Uma solução aquosa foi preparada em um balão volumétrico de capacidade igual a 1 L , adicionando-se uma massa correspondente a
de dihidrogenofosfato de potássio
sólido a 300 mL de uma solução
aquosa de hidróxido de potássio ( KOH )
, completando-se o volume do balão com água destilada. (Dado
).
a) Escreva a equação química referente à reação que ocorre no balão quando ocorre a adição do
à solução de
(aq)
)
b) Determine o pH da solução aquosa preparada. (
, a
simplificação é válida,
erro
)
c) Qual a variação de pH quando a 100 mL da solução preparada em (a) for adicionado 10 mL de solução aquosa de
? (
ou
)
d) Qual a variação de pH quando a 100 mL desta solução for adicionado 10 mL de solução aquosa de
? (
ou
)
aquosa de hidróxido de potássio ( KOH )
a) Escreva a equação química referente à reação que ocorre no balão quando ocorre a adição do
b) Determine o pH da solução aquosa preparada. (
c) Qual a variação de pH quando a 100 mL da solução preparada em (a) for adicionado 10 mL de solução aquosa de
d) Qual a variação de pH quando a 100 mL desta solução for adicionado 10 mL de solução aquosa de
Passo 1
O enunciado pede quatro coisas claras:
- (a) Escrever a equação química da reação que ocorre quando se adiciona
sólido a uma solução aquosa de . - (b) Determinar o pH da solução final no balão volumétrico de
. - (c) Calcular a variação de pH quando
da solução preparada em (b) recebem de . - (d) Calcular a variação de pH quando
da solução de (b) recebem de .
Informações e dados relevantes fornecidos:
- Quantidade de
adicionada: . - Solução de
: de . - Volume final do balão:
. - Valor fornecido:
da reação é . - A reação ácido-base relevante (dada no enunciado) é:
.
Não inicio a resolver aqui; só listei os pedidos e os dados que vamos usar.
Passo 2
Escrevendo a equação química pedida em (a) e explicando o que ela representa.
- Net ionic (reação ácido-base entre íons):
Essa é a equação que mostra o fósforo em sua forma ácido-conjugada (
) sendo neutralizada por
, formando a base conjugada
e água.
- Se preferir a forma molecular incluindo os contra-íons potássio (reação global):
Aqui os
são espectadores; a química ácido-base ocorre entre
e
.
Passo 3
Preparação e cálculo das quantidades iniciais (base para o item b). Vamos calcular quantos mols de
e quantos mols de
temos antes da reação e o que sobra após a reação:
- Mols de
em de :
- Mols de
adicionados (a partir de ):
Reação: cada mol de
consome 1 mol de
e gera 1 mol de
.
Comparando os mols: de
e
de
. O
é limitante.
Comparando os mols:
- Mols após reação:
Volume final do balão:
. Portanto concentrações finais (antes de adicionar qualquer ácido/base extra):
Passo 4
Explicando a fórmula que vamos usar para calcular o pH (Henderson–Hasselbalch) e por que ela vale aqui.
Considere o equilíbrio de dissociação:
A constante de acidez é
Tomando logaritmo e reorganizando obtemos a relação conhecida:
Essa é a equação de Henderson–Hasselbalch. Aqui ela é apropriada porque temos um sistema tampão (mistura de ácido fraco
e sua base conjugada
), e as concentrações calculadas são justamente as dos pares conjugados.
Na fórmula:
-
é o logaritmo negativo da concentração de . -
é o logaritmo negativo de (dado: ). -
é a concentração da base conjugada. -
é a concentração do ácido conjugado.
Passo 5
Aplicando Henderson–Hasselbalch para encontrar o pH da solução do balão (item b).
Substituindo os valores calculados no Passo 3:
Calculemos o logaritmo:
Portanto
Arredondando com duas casas decimais (conforme padrão pedido):
.
Essa é a resposta do item (b). Observação didática: a aproximação da equação de Henderson–Hasselbalch é válida aqui; verificações finas de atividade não são necessárias para este nível de problema.
Essa é a resposta do item (b). Observação didática: a aproximação da equação de Henderson–Hasselbalch é válida aqui; verificações finas de atividade não são necessárias para este nível de problema.
Passo 6
Preparando o cálculo do item (c): efeito da adição de
a
da solução preparada.
Primeiro, moles presentes em
da solução do balão (usamos as concentrações do Passo 3):
Mols de
adicionados (
de
):
Reação entre
(do
) e a base conjugada
:
Logo, cada mol de
consome 1 mol de
e aumenta 1 mol de
.]
Passo 7
Atualizando moles após a adição de
(item c):
- Moles de
após reação:
- Moles de
após reação:
Volume total final desta mistura:
.
Concentrações finais:
Passo 8
Calculando o pH após adição de
(item c) usando Henderson–Hasselbalch:
Note que
e
.
Logo
Variação de pH relativa ao pH inicial
:
Percentual da variação (tomando como base o pH inicial):
Passo 9
Preparando o cálculo do item (d): efeito da adição de
a
da solução preparada.
Novamente, moles iniciais em
(relembrando):
Mols de
adicionados com
de
de
:
Reação relevante:
.
Cada mol de consome 1 mol de
e produz 1 mol de
.
Cada mol de
Passo 10
Atualizando moles após adição de
(item d):
- Moles de
após reação:
- Moles de
:
Volume total:
.
Concentrações:
Passo 11
Calculando o pH após adição de
(item d) com Henderson–Hasselbalch:
Observe que
e
.
Logo
Variação de pH em relação ao pH inicial
:
Percentual: