Titulação de Neutralização

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Teoria

A volumetria de neutralização, ou titulação de neutralização é um método analítico que envolve uma reação ácido base e serve pra descobrir o pH de soluções ácidas ou básicas!

Pra fazer a titulação, usamos esse aparato aqui:

Titulação
Titulação

Dentro desse vidrinho que chamamos de erlenmeyer fica o titulado, que é a solução de pH desconhecido. Na bureta temos o titulante. Ele é a solução de concentração conhecida e irá reagir com o titulado. Vamos imaginar a seguinte reação:

Reação de Neutralização
Reação de Neutralização

Nesse exemplo o hidróxido de sódio fica dentro da bureta, durante a titulação abrimos a torneirinha e vamos liberando aos poucos. A titulação acaba quando todo o for consumido.

-Mas como eu sei que o ácido foi consumido? 😖

Excelente pergunta! Lá no início da titulação a gente coloca um indicador no erlenmeyer, ele faz a cor da solução mudar de cor quando o P.E. é atingido. Nesse exemplo o indicador poderia ser a fenolftaleína, que deixa a solução rosinha! 😍

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Na faculdade geralmente essa matéria é cobrada no laboratório e temos que fazer aqueles relatórios enoormes. Ou então em química analítica teórica e na prova é um deus nos acuda pra dar tempo de fazer as questões!

Você só precisa aprender dois tipos de cálculo, o da titulação ácido base forte e o de ácido fraco base forte…depois é só repetir o método! Bora aprender? 😉

Titulação Ácido-Base Forte

Vamos aprender com um exemplo! Nesse caso iremos titular de ácido clorídrico com de hidróxido de sódio . Teremos a seguinte reação de neutralização:

Titulação de HCl com NaOH
Titulação de HCl com NaOH

Existem 3 momentos diferentes durante a titulação: Antes do ponto de equivalência, no ponto de equivalência e depois do ponto de equivalência! A gente vai aprender como calcular o pH da solução em cada um desses momentos!

Antes do ponto de equivalência

A medida que adicionamos a base ela consome o ácido! Como estamos falando de ácido e base fortes podemos considerar que essa reação ocorre imediatamente. Ou seja, se eu adiciono uma molécula de , ela neutraliza uma molécula de . Beleza?

Vamos calcular o pH da solução depois de adicionarmos de base. Para isso fazemos:

Pra calcular o pH da solução precisamos saber a nova concentração de na solução, para isso usamos a seguinte fórmula:

Cálculo da concentração de ácido
Cálculo da concentração de ácido

Quando a gente subtrai o número de mols de base adicionados do número inicial de ácido, temos o número de mols restante de ácido. Dividindo isso pelo volume, achamos a concentração de ! 😍

Lembrando que esse raciocínio só é válido porque temos ácido e base fortes, então eles estão completamente dissociados. Substituindo os dados:

Agora sim podemos calcular o pH:

Esse cálculo é igualzinho pra qualquer volume de antes do ponto de equivalência!

No ponto de Equivalência

No ponto de equivalência todo o ácido foi consumido, então podemos dizer que:

Para calcular o pH no ponto de equivalência, usaremos a constante de dissociação da água:

Como a concentração de ácido e base são iguais, podemos fazer:

Logo a concentração de será:

Calculando o pH, temos:

Esse resultado faz muito sentido, pois 7 é o pH de uma solução neutra! Ou seja, uma solução que não tem nem ácido nem base livres!

Após o de Equivalência

Após o ponto de equivalência teremos um excesso de , então precisamos calcular esse excesso fazendo:

Concentração de OH- após o ponto de equivalência
Concentração de OH- após o ponto de equivalência

Para calcular o pH usamos a seguinte relação:

Calculamos o pOH:

Para o nosso exemplo, se adicionarmos de ácido, teríamos:

Agora calculamos o pH:

Titulação Ácido Fraco e Base Forte

Na titulação de um ácido fraco com uma base forte temos que considerar que o ácido não esta completamente dissociado então vamos usar a constante de dissociação do ácido para fazer as contas antes do ponto de equivalência, no ponto e após o ponto de equivalência!

Antes do Início da titulação

Como o ácido não esta completamente dissociado, precisamos calcular o pH da solução antes de começar a titulação, para isso usamos a seguinte fórmula:

Antes do Ponto de Equivalência

Antes do ponto de equivalência o ácido não foi completamente consumido, então para calcularmos a concentração de ácido, fazemos:

Concentração de ácido antes do ponto de equivalência em uma titulação ácido fraco base forte
Concentração de ácido antes do ponto de equivalência em uma titulação ácido fraco base forte

No Ponto de Equivalência

No ponto de equivalência todo o ácido foi consumido, mas nesse caso o pH não vai ser igual a 7! Aqui vamos calcular a concentração de hidróxido pra só depois calcular o pH.

Usamos a seguinte fórmula:

Concentração de base no ponto de equivalência em uma titulação ácido fraco base forte
Concentração de base no ponto de equivalência em uma titulação ácido fraco base forte

Após o Ponto de Equivalência

Após o ponto de equivalência precisamos calcular o excesso de base, para isso usamos a seguinte fórmula:

Sabendo a concentração da base, calculamos o pH da mesma forma que na titulação ácido-base forte!

Curva de Titulação

Para construir o ponto de titulação a gente precisa calcular a pH da solução em alguns pontos antes do ponto de equivalência, no ponto de equivalência e após o ponto de equivalência. Fazendo isso é só marcar os pontos no gráfico!

A curva de titulação de um ácido forte com uma base forte, por exemplo, terá esse formato aqui:

Curva de titulação de um ácido forte com uma base forte
Curva de titulação de um ácido forte com uma base forte

Agora vamos praticar com exercícios?

Titulação Ácido-Base Forte

Titulação Ácido Fraco e Base Forte

Curva de Titulação

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Considere uma titulação de 50,00   m L de N a O H 0,0500   m o l   L - 1 com H C l   0,1000   m o l   L - 1 calcule o pH após a adição dos seguintes volumes de H C l :

  1. 10,00 mL
  2. 24,50 mL
  3. 25,00 mL
  4. 25,50 mL

Passo 1

Antes de qualquer coisa, vamos descobrir o volume necessário de N a O H para atingirmos o ponto de equivalência, assim podemos saber o tipo de cálculo que vamos usar em cada letra!

No ponto de equivalência temos:

n H C l = n N a O H

Logo:

H C l × V H C l = N a O H × V N a O H

Queremos descobrir o V H C l , então vamos isolar ele e substituir os dados:

V H C l = V N a O H N a O H H C l = 50,00   m L × 0,0500 0,1000 = 25,00   m L

Ok, então a letra (a)10,00 mL e (b) 24,50 mL acontecem antes do ponto de equivalência!

Passo 2

Vamos começar com a letra (a) então, temos uma solução com 50,00   m L de N a O H   0,0500   m o l   L - 1 com 10,00   m L de H C l   0,1000   m o l   L - 1 , como a base esta em excesso então ao invés de cálcular a concentração de H 3 O + a gente calcula a concentração de O H - !

Se N a O H = [ O H - ] e todo o H C l   adicionado reage neutralizando a base, então vamos calcular o número de mols restantes de O H - e dividir pelo volume total para achar a nova concentração:

O H - =   N a O H × V N a O H - H C l × V H C l V N a O H + V H C l

Substituindo e calculando:

O H - = 0,0500   m m o l   L - 1 × 50,00   m L -   0,1000   m m o l   L - 1 × 10,00   m L 50,00 + 10,00   m L

O H - = 2,500 × 10 - 2   m o l   L - 1

Para calcular a concentração de [ H 3 O + ] a gente usa a constante de dissociação da água, K w :

H 3 O + = K w O H - = 1,00 × 10 - 14 2,500 × 10 - 2   = 4,00 × 10 - 13

Substituindo:

p H = - log ⁡ H 3 O + = - log ⁡ 4,00 × 10 - 13

Calculando:

p H = 12,40

Passo 3

Para a letra ( b ) quando o volume de H C l é 24,50   m L para achar a concentração da hidroxila:

O H - = 0,0500   m m o l   L - 1 × 50,00   m L -   0,1000   m m o l   L - 1 × 24,50   m L 50,00 + 24,50   m L

Só mudamos o volume de H C l , agora calculando achamos:

O H - = 6,71 × 10 - 4   m o l   L - 1

Agora eu vou te mostrar uma outra forma de cálcular o pH!! Primeiro vamos calcular o pOH:

p O H = - log ⁡ O H

Substituindo e calculando:

p O H = - log ⁡ 6,71 × 10 - 4 = 3,17

Agora:

p H = 14 - p O H

Então:

p H = 14 - 3,17 = 10,83

Passo 4

Agora vamos fazer os cálculos para V H C l = 25,00   m L que é onde acontece o ponto de equivalência!!

Nesse ponto:

H 3 O + = [ O H - ]

Sabendo que:

K w = H 3 O + O H - = H 3 O + 2

Então:

H 3 O + = K w

Substituindo no pH:

p H = - log ⁡ K w

Calculando:

p H = - log ⁡ 1,00 × 10 - 14 = 7,00

Passo 5

Na letra (d) o volume adicionado de ácido é 25,50   m L , se o H 3 O + esta em excesso podemos calcular a sua concentração direto!

H 3 O + = H C l × V H C l -   N a O H × V N a O H V H C l + V N a O H

Substituindo e calculando:

H 3 O + = 0,1000   m m o l   L - 1 × 25,50   m L - 0,0500   m m o l   L - 1 × 50,00   m L   25,50   m L + 50,00   m L

H 3 O + = 6,62 × 10 - 4   m o l   L - 1

Agora calculando o pH:

p H = - log ⁡ 6,62 × 10 - 4 = 3,18

Prontinho!!!

Resposta

  1. 12,40
  2. 10,83
  3. 7,00
  4. 3,18

Exercício Resolvido #2

0,56 g de soda cáustica comercial são colocados num balão volumétrico. A seguir, adiciona-se água a essa substância até que seu volume complete 100 mL. 25 mL dessa solução são recolhidos numa pipeta volumétrica, transferido para um erlenmeyer e submetidos à titulação com uma solução 0,05 mol/L de ácido cloridrico. Sabendo que foram gastos 28 mL da solução ácida, calcule o teor em NaOH da soda cáustica. (P=80%)

Passo 1

Queremos saber o teor de N a O H na soda cáustica e para isso foi feita uma ti

No ponto de equilíbrio temos:

n N a O H = n H C l

Sabendo que o número de mols é igual a sua concentração multiplicada pelo seu volume:

N a O H × V N a O H = H C l × V H C l

Isolando a concentração de N a O H :

N a O H = H C l V H C l V N a O H

O volume titulado foi de 25,00   m L , então é esse que a gente vai usar aqui:

N a O H = 0,05   m o l   L - 1 × 28   m L 25   m L = 0,06   m o l   L - 1

Passo 2

A gente achou a concentração de N a O H da alíquota da solução básica, maaas o que a gente quer é a massa de N a O H na amostra de 0,56   g para calcularmos o seu teor!

Vamos calcular quantos mols de N a O H tinha na solução preparada:

n N a O H = 0,06   m o l   L - 1 × 0,100   L = 0,006   m o l

Passo 3

Agora podemos calcular a massa de N a O H a partir do número de mols e sua massa molar M M N a O H = 40,00   g /   m o l :

m N a O H = n N a O H × M M N a O H

Substiuido:

m N a O H = 0,006 × 40,00 = 0,24   g

Podemos então calcular o percentual de N a O H :

% N a O H = m N a O H m a m o s t r a × 100 %

Calculando:

% N a O H = 0,24 0,56 × 100 % = 43 %

Resposta

A amostra contém 43 % de N a O H .

Exercício Resolvido #3

Para se determinar o conteúdo de ácido acetilsalicílico ( C 9 H 8 O 4 ) num comprimido analgésico, insento de outras substâncias ácidas, 1,0   g do comprimido foi dissolvido numa mistura de etanol e água. Essa solução consumiu 20   m L de solução aquosa de N a O H de concentração 0,1   m o l / L , para a reação completa. Ocorreu a seguinte transformação química:

C 9 H 8 O 4 + N a O H → N a C 9 H 7 O 4 + H 2 O

Determine a porcentagem de ácido acetilsalicílico no comprimido.

R=36,0

Passo 1

Queremos conhecer a porcentagem de C 9 H 8 O 4 no comprimido, para isso usamos uma amostra de 1,0   g a continha para achar o percentual é essa daqui:

% C 9 H 8 O 4 = m C 9 H 8 O 4 m a m o s t r a × 100 %

Conhecemos a massa da amostra, mas precisamos conhecer a massa do ácido!

No ponto de equivalência temos:

O H - = C 9 H 8 O 4  

Show, então! Conhecemos a concentração de O H - que é igual a 0,1   m o l / L , vamos então calcular o número de mols de C 9 H 8 O 4 :

n C 9 H 8 O 4 = O H - × V O H -

Substituindo e calculando:

n C 9 H 8 O 4 = 0,1 m o l L × 20 × 10 - 3 L = 2 × 10 - 3 m o l  

Passo 2

Agora que a gente sabe quantos mols de ácido acetilsalicílico tem em 1,0 g   de comprimido, podemos achar sua massa:

m C 9 H 8 O 4 = n C 9 H 8 O 4 × M M C 9 H 8 O 4

Se M M C 9 H 8 O 4 = 180,148   g / m o l , então:

m C 9 H 8 O 4 = 2 × 10 - 3 m o l   × 180,148   g / m o l

Calculando:

m C 9 H 8 O 4 = 0,36   g

Passo 3

Podemos finalmente achar % C 9 H 8 O 4 :

% C 9 H 8 O 4 = m C 9 H 8 O 4 m a m o s t r a × 100 %

Substituindo e calculando:

% C 9 H 8 O 4 = 0,36   g 1,0   g × 100 % = 36 %

Uhuuul!!!

Resposta

% C 9 H 8 O 4 = 36 %

Exercício Resolvido #4

Para a titulação de 50,00   m L de ácido acético 0,1000   m o l   L - 1 com hidróxido de sódio 0 , 1000   m o l   L - 1 , calcular o p H para a adição de   ( a ) 0,00   m L ;   ( b )   49,00   m L ; ( c )   50,00   m L   ; ( d ) 50,0 , 1 de base.

Dados: K a = 1,75 × 10 - 5 , K w = 1,00 × 10 - 14

Passo 1

A gente esta titulando C H 3 C O O H com N a O H , ou seja um ácido fraco com uma base forte!

Tanto o ácido como a base tem concentração 0,100   m o l   L - 1 , isso vai poupar a gente o trabalho de calcular o volume de equivalência, pois se suas concentrações são iguais, seus volumes também devem ser!

Portanto V e q = 50,00   m L de N a O H , a reação de dissociação do ácido acético é:

C H 3 C O O H ( a q ) + H 2 O ( l ) → H 3 O ( a q ) + + C H 3 C O O ( a q ) -

Então seu K a é:

K a = H 3 O + A c - H A c

O primeiro cálculo é antes da adição de titulante, então podemos coniderar H 3 O + = [ A c - ] , isolando o hidrônio na equação acima:

H 3 O + = K a [ H A ]

Agora a gente pode pegar essa concentração e substituir na fórmula de p H :

p H = - log ⁡   K a   [ H A ]  

O problema nos da K a = 1,75 × 10 - 5 e H A = 0,1000   m o l   L - 1 , substituindo:

p H = - log ⁡   1,75 × 10 - 5   × 0,1000  

Calculando, achamos:

p H = 2,89

Passo 2

A letra ( b ) pede o p H depois da gente adicionar 49,00   m L de N a O H , a concentração do hidrônio é dada por:

H 3 O + = K a H A c N a A c

A concentração do ácido a gente pode calcular diminuindo o número de mols de base adiciona e dividindo pelo novo volume:

H A c = H A c × V H A c -   N a O H × V N a O H V H A c + V N a O H

Substituindo e calculando

H A c = 0,1000   m o l   L - 1 × 50,00   m L - 0,1000   m o l   L - 1 × 49,00   m L 50,00   m L + 49,00   m L = 0,01 99,00 m o l L - 1

Agora se calculando a quantidade de sal formado:

N a A c = 0,1000   m o l   L - 1 × 49,00   m L 50,00   m L + 49,00   m L = 4,900 99,00 m o l   L - 1

Finalmente podemos substituir na fórmula lá de cima, para achar a concentração do hidrônio:

H 3 O + = 1,75 × 10 - 5 × 0,01 99,00 m o l L - 1 4,900 99,00 m o l   L - 1 = 3,57 × 10 - 7

Calculando o p H :

p H = - log ⁡ 3,57 × 10 - 7 = 6,45

Passo 3

Agora, com 50,00   m L de base adicionada, chegamos no ponto de equivalência, aqui todo o ácido foi consumido, então calculamos a concentração do hidróxido:

O H - = [ A c - ] K w K a

Se todo o ácido foi consumido, então podemos dizer que:

A c - = [ H A c ]

Substituindo e calculando:

O H - = 0,100 1,00 × 10 - 14 1,75 × 10 - 5 = 7,56 × 10 - 6

Agora sim, podemos calcular o p H fazendo:

p H = 14 - log ⁡ - O H

p H = 14 - log ⁡ 7,56 × 10 - 6

Calculamos e achamos:

p H = 8,89

Repara que diferente da titulação com ácido e base fortes, aqui o p H no ponto de equivalência não é 7,00 !

Passo 4

Depois do ponto de equivalência a gente tem um excesso de O H - , então a gente pode calcular sua concentração assim: