Enunciado

Para determinar a constante de equilíbrio para a reação

I 2 + 2 S C N - ↔ I S C N 2 - + I -

25,0 mL de uma solução aquosa 0,0100   m o l   L - 1 de I 2 foi extraída com 10,0 mL de C H C l 3 . Após a extração, as medidas espectrofotométricas revelaram que a concentração de I 2 na camada aquosa era igual a 1,12 × 10 - 4   m o l   L - 1 . Uma solução aquosa que era 0,0100   m o l   L - 1 em I 2 e 0,100   m o l   L - 1 em KSCN foi preparada. Depois da extração de 25,0   m L dessa solução com 10,0   m L   d e   C H C l 3 , a concentração de I 2 na camada de C H C l 3 foi determinada por medidas espectrofotométricas como 1,02 × 10 - 3   m o l   L - 1 .

(a) Qual é a constante de distribuição do I 2 entre C H C l 3 e H 2 O ?

(b) Qual é a constante de formação do I S C N 2 - ?

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

A equação química dada é:

I 2 + 2 S C N - ↔ I S C N 2 - + I -

A extração com C H C l 3 foi usada para determinar a distribuição e constante de formação para esta reação.

A – A concentração de I 2 depois da extração com uma porção de 10,0   m L de C H C l 3 é encontrada com o valor de 1,12 ∙ 10 - 4 M . Para extração foi utilizado 25,0 mL de 0,0100   M de I 2 ​. A constante de distribuição para I 2 pode ser calculada usando a equação:

I 2 i = V a q V o r g ∙ K D + V a q i ∙ I 2 0

Podemos reorganizar a equação anterior para obter a constante de distribuição da seguinte forma, dividindo por I 2 0

I 2 I 2 0 = V a q V o r g ∙ K D + V a q

Agora, devemos inverter a fração em ambos os lados da equação:

I 2 0 I 2 = V o r g ∙ K D + V a q V a q

E separando a fração à direita:

I 2 0 I 2 = V o r g ∙ K D V a q + V a q V a q

Finalmente, a equação para calcular a constante de distribuição é:

I 2 0 I 2 - 1 = V o r g ∙ K D V a q

Substituindo os valores, nós temos que

0,0100   M 1,12 ∙ 10 - 4   M - 1 = 10,0   m L ∙ K D 25,0   m L

Desenvolvendo os termos,

90,29 = 0,4 ∙ K D

Logo, o termo K D seria igual a

K D = 220,7

Passo 2

B - A constante de formação é uma constante de equilíbrio para um complexo que é produzido na solução. É por isso que para calcular a constante de formação devemos usar as concentrações de equilíbrio dos produtos e reagentes da reação. Em um experimento de extração separado, usando 25,0   m L de uma solução aquosa de 0,0100   M de I 2 e 0,100   M de K S C N , que foi extraído em 10,0   m L de C H C l 3 . Após a extração, a concentração de I 2 no C H C l 3 é igual a 1,02 ∙ 10 - 3   M .

A constante de formação para I S C N 2 - é igual a

K f = I S C N 2 - ∙ I - I 2 ∙ S C N -

Onde as concentrações de equilíbrio dos produtos da reação são divididas pelas concentrações de equilíbrio dos reagentes da reação. O equilíbrio desta reação foi alcançado antes da extração. Com isso, usamos a equação para a constante de distribuição:

K D = I 2 o r g I 2 a q

E reorganizando para obter a equação para calcular a concentração de I 2 a q

I 2 a q = I 2 o r g K D = 4,6 ∙ 10 - 6   M

Passo 3

A concentração de equilíbrio de I 2 ​ é a soma das concentrações de I 2 ​ em uma camada aquosa e na camada orgânica.

I 2 e q = I 2 a q + I 2 o r g

Substituindo os termos

I 2 e q = 4,6 ∙ 10 - 6   M + 1,02 ∙ 10 - 3   M

Portanto,

I 2 e q = 1,0246 ∙ 10 - 3   M

Agora, temos que calcular a concentração de I 2 que foi usada na reação subtraindo a concentração de equilíbrio de I 2 da concentração inicial de I 2 .

I 2 0 - I 2 e q = 0,0100   M - 1,0246 ∙ 10 - 3   M

Logo, nós temos que

I 2 0 - I 2 e q = 8,975 ∙ 10 - 3   M

A concentração de iodo usada na reação nos ajudará a calcular as concentrações de equilíbrio dos componentes restantes da reação. A partir da equação química do início do exemplo, podemos determinar as razões das concentrações dos outros componentes para a concentração de iodo. As concentrações de I S C N 2 - e I - são iguais à concentração de iodo usado.

I S C N 2 - = 8,975 ∙ 10 - 3   M I - = 8,975 ∙ 10 - 3   M

A concentração de S C N - é duas vezes a concentração de iodo usado.

S C N - = 2 ∙ 8,975 ∙ 10 - 3   M = 0,01795   M

Mas esta é a concentração de S C N - que é usada na reação. A concentração de equilíbrio de S C N - é:

S C N - e q = S C N - 0 - S C N -

Substituindo os termos

S C N - e q = 0,100   M - 0,01795   M = 0,082   M

Por fim, calculamos a constante de formação para I S C N 2 -

K f = I S C N 2 - ∙ I - I 2 ∙ S C N -

Novamente, fazendo o processo de substituição

K f = 8,975 ∙ 10 - 3   M ∙ 8,975 ∙ 10 - 3   M 1,0246 ∙ 10 - 3   M ∙ 0,082   M 2 = 11,69   M - 1

Resposta

a )   K D = 220,7  

b )   K f = 11,69   M - 1

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