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1 Equilíbrios Ácido-Base e Equilíbrios de Solubilidade Capítulo 16 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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Equilíbrios Ácido-Base e

Equilíbrios de Solubilidade

Capítulo 16

Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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O efeito do ião comum, é o desvio no equilíbrio causado pela

adição de um composto que tem um ião comum com a

substância dissolvida.

A presença do ião comum reprime a ionização de um ácido

fraco ou de base fraca.

Consideremos a mistura de CH3COONa (eletrólito forte) e

CH3COOH (ácido fraco).

CH3COONa (s) Na+ (aq) + CH3COO- (aq)

CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq)

Ião

comum

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Consideremos a mistura do sal NaA e um ácido fraco HA.

HA (aq) H+ (aq) + A- (aq)

NaA (s) Na+ (aq) + A- (aq)

Ka = [H+][A-]

[HA]

[H+] = Ka [HA]

[A-]

-log [H+] = -log Ka - log [HA]

[A-]

-log [H+] = -log Ka + log [A-]

[HA]

pH = pKa + log [A-]

[HA] pKa = -log Ka

Equação de Henderson-

Hasselbalch

pH = pKa + log [base conjugada]

[ácido]

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Example

4

16.1

(a) Calcule o pH de uma solução que contém CH3COOH 0,20 M.

(b) Qual seria o pH de uma solução de CH3COOH 0,20 M e

CH3COONa 0,30 M? O Ka de CH3COOH é 1,8 x 10-5.

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Example

5

16.1

Estratégia

(a) Calculamos [H+] e por conseguinte o pH da solução

utilizando o procedimento do Exemple 15.8.

(b) CH3COOH é um ácido fraco (CH3COOH CH3COO- + H+),

e CH3COONa é um sal soluvel que está completamente

dissociado em solução (CH3COONa → Na+ + CH3COO-). O

ião comum aqui é o ião acetato, CH3COO-. No equilibrio, as

principais espécies em solução são CH3COOH, CH3COO-,

Na+, H+ e H2O. O ião Na+ não tem propriedades ácidas ou

básicas e ignoramos a ionização da água. Uma vez que Ka é

uma constante de equilíbrio, o seu valor é o mesmo se

tivermos só ácido ou uma mistura de ácido e o seu sal em

solução. Podemos, assim calcular [H+] no equilíbrio e,

portanto o pH se soubermos ambos [CH3COOH] e

[CH3COO-] em equilíbrio.

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Example

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16.1

Solução

(a) Neste caso, as alterações são

CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)

Inicio (M): 0,20 0 0

Variação (M): -x +x +x

Equilibrio (M): 0,20-x x x

+ -3

a

3

2-5

[H ][CH COO ] =

[CH COOH]

1.8 × 10 = 0.20-

K

x

x

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16.1

Assumindo que 0,20 - x ≈ 0,20, obtemos

ou

x = [H+] = 1,9 x 10-3 M

Assim,

pH= -log (1,9 x 10-3 ) = 2,72

2 2-51.8 × 10 =

0.20- 0.20

x x

x

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Example

8

16.1

(b) O acetato de sódio é um eletrólito forte, portanto dissocia-se

completamente em solução:

CH3COONa(aq) → Na+(aq) + CH3COO-(aq)

0,30 M 0,30 M

As concentrações iniciais, variações e concentrações finais das

espécies envolvidas no equilíbrio são:

CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)

Início (M): 0,20 0 0,30

Variação (M): -x +x +x

Equilíbrio (M): 0,20-x x 0,30+x

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16.1

Da Equação (16.1),

Assumindo que 0,30 + x ≈ 0,30 e 0,20 - x ≈ 0,20, obtemos

ou

x = [H+] = 1,2 x 10-5 M

Assim,

pH = -log [H+]

= -log (1,2 x 10-5 ) = 4,92

+ -3

a

-5

[H ][CH COO ] =

[CH COOH]

( )(0.30+ )1.8 × 10 =

0.20-

K

x x

x

3

-5 ( )(0.30+ ) ( )(0.30)1.8 × 10 =

0.20- 0.20

x x x

x

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Example

10

16.1

Verificação

Comparando os resultados em (a) e (b), vemos que, quando

está presente o ião comum (CH3COO-) o equilíbrio desloca-se

da direita para a esquerda de acordo com o princípio de Le

Châtelier. Este efeito diminui a extensão da ionização do ácido

fraco.

Consequentemente, são produzidos menos iões H+ em (b), e o

pH da solução é maior do que em (a). Como sempre, deve

verificar a validade das hipóteses.

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Uma solução tampão é uma solução de:

1. Um ácido fraco ou uma base fraca e

2. O sal do ácido fraco ou base fraca

Ambos devem estar presentes!

Uma solução tampão tem a capacidade de

resistir às alterações de pH com a adição de

pequenas quantidades de ácido ou base.

Ao adicionar um ácido forte

H+ (aq) + CH3COO- (aq) CH3COOH (aq)

Ao adicionar uma base forte

OH- (aq) + CH3COOH (aq) CH3COO- (aq) + H2O (l)

Considerar quantidades molares da mistura CH3COOH e CH3COONa

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Example

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16.2

(a) KH2PO4/H3PO4

(b) NaClO4/HClO4

(c) C5H5N/C5H5NHCl (C5H5N é a piridina; o seu Kb é dado na

Tabela 15.4)

Explique a sua resposta.

Quais das seguintes soluções podem ser consideradas

sistemas tampão?

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Example

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Estratégia

O que constitui um sistema de tampão? Qual das soluções

anteriores contém um ácido fraco e o seu sal (a sua base fraca

conjugada)? Qual das soluções anteriores contém uma base

fraca e o seu sal (e o seu ácido fraco conjugado)? Porque é

que a base conjugada de um ácido forte não é capaz de

neutralizar um ácido adicionado?

16.2

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Example

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16.2

Solução O critério para um sistema tampão é o de que se deve

ter um ácido fraco e do seu sal (contendo a base fraca conjugada)

ou uma base fraca e o seu sal (contendo o ácido fraco conjugado).

(a) H3PO4 é um ácido fraco, e a sua base conjugada, ,é

uma base fraca (ver Tabela 15.5). Portanto, este é um

sistema tampão.

(b) Uma vez que o HClO4 é um ácido forte, a sua base

conjugate, , é uma base extretamente fraca. Isto significa

que o ião não se irá combinar com um ião H+ em

solução para formar HClO4. Portanto, o sistema não pode

atuar como um tampão.

(c) Como a Tabela 15.4 apresenta, C5H5N é uma base fraca e o

seu ácido conjugado, C5H5N+H (catião do sal C5H5NHCl), é

um ácido fraco. Portanto, este é um sistema tampão.

-2 4H PO

-4ClO

-4ClO

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Example

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16.3

(a) Calcule o pH de um sistema tampão que contém CH3COOH

1,0 M e CH3COONa 1,0 M.

(b) Qual é o pH do sistema de tampão após a adição de 0,10

moles de HCl gasoso para 1,0 L de solução? Assuma que o

volume da solução não muda quando o HCI é adicionado.

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Example

16

16.3

Estratégia

(a) O pH do sistema tampão, antes da adição de HCl pode ser

calculado como se descreveu no Exemplo 16.1, porque é

semelhante ao problema do ião comum. O Ka do CH3COOH

é 1,8 x 10-5 (ver Tabela 15.3).

(b) Ajuda fazer um esboço das variações que ocorrem neste

caso.

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Example

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16.3

Solução (a) Resumimos as concentrações das espécies no

estado de equilíbrio, como segue:

CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)

Início (M): 1,0 0 1,0

Variação (M): -x +x +x

Equilíbrio (M): 1,0-x x 1,0+x

+ -3

a

3

-5

[H ][CH COO ] =

[CH COOH]

( )(1.0+ )1.8 × 10 =

(1.0- )

K

x x

x

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Example

18

16.3

Assumindo que 1,0 + x ≈ 1.0 e 1,0 - x ≈ 1,0, obtemos

ou

x = [H+] = 1,8 x 10-5 M

Assim,

pH = -log (1,8 x 10-5 ) = 4,74

-5 ( )(1.0+ ) (1.0)1.8 × 10 =

(1.0- ) 1.0

x x x

x

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Example

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16.3

(b) Quando se adiciona HCl à solução, as variações iniciais são

O ião Cl- é um ião espectador, porque é a base conjugada

de um ácido forte. Os iões H+ provenientes do HCl reagem

completamente com a base conjugada do tampão,

CH3COO-. Nesta altura, é mais conveniente trabalhar com

moles que com molaridade. Isto porque, nalguns casos, o

volume da solução pode variar quando se adiciona uma

substância. Uma variação no volume faz variar a

molaridade, mas não o número de moles.

HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq)

Início (mol): 0,10 0 0

Variação (mol): -0,10 +0,10 +0,10

Final (mol): 0 0,10 0,10

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Example

20

16.3

A segui, indica-se a reação de neutralização:

Finalmente, para calcular o pH do tampão após a neutralização

do ácido, voltamos a converter em molaridade, dividindo o

número de moles por 1,0 L de solução.

CH3COO-(aq) + H+(aq) → CH3COOH(aq)

Início (mol): 1,0 0,10 1,0

Variação (mol): -0,10 -0,10 +0,10

Final (mol): 0,90 0 1,1

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Example

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16.3

CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)

Início (M): 1,1 0 0,90

Variação (M): -x +x +x

Equilíbrio (M): 1,1-x x 0,90+x

+ -3

a

3

-5

[H ][CH COO ] =

[CH COOH]

( )(0.90+ )1.8 × 10 =

(1.1- )

K

x x

x

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Example

22

16.3

Assumindo que 0,90 + x ≈ 0,90 e 1.1 - x ≈ 1.1, obtemos

ou

x = [H+] = 2,2 x 10-5 M

Assim,

pH = -log (2,2 x 10-5 ) = 4,66

Verificação O pH diminui ligeiramente após a adição de

HCl. Isto é consistente com a ação de uma solução tampão.

-5 ( )(0.90+ ) (0.90)1.8 × 10 =

(1.1- ) 1.1

x x x

x

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HCl H+ + Cl-

HCl + CH3COO- CH3COOH + Cl-

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Example

24

16.4

Descreva como prepararia um "tampão fosfato", com pH cerca

de 7,40.

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Example

25

16.4

Estratégia

Para um tampão funcionar eficazmente, as concentrações do

componente ácido e base conjugada devem ser

aproximadamente iguais. De acordo com a Equação (16.4),

quando o pH desejado for próximo do pKado ácido, isto é,

quando pH ≈ pKa,

ou

[conjugate base]log 0

[acid]

[conjugate base] 1

acid

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Example

26

16.4

Solução

Como o ácido fosfórico é um ácido triprótico, escrevemos os

três passos da ionização como segue. Os valores de Ka são

obtidos a partir da Tabela 15.5 e os valores de pKa são

calculados com a equação (16.3).

1 1

2

+ - -33 4 2 4 a a

- + 2- -82 4 4 a a

2- + 3- -134 4 a a

H PO ( ) H ( ) + H PO ( ) = 7.5 × 10 ; p = 2.12

H PO ( ) H ( ) + HPO ( ) = 6.2 × 10 ; p = 7.21

HPO ( ) H ( ) + PO ( ) = 4.8 × 10 ; p = 12.32

aq aq aq K K

aq aq aq K K

aq aq aq K K

2

3 3

ƒ

ƒ

ƒ

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Example

27

16.4

Dos 3 sistemas tampão, o mais apropriado é ,

porque o seu pKa é o mais próximo do pH desejado. Usando a

equação de Henderson-Hasselbalch escrevemos

2- -4 2 4HPO /H PO

a

2-4

-2 4

2-4

-2 4

[conjugate base]pH = p + log

[acid]

[HPO ]7.40 = 7.21 + log

[H PO ]

[HPO ]log = 0.19

[H PO ]

K

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Example

28

16.4

Aplicando o antilog, obtemos

Portanto, um modo de preparar um tampão de fosfato com um

pH de 7,40 é dissolver monohidrogenofosfato de sódico

(Na2HPO4) e di-hidrogenofosfato de sódio (Na2HPO4) na razão

molar de 1,5:1,0 em água. Por exemplo, poderíamos dissolver

1,5 mol de Na2HPO4 e 1,0 mol de NaH2PO4 em água suficiente

para prefazer 1 L de solução.

2-0.194

-2 4

[HPO ]= 10 = 1.5

[H PO ]

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Titulações (Revisão) Numa titulação, uma solução de concentração conhecida com

precisão é gradualmente adicionada a outra solução de

concentração desconhecida até que a reação química entre as

duas soluções fica completa.

Ponto de equivalência – o ponto em que a reação está completa

Indicador – substância que muda de cor no (our próximo) do

ponto de equivalência

Lentamente

adicionar base ao

ácido desconhecido

ATÉ

o indicador

mudar de cor

(rosa)

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Método Alternativo para a Deteção do Ponto de Equivalência

Medidor de pH

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Titulações Ácido Forte-Base Forte

NaOH (aq) + HCl (aq) H2O (l) + NaCl (aq)

OH- (aq) + H+ (aq) H2O (l)

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Química em Ação: Mantendo o pH do Sangue

Glóbulos vermelhos

num capilar

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33

CH3COOH (aq) + NaOH (aq) CH3COONa (aq) + H2O (l)

CH3COOH (aq) + OH- (aq) CH3COO- (aq) + H2O (l)

CH3COO- (aq) + H2O (l) OH- (aq) + CH3COOH (aq)

No ponto de equivalência (pH > 7):

Titulações Ácido Fraco-Base Forte

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Example

34

16.5

Calcular o pH na titulação de 25,0 mL de ácido acético 0,100 M

com hidróxido de sódio após a adição da solução de ácido

(a) 10,0 mL de NaOH 0,100 M

(b) 25,0 mL de NaOH 0,100 M

(c) 35,0 de NaOH 0,100 M

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Example

35

16.5

Estratégia

A reação entre CH3COOH e NaOH é

CH3COOH(aq) + NaOH(aq) CH3COONa(aq) + H2O(l)

Vemos que 1 mol de CH3COOH ≈ a 1 mol NaOH. Portanto,

podemos calcular o número de moles de base que reagem

com o ácido, em cada passo da titulação e o pH da solução é

calculado através do excesso de ácido ou de base que fica na

solução. No entanto, no ponto de equivalência, a neutralização

é completa e o pH da solução depende da extensão da

hidrólise do sal formado CH3COONa.

A

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Example

36

Solução

(a) O número de moles de NaOH em 10.0 mL é

O número de moles de CH3COOH inicialmente presente em

25,0 mL de solução é

A partir de agora trabalhamos com moles porque, quando

duas soluções se misturam, o volume aumenta. Como o

volume aumenta, a molaridade varia, mas o número de

moles permanecerá igual.

16.5

-30.100 mol NaOH 1 L10.0 mL × × = 1.00 × 10 mol

1 L NaOH soln 1000 mL

-33

3

0.100 mol CH COOH 1 L25.0 mL × × = 2.50 × 10 mol

1 L CH COOH soln 1000 mL

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Example

37

16.5

CH3COOH (aq) + NaOH (aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l)

Inicio (mol): 2,50 x 10-3 1,00 x 10-3 0

Variação(mol): -1,00 x 10-3 -1,00 x 10-3 +1,00 x 10-3

Final (mol): 1,50 x 10-3 0 1,00 x 10-3

As variações no número de moles estão indicadas a seguir:

Nesta altura temos um sistema tampão formado por CH3COOH

e CH3COO- (do sal, CH3COONa).

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Example

38

16.5

+ -3

a

+ a

-3

-3 -5-5

-3

[H ][CH COO ] =

[CH COOH]

[CH COOH] [H ] =

[CH COO ]

(1.50 × 10 )(1.8 × 10 ) = = 2.7 × 10

1.00 × 10

K

K

M

3

3

Portanto,

pH = -log (2,7 x 10-5) = 4,57

Para calcular o pH da solução, escrevemos

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Example

39

16.5

(b) Estas quantidades (isto é, 25,0 mL de NaOH 0,100 M

reagem com 25,0 mL de CH3COOH 0,100 M)

correspondem ao ponto de equivalência. O número de

moles de NaOH em 25,0 mL de solução é

-30.100 mol NaOH 1 L

25.0 mL × × = 2.50 × 10 mol1 L NaOH soln 1000 mL

As variações no número de moles estão indicadas a seguir:

CH3COOH (aq) + NaOH (aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l)

Início (mol): 2,50 x 10-3 2,50 x 10-3 0

Variação (mol): -2,50 x 10-3 -2,50 x 10-3 +2,50 x 10-3

Final (mol): 0 0 2,50 x 10-3

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Example

40

16.5

No ponto de equivalência, as concentrações do ácido e da

base são zero. O volume total é (25,0 + 25,0) mL ou 50,0 mL; e

assim a concentração do sal é

O próximo passo consiste em calcular o pH da solução que

resulta da hidrólise dos iões CH3COO-.

-3

3

2.50 × 10 mol 1000 mL[CH COONa] = ×

50.0 mL 1 L

= 0.0500 mol/L = 0.0500 M

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Example

41

16.5

Seguindo o procedimento descrito no Exemplo 15.13 e e

com o valor da constante de ionização de básica (Kb) para o

CH3COO- indicado na Tabela 15.3, podemos escrever

- 2

b -3

- -6

[CH COOH][OH ] = 5.6 10 = =

0.0500 - [CH COO ]

= [OH ] = 5.3 × 10 , pH = 8.72

x

Kx

x M

10 3

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Example

42

16.5

(c) Após a adição de 35,0 mL de NaOH, a solução já

ultrapassou bastante o ponto de equivalência. O número

de moles de NaOH originalmente presente é

-30.100 mol NaOH 1 L35.0 mL × × = 3.50 × 10 mol

1 L NaOH soln 1000 mL

As alterações no número de moles estão indicados a seguir:

CH3COOH (aq) + NaOH (aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l)

Início (mol): 2,50 x 10-3 3,50 x 10-3 0

Variação (mol): -2,50 x 10-3 -2,50 x 10-3 +2,50 x 10-3

Final (mol): 0 1,00 x 10-3 2,50 x 10-3

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Example

43

16.5

Nesta altura, temos duas espécies em solução,

responsáveis pela basicidade da solução: OH- e CH3COO- (do

CH3COONa). No entanto, como o OH- é uma base muito

mais forte que CH3COO-, podemos desprezar a hidrólise dos

iões CH3COO- e calcular o pH da solução usando apenas a

concentração dos iões OH-. O volume total das duas soluções

juntas é (25,0 + 35,0) mL ou 60,0 mL; portanto, calcularmos a

concentração de OH- como segue:

-3-

-

1.00 × 10 mol 1000 mL[OH ] = ×

60.0 mL 1 L

= 0.0167 mol/L = 0.0167

pOH = -log[OH ] = -log0.0167 = 1.78

pH = 14.00-1.78 = 12.22

M

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44

Titulações Ácido Forte-Base Fraca

HCl (aq) + NH3 (aq) NH4Cl (aq)

NH4+ (aq) + H2O (l) NH3 (aq) + H+ (aq)

No ponto de equivalência (pH < 7):

H+ (aq) + NH3 (aq) NH4+ (aq)

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Example

45

16.6

Calcule o pH no ponto de equivalência numa titulação de 25,0

mL de NH3 0,100 M com uma solução de HCl 0,100 M.

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Example

46

Estratégia

A reação entre NH3 e HCl é

NH3(aq) + HCl(aq) NH4Cl(aq)

Vemos que 1 mol NH3 ≈ 1 mol HCl. No ponto de equivalência,

as principais espécies em solução são o sal de NH4Cl

(dissociado nos iões e Cl-) e água. Determinados primeiro

a concentração de NH4Cl formado. Depois, calculamos o pH do

ião . O ião Cl-, sendo a base conjugada de um ácido forte

HCl, não reage com a água. Como habitual, ignoramos a

ionização da água.

16.6

+4NH

+4NH

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Example

47

16.6

Solução O número de moles de NH3 em 25,0 mL de solução

0,100 M é

-30.100 mol NH 1 L25.0 mL × × = 2.50 × 10 mol

1 L NH 1000 mL

3

3

No ponto de equivalência do número de moles de HCl

adicionado é igual ao número de moles de NH3. As

variaçõess no número de moles são resumidos abaixo

NH3(aq) + HCl(aq) → NH4Cl(aq)

Iniício (mol): 2,50 x 10-3 2,50 x 10-3 0

Variação (mol): -2,50 x 10-3 -2,50 x 10-3 + 2,50 x 10-3

Final (mol): 0 0 2,50 x 10-3

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Example

48

16.6

No ponto de equivalência, as concentrações tanto do ácido

como da base são iguais a zero. O volume total é (25,0 +

25,0) mL ou 50,0 mL, e a concentração do sal é

-3

4

2.50 × 10 mol 1000 mL[NH Cl] = ×

50.0 mL 1 L

= 0.0500 mol/L = 0.0500 M

O pH da solução no ponto de equivalência é determinado

pela hidrólise dos iões . +4NH

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Example

49

Passo 1: Representamos a hidrólise do catião , e sendo

x a concentração no equilíbrio de NH3 e iões H+ em

mol / L

(aq) NH3(aq) + H+(aq)

Início (M): 0,0500 0,000 0,000

Variação (M): -x +x +x

Equilíbrio (M): (0,0500-x) x x

+4NH

+4NH

16.6

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Example

50

Passo 2: Da Tabela 15.4 obtemos o valor de Ka para :

16.6

+4NH

aK

x

x

+3

+4

2-10

[NH ][H ] =

[NH ]

5.6 × 10 = 0.0500 -

Aplicando a aproximação 0,0500 - x ≈ 0,0500, obtemos

x x

x

x M

2 2-10

-6

5.6 × 10 = 0.0500 - 0.0500

= 5.3 × 10

Assim, o pH é dado por

pH = -log (5,3 x 10-6)

= 5,28

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Example

51

16.6

Verificação

Note que o pH da solução é ácido. Isto é o que seria de

esperar a partir da hidrólise do ião amónio.

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52

Indicadores Ácido-Base

HIn (aq) H+ (aq) + In- (aq)

10 [HIn]

[In-] Cor do ácido (HIn) predomina

10 [HIn]

[In-] Cor da base conjugada (In-) predomina

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53

pH

Soluções de Extrato de Couve Roxa

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54

Curva de titulação de um ácido forte com uma base forte

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Example

55

Que indicador ou indicadores, de entre os listados na Tabela

16.1 usaria para as titulações ácido-base mostrados na

(a) Figura 16.4?

16.7

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Example

56

(b) Figura 16.5?

16.7

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Example

57

16.7

(c) Figura 16.6?

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Example

58

16.7

Estratégia

A escolha de um indicador para uma dada titulação é baseada

no facto de a gama de pH em que o indicador muda de cor se

sobrepor à zona abrupta da curva de titulação. De outro modo,

não podemos usar a mudança de cor para localizar o ponto de

equivalência.

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Example

59

Solução

(a) Perto do ponto de equivalência, o pH da solução muda

abruptamente de 4 a 10. Portanto, todos os indicadores,

excepto azul de timol, azul de bromofenol e alaranjado de

metilo são adequados para utilização na titulação.

(b) Neste caso, a variação brusca cobre os valores de pH entre

7 e 10; portanto, os indicadores apropriados são vermelho

de cresol e fenolftaleína.

(c) Aqui, a variação brusca da curva de pH abrange o intervalo

de pH entre 3 e 7; portanto, os indicadores apropriados são

azul de bromofenol, alaranjado de metilo, vermelho de

metilo e azul de clorofenol.

16.7

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60

Equilíbrio de Solubilidade

AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq)

Kps = [Ag+][Cl-] Kps é a constante do produto de solubilidade

MgF2 (s) Mg2+ (aq) + 2F- (aq) Kps = [Mg2+][F-]2

Ag2CO3 (s) 2Ag+ (aq) + CO32- (aq) Kps = [Ag+]2[CO3

2-]

Ca3(PO4)2 (s) 3Ca2+ (aq) + 2PO43- (aq) Kps = [Ca2+]3[PO4

3-]2

A dissolução de um sólido em solução aquosa iónica:

Q = Kps Solução saturada

Q < Kps Solução não saturada Não precipita

Q > Kps Solução sobressaturada Precipita

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61

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62

Solubilidade Molar (mol/L) é o número de moles de soluto

dissolvidos em 1 L de solução saturada.

Solubilidade (g/L) é o número de gramas de soluto

dissolvidos em 1 L de solução saturada.

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Example

63

16.8

A solubilidade do sulfato de cálcio (CaSO4) é 0,67 g/L.

Calcular o valor de Kps para o sulfato de cálcio.

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Example

64

16.8

Estratégia

É-nos dada a solubilidade do CaSO4 e pedido para calcular o

seu Kps. De acordo com a Figura 16.9 (a), a sequência de

passos de conversão é:

Solubilidade solubilidade [Ca2+] Kps

CaSO4 molar do e do

em g/L CaSO4 [ ] CaSO4

4SO2

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Example

65

16.8

Solução Considere a dissociação do CaSO4 em água. Seja

a solubilidade molar (em mol/L) de CaSO4.

CaSO4(s) Ca2+(aq) + (aq)

Início (M): 0 0

Variação (M): -s +s +s

Equilíbrio (M): s s

4SO2

O produto de solubilidade para o CaSO4 é

Kps = [Ca2+][ ] = s2 4SO2

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Example

66

16.8

Primeiro, calculamos o número de moles de CaSO4 dissolvido

em 1 L de solução:

-34 4

4

0.67 g CaSO 1 mol CaSO × = 4.9 × 10 mol/L =

1 L soln 136.2 g CaSOs

A partir do equilíbrio de solubilidade, vemos que por cada

mole de CaSO4 que se dissolve, se produzem 1 mole de

Ca2+ e 1 mole de . Assim, no equilíbrio,

[Ca2+] = 4,9 x 10-3 M e [ ] = 4,9 x 10-3 M

4SO2

4SO2

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Example

67

16.8

Agora podemos calcular Kps:

Kps = [Ca2+] ][ ]

= (4,9 x 10-3 )(4,9 x 10-3 )

= 2,4 x 10-5

4SO2

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Example

68

16.9 Usando os dados da Tabela 16.2, calcule a solubilidade do

hidróxido de cobre (II), Cu(OH)2, em g/L.

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Example

69

16.9

Estratégia

É-nos dado o Kps de Cu(OH)2 e pedido para calcular a sua

solubilidade em g/L. A sequência de passos de conversão, de

acordo com a Figura 16.9 (b), é

Kps de [Cu2+] e solubilidade solubilidade de

Cu(OH)2 [OH-] molar do Cu(OH)2

Cu(OH)2 em g/L

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Example

70

16.9

Cu(OH)2(s) Cu2+(aq) + 2OH-(aq)

Início (M): 0 0

Variação (M): -s +s +2s

Equilíbrio (M): s 2s

Considere a dissociação do Cu(OH)2 em água:

Note que a concentração molar de OH- é o dobro da do Cu2+.

O produto de solubilidade de Cu(OH)2 é

Kps = [Cu2+][OH-]2

= (s)(2s)2 = 4s3

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Example

71

16.9

Usando o valor de Kps da Tabela 16.2, obtemos o valor da

solubilidade molar de Cu(OH)2:

e assim

Finalmente, a partir da massa molar de Cu(OH)2 e da sua

solubilidade molar, calculamos a solubilidade em g/L:

-20 3

-203 -21

-7

2.2 × 10 = 4

2.2 × 10 = = 5.5 × 10

4

= 1.8 × 10

s

s

s M

2 22

2

1.8 10 mol Cu(OH) 97.57 g Cu(OH)solubility of Cu(OH) ×

1 L soln 1 mol Cu(OH)

= -51.8 ×10 g / L

7

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72

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Example

73

Misturaram-se exactamente 200 mL de BaCl2 0,0040 M a

exactamente 600 mL de K2SO4 0,0080 M. Irá formar-se um

precipitado?

16.10

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Example

74

16.10

Estratégia

Em que condições irá precipitar um composto iónico a partir da

solução? Os iões em solução são Ba2+, Cl-, K+ e . De

acordo com as regras de solubilidade listadas na Tabela 4.2

(pág. 125), apenas o precipitado que se pode formar é BaSO4.

A partir da informação dada, podemos calcular [Ba2+] e [ ],

porque sabemos o número de moles de iões nas soluções

originais e o volume da solução resultante. A seguir,

calculamos o produto iónico Q (Q = [Ba2+] 0[ ]0) e

comparamos o valor de Q com Ksp de BaSO4 para ver se irá

formar um precipitado, isto é, se a solução está supersaturada.

4SO2

4SO2

4SO2

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Example

75

Será útil fazer um esboço da situação.

16.10

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Example

76

Solução

O número de moles de Ba2+ presente nos 200 mL originais de

solução é

16.10

2+-4 2+0.0040 mol Ba 1 L

200 mL × × = 8.0 × 10 mol Ba1 L soln 1000 mL

O volume total depois de juntar as duas soluções é 800 mL.

A concentração do Ba2+ no volume de 800 mL é

-42+

-3

8.0 × 10 mol 1000 mL[Ba ] = ×

800 mL 1 L soln

= 1.0 × 10 M

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Example

77

16.10

O número de moles de nos 600 mL de solução original é

-30.0080 mol SO 1 L600 mL × × = 4.8 × 10 mol SO

1 L soln 1000 mL

2244

A concentração de nos 800 mL da solução combinada é

-3

-3

4.8 × 10 mol 1000 mL[SO ] = ×

800 mL 1 L soln

= 6.0 × 10

M

24

4SO2

4SO2

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Example

78

16.10

Agora devemos comparar Q e Ksp. Da Tabela 16.2,

BaSO4(s) Ba2+(aq) + (aq) Kps = 1,1 x 10-10

Para Q temos,

Q = [Ba2+]0[ ]0 = (1,0 x 10-3)(6,0 x 10-3)

= 6,0 x 10-6

Portanto, Q > Ksp

A solução é supersaturada porque o valor de Q indica que as

concentrações dos iões são muito grandes. Assim, algum

BaSO4 irá precipitar até que

[Ba2+][ ] = 1,1 x 10-10

4SO2

4SO2

4SO2

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Example

79

16.11

Uma solução contém iões Cl- 0,020 M e iões Br- 0,020 M. Para

separar os iões Cl- dos iões Br-, adiciona-se lentamente AgNO3

sólido à solução sem alterar o volume. Calcule a concentração

de iões de Ag+ (em mol/L) necessária para precipitar a maior

quantidade possível de AgBr sem precipitar AgCI?

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Example

80

Estratégia

Em solução, AgNO3 dissocia em iões Ag+ e . Os iões Ag+,

vão reagir com os iões Cl- e Br- para formar precipitados de

AgCl e AgBr. Uma vez que AgBr é menos solúvel (tem Kps

menor do que AgCl), irá precipitar primeiro. Portanto, isto é um

problema de precipitação fraccionada. Conhecendo as

concentrações dos iões Cl- e Br-, podemos calcular [Ag+] a

partir dos valores Kps. Tenha em mente que Kps se refere a uma

solução saturada. Para iniciar a precipitação, [Ag+] deverá

exceder a concentração da solução saturada, em cada caso.

16.11

NO3

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Example

81

16.11

Solução O equilibrio de solubilidade para o AgBr é

Como [Br-] = 0,020 M, a concentração de Ag+ que deve ser

excedida para iniciar a precipitação de AgBr é

Assim, é preciso que [Ag+] > 3,9 x 10-11 M para começar a

precipitação do AgBr.

AgBr(s) Ag+(aq) + Br-(aq) Kps = [Ag+][Br-]

-13sp+

-

-11

7.7 × 10[Ag ] = =

0.020[Br ]

= 3.9 × 10

K

M

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Example

82

16.11

O equilíbrio de solubilidade para o AgCl é

logo

e assim, é preciso, [Ag+] > 8,0 x 10-9 M para iniciar a

precipitação do AgCl. Para precipitar AgBr sem precipitar os

iões Cl- então, [Ag+] deve ser superior a 3,9 x 10-11 M e inferior

a 8,0 x 10-9 M.

AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Kps = [Ag+][Cl-]

-10sp+

-

-9

1.6 × 10[Ag ] = =

0.020[Cl ]

= 8.0 × 10

K

M

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83

O efeito Ião Comum e Solubilidade

A presença de ião comum decresce a solubilidade do sal.

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Example

84

16.12

Calcule a solubilidade (em g/L) do cloreto de prata, numa

solução de nitrato 6,5 x 10-3 M

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Example

85

Estratégia

Este é um problema do ião comum. O ião comum aqui é o Ag+,

que é fornecido pelo AgCl e pelo AgNO3. Recordar que a

presença do ião comum afectará apenas a solubilidade do

AgCl (em g/L), mas não o valor Kps que é uma constante de

equilíbrio.

16.12

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Example

86

Solução

Passo 1: As espécies de interesse em solução são os iões Ag+

(de ambos AgCl e AgNO3) e os iões Cl-. Os iões

são iões espectadores.

Passo 2: Como AgNO3 é um eletrólito forte solúvel, vai-se

dissociar completamente:

AgNO3(s) Ag+(aq) + (aq)

6,5 x 10-3 M 6,5 x 10-3 M

NO3

16.12

H2O NO

3

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Example

87

Seja s a solubilidade molar de AgCl na solução de AgNO3.

Podemos resumir as variações nas concentrações como se

segue: AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)

Início (M): 6,5 x 10-3 0,00

Variação (M): -s +s +s

Equilíbrio (M): (6,5 x 10-3 +s) s

16.12

Passo 3:

Kps = [Ag+][Cl-]

1,6 x 10-10 = (6,5 x 10-3 + s)(s)

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Example

88

Como AgCl é bastante insolúvel e a presença de iões de Ag+

do AgNO3 reduz ainda mais a solubilidade do AgCl, s deve ser

muito pequena quando comparada com 6,5 x 10-3. Portanto,

aplicando a aproximação de 6,5 x 10-3 + s ≈ 6,5 x 10-3, obtemos

1,6 x 10-10 = (6,5 x 10-3)(s)

s = 2,5 x 10-8 M

Passo 4: No equilíbrio

[Ag+] = (6,5 x 10-3 + 2,5 x 10-8 ) M ≈ 6,5 x 10-3 M

[Cl-] = 2,5 x 10-8 M

16.12

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Example

89

e portanto, a nossa aproximação no Passo 3 era justificada.

Como todos os iões Cl- devem resultar do AgCl, a quantidade

de AgCl dissolvido na solução de AgNO3 também é de 2,5 x

10-8 M. A seguir, sabendo que a massa molar do AgCl (143,4

g), podemos calcular a solubilidade do AgCl do seguinte

modo:

16.12

-8

3

2.5 × 10 mol AgCl 143.4 AgClsolubility of AgCl in AgNO solution = ×

1 L soln 1 mol AgCl

= -6 3.6 ×10 g / L

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Example

90

Verificação

A solubilidade do AgCl em água pura é de 1,9 x 10-3 g/L (ver

exercício no Exemplo 16.9). Portanto, é razoável a solubilidade

ser mais baixa (3,6 x 10-6 g/L), na presença de AgNO3.

Também deverá saber prever a diminuição da solubilidade

usando o princípio de Le Châtelier. Adição de iões de Ag+

desloca o equilíbrio para a esquerda, diminuindo assim a

solubilidade do AgCl.

16.12

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91

pH e Solubilidade

• A presença de um ião comum reduz a solubilidade.

• Bases insolúveis dissolvidas em soluções ácidas

• Ácidos insolúveis dissolvidas em soluções básicas

Mg(OH)2 (s) Mg2+ (aq) + 2OH- (aq)

Kps = [Mg2+][OH-]2 = 1,2 x 10-11

Kps = (s)(2s)2 = 4s3

4s3 = 1,2 x 10-11

s = 1,4 x 10-4 M

[OH-] = 2s = 2,8 x 10-4 M

pOH = 3,55 pH = 10,45

A pH inferior a 10,45

baixa [OH-]

OH- (aq) + H+ (aq) H2O (l)

removere

Aumenta a solubilidade de Mg(OH)2

A pH superior a 10,45

sobe [OH-]

adicionar

Decresce a solubilidade de Mg(OH)2

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Example

92

Quais dos seguintes compostos serão mais solúveis em

solução ácida do que em água:

(a) CuS

(b) AgCl

(c) PbSO4

16.13

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Example

93

16.13

Estratégia

Escrever a reação de dissociação do sal no seu catião e anião,

em cada caso. O catião não vai interagir com o ião H+ porque

ambos têm cargas positivas. O anião irá atuar como um

aceitador do protão apenas se for a base conjugada de um

ácido fraco. Como é que a remoção do anião afeta a

solubilidade do sal?

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Example

94

16.13

Solução

(a) A solubilidade de equilíbrio para o CuS é

CuS(s) Cu2+(aq) + S2-(aq)

O ião sulfureto é a base conjugada do ácido fraco HS-. Por

conseguinte, os iões S2- reage com o ião H+, como se segue:

S2-(aq) + H+(aq) HS-(aq)

Esta reação remove os iões S2- da solução. De acordo com o

princípio de Le Châtelier, o equilíbrio irá deslocar-se para a

direita para substituir alguns dos iões S2- que foram removidos,

aumentando assim a solubilidade do CuS.

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Example

95

16.13

(b) O equilíbrio de solubilidade

AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)

Como Cl- é a base conjugada de um ácido forte (HCl), a

solubilidade do AgCl não é afetada por uma solução ácida.

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Example

96

16.13

(c) O equilíbrio de solubilidade para o PbSO4 é

PbSO4(s) Pb2+(aq) + (aq)

O ião sulfato é uma base fraca, porque é a base conjugada

do ácido fraco . Portanto, o ião reage com o ião

H+, como segue:

(aq) + H+(aq) (aq)

Esta reação remove os iões da solução. De acordo

com o princípio de Le Châtelier, o equilíbrio irá deslocar-se

para a direita para substituir alguns dos iões que foram

removidos, aumentando assim a solubilidade do PbSO4.

SO2

4

SO2

4HSO4

SO2

4 HSO4

SO2

4

SO2

4

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Example

97

16.14

Calcule a concentração da solução aquosa de amoníaco

necessária para iniciar a precipitação hidróxido de ferro(II) a

partir de uma solução de FeCl2 0,0030 M.

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Example

98

Estratégia

Para o hidróxido de ferro(II), precipitar, o produto [Fe2+][OH-]2

deve ser maior do que o seu Kps. Primeiro, calculamos [OH-]

pelo [Fe2+] e o valor Kps listado na Tabela 16.2. Esta é a

concentração de OH- numa solução saturada de Fe(OH)2. A

seguir, calculamos a concentração de NH3 que irá fornecer

essa concentração de iões OH-. Finalmente, qualquer

concentração de NH3 maior do que o valor calculado irá iniciar

a precipitação de Fe(OH)2, porque a solução irá ficar

supersaturada.

16.14

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Example

99

16.14

Solução

A amónia reage com a água para produzir iões OH-, que depois

reagem com Fe2+ para formar Fe(OH)2. Os equilíbrios que nos

interessam são

Primeiro, obtemos a concentração de OH- acima da qual

Fe(OH)2 começa a precipitar. Escrevemos

Kps = [Fe2+][OH-]2 = 1,6 x 10-14

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Example

100

16.14

Como FeCl2 é um eletrólito forte, [Fe2-] = 0,0030 M e

A seguir, calculamos a concentração de NH3 que irá fornecer

2,3 x 10-6 M de iões OH-. Seja x a concentração inicial de NH3

em mol/L.

-14- 2 -12

- -6

1.6 × 10[OH ] = = 5.3 × 10

0.0030

[OH ] = 2.3 × 10 M

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Example

101

Resumimos as variações das concentrações resultantes da

ionização do NH3 como segue.

NH3 (aq) + H2O (l) (aq) + OH-(aq)

Início (M): x 0,00 0,00

Variação (M): -2,3 x 10-6 +2,3 x 10-6 +2,3 x 10-6

Equilíbrio (M): ( x -2,3 x 10-6) 2,3 x 10-6 2,3 x 10-6

NH4

16.14

Substituindo as concentrações de equilíbrio na expressão da

constante de ionização (ver Tabela 15.4),

Page 102: Equilíbrios Ácido-Base e Equilíbrios de Solubilidade...ou uma base fraca e o seu sal (contendo o ácido fraco conjugado). (a) H 3 PO 4 é um ácido fraco, e a sua base conjugada,

Example

102

16.14

+ -4

b

3

-6 -6

-5

-6

[NH ][OH ] =

[NH ]

2.3 × 10 2.3 × 101.8 × 10 =

( - 2.3 × 10 )

K

x

Resolvendo em ordem a x, obtemos

x = 2,6 x 10-6 M

Portanto, a concentração do NH3 deve ser ligeiramente

maior que 2,6 x 10-6 M para iniciar a precipitação do

Fe(OH)2.

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103

Equilíbrio de Iões Complexos e Solubilidade

Um ião complexo é um ião contendo um catião metálico

central ligado a uma ou mais moléculas ou iões.

Co2+ (aq) + 4Cl- (aq) CoCl4 (aq) 2-

Kf = [CoCl4 ]

[Co2+][Cl-]4

2-

A constante de formação ou constante de estabilidade (Kf)

é a constante de formação do complexo de ião de equilíbrio.

Co(H2O)6 2+

CoCl4 2-

Kf estabilidade

do complexo HCl

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104

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Example

105

Adicionaram-se 0,20 moles de CuSO4 é adicionado a um litro

de solução de NH31,20 M . Qual é a concentração de iões de

Cu2+ no equilíbrio?

16.15

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Example

106

16.15

Estratégia A adição de CuSO4 à solução de NH3, resulta na

formação de um ião complexo

Cu2+(aq) + 4NH3(aq) (aq)

A partir da Tabela 16.4, vemos que a constante de formação

(Kf) para esta reação é muito grande; portanto, a reação está

principalmente na forma indicada do lado direito. A

concentração do Cu2+ no equilíbrio, será muito pequena.

Podemos assumir como uma boa aproximação, que todos os

iões Cu2+ dissolvidos estão essencialmente na forma de iões

. Quantos moles de NH3 vão reagir com 0,20

moles de Cu2+? Quantas moles de serão produzidas?

Haverá uma quantidade muito pequena de Cu2+ no equilíbrio.

Escreva a expressão do Kf para o equilíbrio acima indicado

para obter [Cu2+].

Cu(NH ) 23 4

Cu(NH ) 23 4

Cu(NH ) 23 4

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Example

107

16.15

Solução A quantidade de NH3 consumida na formação do ião

complexo é de 4 x 0,20 mol, ou 0,80 mol. (Note que estão

inicialmente presentes em solução 0,20 mol de Cu2+ e são

necessárias quatro moléculas de NH3 para formar um ião

complexo com um ião Cu2+). A concentração de NH3 no estado

de equilíbrio é, portanto, (1,20 - 0,80) mol/L ou 0,40 M, e a do

é 0,20 mol/L de solução, ou 0,20 M, a mesma que

a concentração inicial de Cu2+. [Há uma razão molar de 1:1

entre Cu2+ e ]. Como se dissocia de forma

ligeira, designamos a concentração de Cu2+ em equilíbrio x e

escrevemos

Cu(NH ) 23 4

f 2+3

13

4

[Cu(NH ) ] =

[Cu ][NH ]

0.205.0 × 10 =

(0.40)

K

x

23 4

4

Cu(NH ) 23 4 Cu(NH ) 2

3 4

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Example

108

16.15

Resolvendo em ordem a x e recordando que o volume de

solução é 1 L, obtemos

x = [Cu2+] = 1,6 x 10-13 M

Verificar

O valor baixo de [Cu2+] no equilíbrio, comparado com 0,20 M,

certamente justifica a nossa aproximação.

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Example

109

Calcule a solubilidade molar do AgCl numa solução de NH3 1,0 M.

16.16

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Example

110

Estratégia

AgCl é ligeiramente solúvel em água

AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)

Os iões Ag+ formam um ião complexo com NH3 (ver Tabela 16.4)

Ag+(aq) + 2NH3(aq)

Combinando estes dois equilibrios obtemos o equilibrio global

do processo.

16.16

Ag(NH )3 2

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Example

111

Solution

Passo 1: Inicialmente, as espécies em solução são iões Ag+ e

Cl- e NH3. A reação entre Ag+ e NH3 produz o ião

complexo

Passo 2: As reações do equilíbrio são

AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)

Kps = [Ag+][Cl-] = 1,6 x 10-10

Ag+(aq) + 2NH3(aq) (aq)

Global: AgCl(s) + 2NH3(aq) (aq) + Cl-(aq)

16.16

Ag(NH )3 2

Ag(NH )3 2

7f +

3

[Ag(NH ) ] = = 1.5 × 10

[Ag ][NH ]

K 3 22

Ag(NH )3 2

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Example

112

16.16

A constante de equilíbrio K para a reação global é o produto

das constantes de equilíbrio das reações individuais (ver

Secção 14.2):

-

sp f

3

-10 7

[Ag(NH ) ][Cl ]= =

[NH ]

= (1.6 × 10 )(1.5 × 10 )

= 2.4 × 10

K K K 3 22

3

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Example

113

16.16

Seja s a solubilidade molar de AgCl (mol/L). Resumimos as

variações das concentrações que resultam da formação do ião

complexo, como se segue:

AgCl(s) + 2NH3(aq) (aq) + Cl-(aq)

Início (M): 1,0 0,0 0,0

Variação (M): -s -2s +s +s

Equilíbrio (M): (1,0 – 2s) s s

Ag(NH )3 2

A constante de formação do é muito grande, por isso

a maioria dos iões prata existem na forma complexa. Na

ausência de amoníaco temos, no equilíbrio, [Ag+] = [Cl-].

Contudo, como resultado da formação do ião complexo,

podemos escrever [ ] = [Cl-]. Ag(NH )3 2

Ag(NH )3 2

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Example

114

16.16

Passo 3:

Aplicando a raiz quadrada a ambos os lados, obtemos

Passo 4: No equilíbrio, 0,045 moles de AgCl dissolvem-se em

1 L de solução de NH31,0 M.

2

2

( )( ) =

(1.0 - 2 )

2.4 × 10 = (1.0 - 2 )

s sK

s

s

s

23

0.049 = 1.0 - 2

= Μ 0.045

s

s

s

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Example

115

16.16

Verificação

A solubilidade molar de AgCl em água pura é 1,3 x 10-5 M.

Portanto, a formação do ião complexo aumenta a

solubilidade do AgCl (Figura 16.12).

Ag(NH )3 2

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116

Química em ação: Como é formada uma casca de ovo

Ca2+ (aq) + CO32- (aq) CaCO3 (s)

H2CO3 (aq) H+ (aq) + HCO3- (aq)

HCO3- (aq) H+ (aq) + CO3

2- (aq)

CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (aq) carbónica

anidrase

Micrografia de raios X

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117

AgNO3 + NaCl

AgCl

Efeito da Complexação na Solubilidade

Adicionar NH3

Ag(NH3)2+

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118

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119

Análise

Qualitativa

de Catiões

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120

Testes de Chama para Catiões

Lítio Sódio Potássio Cobre