.QUESTÃO(a ser resolvida obrigatoriamente nesta folha):
Em um laboratório de análises ambientais,será necessário preparar
de uma solução 2,00 molL
de ácido sulfúrico(HWSO®)a partir do reagente concentrado disponível no estoque.O frasco do ácido está rotulado como
,com densidade
.Para evitar riscos de acidentes,é fundamental calcular exatamente o volume de ácido concentrado que será diluído, além de planejar corretamente o procedimento seguro de diluição.
a)Qual a molalidade e molaridade do ácido empregado?
b)Qual o volume(em mL)de HலSO⿴囗口 puro necessário para preparar a solução desejada?
c)Qual o percentual em massa(
)da nova solução formada?
d)Explique as diferenças entre fração molar e percentual em massa.Em que situações cada unidade é mais adequada?Como a densidade da solução influencia a conversão entre essas unidades?
a)Qual a molalidade e molaridade do ácido empregado?
b)Qual o volume(em mL)de HலSO⿴囗口 puro necessário para preparar a solução desejada?
c)Qual o percentual em massa(
d)Explique as diferenças entre fração molar e percentual em massa.Em que situações cada unidade é mais adequada?Como a densidade da solução influencia a conversão entre essas unidades?
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede (peguei todos os dados do enunciado):
- Dados do ácido concentrado:
- percentual em massa:
(ou seja, g de por g de solução); - densidade:
(uso para facilitar cálculo por litro); - massa molar:
(fornecida).
- percentual em massa:
- Objetivo final:
- preparar
de solução com concentração .
- preparar
- O enunciado pede:
a) molalidade e molaridade do ácido concentrado empregado;
b) volume (em mL) do ácido concentrado necessário para preparar a solução desejada;
c) percentual em massa () da nova solução preparada;
d) explicar diferenças entre fração molar e percentual em massa, quando usar cada uma e como a densidade influencia conversões.
Nenhuma outra informação (por exemplo densidade da solução final) foi fornecida; quando for necessário fazer aproximações eu as explicito.
Passo 2
Calcular a molalidade do ácido concentrado (definição e procedimento).
- Definição: a molalidade
é o número de mols de soluto por quilograma de solvente:
Aqui uso um “preparado mental” muito útil: tomo
g de solução concentrada (porque o dado é
):
- em
g de solução, massa de soluto de ; - moles de
: - massa de solvente (água) em
g de solução:
Agora aplico a fórmula da molalidade:
Interpretação curta: a molalidade é muito alta porque a solução é quase pura em ácido (pouco solvente por massa).
Passo 3
Calcular a molaridade do ácido concentrado (definição e procedimento usando a densidade).
- Definição: molaridade
é moles de soluto por litro de solução:
Para achar
a partir de
e densidade, faço por 1 litro de solução:
- massa de
de solução - massa de soluto nessa
: - moles por litro:
Logo a molaridade é
Comentário didático: usei a densidade para converter volume
massa de solução; com a massa e o
obtém-se massa do soluto e daí os mols por litro.
Passo 4
Calcular o volume de ácido concentrado necessário para obter
de
.
- Mols de
necessários na solução final:
- Como o ácido concentrado tem
, o volume de concentrado necessário é
Convertendo para mL:
Pequena observação prática: sempre adicione ácido à água, não o contrário, e use proteção adequada (EPIs, capela). Aqui apenas calculei a quantidade.
Passo 5
Calcular o percentual em massa da nova solução formada (faço explícito o que estou aproximando).
- Massa de
adicionada (pureza efetiva): - Massa do volume de ácido concentrado usado:
Desses, são ácido e são água (coerente com m/m). - Para completar
de solução, adicionou-se água até o volume; o volume de água adicionado (aproximação de volumes aditivos) é
Assumo densidade da água
para transformar volume em massa (aproximação padrão quando não se dá a densidade da solução final). Assim massa de água adicionada
- Massa total aproximada da solução final:
- Percentual em massa do soluto na solução final:
Comentário sobre aproximação: usei aditividade de volumes e densidade da água
. Na prática, mistura pode apresentar pequena variação de volume e a densidade final difere de
, então este
é uma estimativa muito razoável para propósitos de cálculo de preparo.
Passo 6
Explicação didática: diferença entre fração molar e percentual em massa; quando usar; influência da densidade.
- Definições curtas:
- Percentual em massa (
) é a massa de soluto por massa de solução vezes . Se for a fração em massa (ex.: para ), então
- Fração molar
é o número de mols do componente dividido pelo número total de mols da mistura:
- Percentual em massa (
- Quando usar cada uma:
-
é muito prática em química técnica e preparos de solução (balança mede massa diretamente) e quando propriedades dependem da massa (ex.: controle de composição por massa). - Fração molar é a escolha natural quando se trata de propriedades coligativas (pressão de vapor, fração molar em leis de Raoult), termodinâmica (potenciais químicos) e quando se trabalha com reações estequiométricas gasosas (quando as quantidades em mol são relevantes).
-
- Como converter e como a densidade entra:
- Para converter
(ou fração em massa ) em molaridade precisa da densidade da solução:
onde é fração em massa (por exemplo para ), é massa de solução por volume (em ou — ajustar fator 1000 conforme unidade), e massa molar em . Explicando: dá massa de soluto por volume de solução, dividindo por obtém-se mol por volume. - Para molalidade
a partir de (fração em massa), sem densidade, há fórmula que usa apenas massas:
onde é fração em massa (ex.: para ), em . Essa fórmula vem de considerar g de solução (ou 1 kg) e calcular mols de soluto e massa de solvente em kg. - Observação prática: para passar de massa percentual para molaridade é necessário conhecer a densidade da solução (porque molaridade é por volume). Sem densidade não se consegue transformar massa por volume com exatidão.
- Para converter
- Resumo conceitual:
fala sobre massas (útil para preparo e controle de massa), fração molar fala sobre quantidades de matéria (útil em termodinâmica e leis envolvendo pressão parcial). A densidade é a ponte necessária quando se quer ir de massa (ou ) para concentrações por volume (molaridade) ou vice-versa.
Resposta
(a) Molalidade do ácido concentrado:
.
(a) Molaridade do ácido concentrado: .
(b) Volume de ácido concentrado necessário: (aprox.).
(c) Percentual em massa da solução preparada (estimado): .
(d) Fração molar é (usa mols; indicada em termodinâmica e leis coligativas); percentual em massa é massa de soluto sobre massa da solução vezes
(útil para preparo e controle por balança). A densidade é necessária para converter entre massa-percentual e concentrações baseadas em volume (ex.: molaridade); para converter entre massa-percentual e molalidade não é preciso densidade.
(a) Molaridade do ácido concentrado:
(b) Volume de ácido concentrado necessário:
(c) Percentual em massa da solução preparada (estimado):
(d) Fração molar é