Enunciado

Gerar uma curva para a titulação de 50,00 mL de uma solução na qual a concentração de HClO4 é 0,1000 mol L1 e a do ácido fórmico é 0,0800 mol L1. Calcular o pH após a adição de 0,00; 10,00; 20,00; 24,00; 25,00; 26,00; 35,00; 44,00; 45,00; 46,00; 50,00 mL de KOH 0,2000 mol L1

Passo 1

Beleza pessoal?! Me chamo Yuri e hoje iremos dar início a mais uma resolução de Química.

Neste exercício, devemos gerar uma curva de titulação para a titulação de 50,00 mL de solução que é 0,1000 M em HClO4, e 0,08000 M em ácido fórmico com 0,2000 M de KOH. O volume dos valores do titulante adicionados são 0,00 mL, 10,00 mL, 20,00 mL, 24,00 mL, 25,00 mL, 26,00 mL, 35,00 mL, 44,00 mL, 45,00 mL, 46,00 mL e 50,00 mL.

Em primeiro lugar, vamos determinar os valores de pH antes do ponto de equivalência. Neste caso, precisamos calcular com a concentração de H+ antes do ponto de equivalência, pois a solução titulada é o ácido. Isso significa que, em primeiro lugar, devemos determinar as concentrações de equilíbrio dos prótons.

O ácido fórmico é um ácido moderadamente forte ( K a = 1.8 ∙ 1 0 - 4 ), o que significa que, se negligenciarmos os prótons derivados disso, levaria a imprecisões apreciáveis ​​nos valores de pH. Portanto, o cálculo desse valor também é necessário neste caso.

A equação química da reação de neutralização do ácido forte e da base é dada como:

H C l O 4 ​ ( a q ) + K O H ( a q ) - > ​ K C l O 4 ​ ( a q ) + H 2 ​ O ( l )

Vamos determinar a concentração de prótons derivados do ácido fórmico. Para isso, deve-se usar a fórmula quadrática. Vamos deduzir a fórmula necessária, como primeiro passo

K a = [ H 3 O + ] [ C O O H - ] [ H C O O H ]

A concentração dos íons dissociados é a mesma devido à sua mesma estequiometria. Portanto, podemos substituir a concentração de íons formiato pela concentração de íons hidrônio também:

K a = [ H 3 O + ] 2 [ H C O O H ]

A concentração de equilíbrio de ácido fórmico é igual à concentração inicial menos a concentração do ácido fórmico dissociado. Essa quantidade também é igual à concentração de íons hidrônio devido à mesma estequiometria:

K a = [ H 3 O + ] 2 c H C O O H - [ H 3 O + ]

Vamos reorganizar a equação para que ela se torne adequada para a solução pela fórmula quadrática:

K a ( c H C O O H - [ H 3 O + ] ) = [ H 3 O + ] 2

K a c H C O O H - K a [ H 3 O + ] = [ H 3 O + ]

[ H 3 O + ] 2 + K a [ H 3 O + ] - K a c H C O O H = 0

Vamos indicar a concentração de prótons como x, por simplicidade, e substituir a concentração inicial do ácido fórmico

x 2 + K a x - 0.120 K a ​ ​ = 0 ​

Vamos substituir os numerais e indicar a concentração de prótons como x, para simplificar

[ H 3 O + ] 2 + K a [ H 3 O + ] - K a c H N O 2 = 0

x 2 + 0.00018 x - 0.00018 × 0.08 = 0

x 2 + 0.00018 x - 1.440 ∙ 1 0 - 5 = 0

x 1 = 3.706 ∙ 1 0 - 3 M

x 2 = - 3.889 ∙ 1 0 - 3 M

Passo 2

Como a concentração pode ser apenas um valor positivo, apenas x 1 é válido. Portanto,

[ H + ] a c i d o F o r m i c o = 3.706 ∙ 1 0 - 3 M

A partir desse valor, também podemos calcular o número de mols de prótons provenientes do ácido fórmico:

n H + a c i d o F o r m i c o = [ H + ] a c i d o F o r m i c o ∙ V a c i d o F o r m i c o

= 3.706 ∙ 1 0 - 3 ∙ 50.00 m L

= 0.190 m m o l

Até o ponto de equivalência

Vamos demonstrar o cálculo para o pH em um caso antes do ponto de equivalência, então deixemos o resto para o software de planilha usando a mesma fórmula. Em primeiro lugar, devemos determinar o número de moles de hidróxido perclórico em solução:

n H C l O 4 = c H C l O 4 ∙ V H C l O 4

= 0.10 ∙ 50.00  

= 5.000   m m o l

Então, devemos determinar o número de mols de hidróxido de sódio em solução:

n K O H = c K O H ∙ V K O H

= 0.20 ∙ 0.00

= 0

Um mol de ácido perclórico reage com um mol de hidróxido de potássio. Portanto, a diferença entre os dois valores produz o número de mols de H+ em solução.

n H + = n H C l O 4 - n K O H

= 5 - 0.00

= 5.00   m m o l

Vamos adicionar o valor de ácido fórmico n H + a c i d o   f o r m i c o para este valor para obter o número total de mols de prótons

n H + = n H + a c i d o   p e r c l o r i c o + n H + a c i d o   f o r m i c o

Vamos agora determinar a concentração de equilíbrio de íons hidróxido pela seguinte fórmula.

[ H + ] = n H + V H C l O 4 + V K O H

= 0.1038   M

A partir deste valor, podemos determinar o pH da solução

p H = - l o g [ H + ]

= - l o g ( 0.1038 ) M

= 0.983

O cálculo com os primeiros cinco passos é realizado desta forma. Vamos indicar os resultados até a determinação do número de mols de H C l O 4 em solução após a titulação. No "ponto de equivalência" há algum excesso de ácido devido à presença de prótons derivados do ácido fórmico.

E também vamos indicar a determinação dos valores de pH também:

Passo 3

Após o ponto de equivalência

Vamos demonstrar o cálculo para a concentração do pH em um caso após o ponto de equivalência, então deixemos o resto para o software de planilha usando a mesma fórmula. Em primeiro lugar, devemos determinar o número de mols de ácido perclórico em solução:

n H C l O 4 = c H C l O 4 ∙ V H C l O 4

= 0.10 ∙ 50.00

= 5.000   m m o l

Então, devemos determinar o número de mols de hidróxido de sódio em solução:

n K O H = c K O H ∙ V K O H

= 0.200 ∙ 26.00

= 5.200   m m o l

Um mol de ácido perclórico reage com um mol de hidróxido de potássio. Portanto, a diferença entre os dois valores produz o número de mols de O H - em solução.

n O H - = n K O H - n H C l O 4

= 5.20 - 5.00

= 0.20   m m o l

Vamos subtrair o valor de n H + a c i d o   f o r m i c o a partir deste valor para obter o número total de mols de íons hidróxido

n O H - = n O H - n H +

= 0.200 + 0.190

= 0.010   m m o l

Vamos agora determinar a concentração de equilíbrio de íons hidróxido pela seguinte fórmula.

[ O H - ] = n O H - V H C l O 4 + V K O H

= 1.316 ∙ 1 0 - 4 M

A partir deste valor, podemos determinar o pOH da solução

p O H = - l o g ( O H - )

= - l o g ( 1.316 ∙ 1 0 - 4 )

= 3.88

Vamos também determinar o pH da solução:

p H = 14 - p O H = 14 - 3.88 = 10.12

O cálculo com os últimos seis passos é feito desta forma. Vamos indicar os resultados até a determinação do número de mols de KOH em solução após a titulação.

E também vamos indicar a determinação dos valores de pH também:

E este é o final de mais uma resolução, espero que tenham gostado e aprendido mais um pouco hoje, até uma proximaaa!

Resposta

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