=4,93
b. Calcule o valor de pH após adição
de HCl em 1 litro da solução tampão da letra “a”. Qual é a variação de pH em termos percentuais? R: pH=4,58; Redução de 7,10 %
c. Calcule o valor de pH após adição
de NaOH em 1 litro da solução tampão da letra “a”. Qual é a variação de pH em termos percentuais? R: pH = 5,36; Aumento de 8,72 %
DADO:
OBSERVAÇÃO: Resolver escrevendo os equilibrios e sem utilizar a Equação de Henderson-Hasselbalch.
a. Calcule o valor de pH da solução tampão. R: pH=4,93
b. Calcule o valor de pH após adição
c. Calcule o valor de pH após adição
DADO:
Passo 1
O enunciado pede três coisas, e nos dá os dados abaixo:
-
Perguntas:
- (a) Calcular o pH da solução tampão inicial.
- (b) Calcular o pH após adição de
mol de HCl em L da solução tampão da letra (a) e a variação percentual do pH em relação ao pH inicial. - (c) Calcular o pH após adição de
mol de NaOH em L da solução tampão da letra (a) e a variação percentual do pH em relação ao pH inicial.
-
Dados fornecidos:
- Concentração inicial de ácido acético:
. - Concentração inicial de acetato de sódio (ion acetato):
. - Constante de ionização do ácido acético:
. - Volume considerado para (b) e (c):
L (logo, moles iniciais = concentrações L).
- Concentração inicial de ácido acético:
-
Observação do enunciado: Resolver escrevendo os equilíbrios e sem utilizar a Equação de Henderson–Hasselbalch.
A resolução efetiva começa no Passo 2.
Passo 2
Primeiro vamos escrever o equilíbrio ácido-base e a expressão da constante de acidez, e explicar o que cada símbolo significa.
- Equilíbrio de dissociação do ácido acético:
Aqui:
-
é o ácido fraco (ácido acético). -
é o íon hidrogênio livre em solução (responsável pelo pH). -
é a base conjugada (acetato). -
Expressão da constante de acidez
:
Onde:
-
é a concentração molar de íons no equilíbrio (em mol L ). -
é a concentração molar do ânion acetato no equilíbrio. -
é a concentração molar do ácido acético no equilíbrio.
Método que usaremos: montar uma tabela do tipo ICE (Initial — Change — Equilibrium) para cada situação, escrever a expressão de
, resolver para
(denotado por
quando apropriado) e calcular
. Sempre que for apropriado, justificaremos a aproximação
concentrações iniciais para simplificar a álgebra (isso é legítimo em tampões quando a constante é pequena comparada às concentrações).
Passo 3
Cálculo do pH da solução tampão inicial (letra a).
- Montamos o ICE para o equilíbrio, chamando
a concentração de formada pela dissociação no equilíbrio:
Inicial:
Variação:
Equilíbrio:
- Substituímos na expressão de
:
- Justificativa da aproximação: em tampões com ácido fraco e sua base na presença de grande excesso de base conjugada,
costuma ser pequeno frente às concentrações iniciais (porque o íon comum desloca o equilíbrio). Vamos tentar a aproximação e , eliminando os nas somas/subtrações:
- Resolver para
:
Calculando:
- Calcular o
:
- Checagem da aproximação: comparar
com as concentrações iniciais:
muito pequeno; a aproximação é válida.
Portanto a resposta para (a) é
.
Passo 4
Cálculo do pH após adição de
mol de HCl em
L da solução tampão (letra b). Lembrete: HCl é um ácido forte e reage completamente com a base conjugada
.
- Estoiquiometria da reação rápida (adição de HCl):
- Como o volume é
L, moles iniciais equivalem às concentrações iniciais multiplicadas por . Antes da adição:
Adicionamos
mol de HCl, que consome
mol de
e forma
mol de
.
- Novos números de mols (após reação completa, antes do novo equilíbrio ácido):
Como o volume total é
L, as novas concentrações são:
- Montamos o ICE com
como a concentração de produzida pelo novo equilíbrio (lembrando que o HCl já reagiu completamente):
Inicial (após reação rápida):
Variação:
. Equilíbrio:
- Expressão de
:
- Aproximação
e :
Logo:
- Calcular o
:
- Checagem da aproximação:
muito pequeno; aproximação válida.
- Variação percentual do pH em relação ao pH inicial (usamos variação relativa simples):
Portanto para (b) obtemos
e redução de
.
Passo 5
Cálculo do pH após adição de
mol de NaOH em
L da solução tampão (letra c). Lembrete: NaOH é uma base forte e reage completamente com o ácido acético
.
- Estoiquiometria da reação rápida (adição de NaOH):
- Moles iniciais antes da adição:
Adicionamos
mol de NaOH, que consome
mol de
e forma
mol de
.
- Novos números de mols (após reação completa):
Como o volume é
L, as concentrações são:
- Montamos o ICE com
a concentração de no novo equilíbrio:
Inicial:
Variação:
. Equilíbrio:
- Expressão de
:
- Aproximação
e :
Logo:
- Calcular o
:
- Checagem da aproximação:
muito pequeno; aproximação válida.
- Variação percentual do pH em relação ao pH inicial:
Portanto para (c) obtemos
e aumento de
.