Química analítica i

Química analítica i

Bibliografia

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BACAN, Nivaldo. Introdução à semimicroanálise qualitativa. Campinas: Editora Unicamp.

VOGEL, Arthur I. Química analítica qualitativa. 5 ed. São Paulo: Editora Mestre Jou, 1981.

543

V878q

Sexto roteiro de estudos Soluções Tampão

1. Conceitue a função ácido e a função base de acordo com os conceitos de Arrhenius e de Brönsted-Lowry.

Para Arrhenius ácido é toda espécie química que se ioniza em solução aquosa liberando íons H+ e base é toda espécie aquosa que se dissocia em solução aquosa liberando íons OH-.

Para Brönsted-Lowry, ácido é toda espécie química que libera (doa) íons H+ (próton) em reação química e base é toda espécie química que recebe os íons H+ liberado pelo ácido.

2. Escreva a equação da reação que ocorre quando se dissolve cianeto de hidrogênio, hidróxido de amônio, sulfeto de hidrogênio e cloreto de metilamônio em água. Indique quais espécies químicas são ácidos de Brönsted e quais são bases de Brönsted.

HCN + H2O H3O+ + CN-

ácido base ácido base

NH3 + H2O NH4+ + OH-

base ácido ácido base

H2S + H2O H3O+ + HS-

ácido base ácido base

CH3NH2 + H2O CH3NH3+ + OH-

base ácido ácido base

3 “A diferença entre um ácido e uma base conjugada é apenas um próton.” Escreva dois exemplos de reações químicas que comprovem esta afirmação.

HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O

base ácido ácido base

HSO4- + OH- SO4-2 + H2O

ácido base base ácido

4. Em relação a um sistema tampão formado por ácido cloroso/clorito de sódio, calcule o pH da solução tampão cuja concentração de ácido cloroso é igual a 0,0200 mol L-1 e a de clorito de sódio é igual a 0,0100 mol L-1. (Ka = 1,0 x 10-2)

5. Considerando o tampão básico amônia/íon amônio NH3/NH4+, explique porque a adição de uma pequena quantidade de ácido e/ou de base não causa uma grande alteração do pH do sistema? Considerando o tampão mencionado acima, qual espécie atua como ácido e qual atua como base de Brönsted? Justifique.

Os íons H+ adicionados reagem com o NH3 transformando-o em NH4+. Com isto os íons H+ são removidos da solução e não influem no valor do pH.

Os íons OH- adicionados reagem com o NH4+ transformando-o em NH3 e H2O. Com isto os íons OH- são removidos da solução e não influem no valor do pH.

6. Considerando o tampão básico amônia/íon amônio (NH4OH/NH4+), deduzir a expressão Henderson-Hasselbalch que permite calcular o valor do pH do sistema nas diferentes concentrações de ácido e base adicionados ao tampão.

NH3 + H2O NH4+ + OH-

pH = 14 – pOH

7. Calcule o valor do pH da solução tampão cuja concentração de NH4Cl é 0,0400 mol L-1 e a de NH3 é 0,0300 mol L-1. (Kb = 1,75 x 10-5)

pH = 14 – pOH = 14 – 4,88 = 9,12

8. Qual dos sistemas tamponantes abaixo seria uma boa escolha para preparar um tampão?

  1. com pH = 5  1

  2. com pH = 10  1

  3. com pH = 7  1

pKa

pKb

CH3COOH/CH3COO-

4,75

NH4+/NH3

9,25

HNO2/NO2-

3,37

(CH3)3NH+/(CH3)3N

9,81

HClO2/ClO2-

2,00

H2PO4-/HPO42-

7,21

A melhor escolha corresponde à solução tampão que apresenta um valor de pka ou pkb cujo valor está situado dentro do intervalo mencionado em cada um dos itens, por exemplo para o item (a) pka deve apresentar um valor situado entre 4,0 e 6,0, portanto ácido acético/acetato

Resp: (a) CH3COOH/CH3COO-

(b) (CH3)3NH+/(CH3)3N

(c) H2PO4-/HPO42-

9. Calcular a razão das concentrações, em mol L-1, de íons acetato e ácido acético necessária para tamponar uma solução com pH 5,25. (pka do ácido acético é 4,75)

10. Em relação a um sistema tampão pede-se:

a) Qual a razão entre as concentrações do ácido acético e do acetato de sódio necessária para preparar um tampão cujo pH seja igual a 5,60? (dado Ka CH3COOH = 1,75 x 10-5)

b) Como é definida a eficiência de um tampão? O tampão acima está dentro da faixa de eficiência?

Intervalo de variação de pH na qual o tampão consegue remover os íons hidrônio e hidroxila da solução. Esta faixa corresponde a uma unidade de pH acima ou abaixo do valor de pKa (pKa±1,0). O pH de 5,60 está dentro da faixa de eficiência do tampão pois está nesse intervalo de variação de pH

11. Um tampão foi preparado misturando-se 400 mL de uma solução de NH3 0,600 mol L-1 e 600 mL de uma solução de NH4Cl 0,300 mol L-1.

a) Calcule a concentração das espécies em solução admitindo que o volume final é de 1000 mL;

b) Qual valor do pH deste tampão? (Kb = 1,75 x 10-5)

c) Qual será o valor do pH, após a adição de 0,0200 mols de íons H+?

a) Inicialmente é necessário realizar a diluição da base e do ácido conjugado utilizando a expressão de diluição Mi.Vi = Mf.Vf, na qual o volume final é 1000 mL para os dois casos. Realizando a diluição obtém se para as duas espécies os valores:

[NH3] = 0,240 mol/L

[NH4Cl] = 0,180 mol/L

b)

pH = 14 – pOH = 14 – 4,64 = 9,36

c)

12. Calcule a concentração de íons H+ e o pH de uma solução preparada com volumes iguais de ácido acéti-co 0,200 mol L-1 e acetato de sódio 0,150 mol L-1. (ka do ácido acético: 1,75 x 10-5)

13. Calcule o pH de uma solução tampão preparada a partir de CH3NH2(aq) 0,300 mol L-1 e CH3NH3Cl(aq) 0,146 mol L-1 (kb do CH3NH2 é 3,6 x 10-4)

pH = 14 – pOH = 14 – 3,13 = 10,87

14.

(a) Qual o valor do pH após a adição de 0,0500 mol de H+ a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH) e íon acetato (H3CCOO) são iguais a 1,00 mol L-1 (Ka para ácido acético é 1,8x10-5)?

(b) Qual o valor do pH após a adição de 0,0100 mol de OH a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH) e íon acetato (H3CCOO) são iguais a 1,00 mol L-1 (Ka para ácido acético é 1,8x10-5)?

(c) Após a adição de ácido (item a) ou de base (item b) o tampão ainda permanece na região tamponan-te? Justifique.

a)

Ácido acético acetato

1,00 1,00

+ 0,10 - 0,10

1,10 0,90

b)

Ácido acético acetato

1,00 1,00

- 0,02 + 0,02

0,98 1,02

c) esta na região tamponante porque as variações de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.

15. Calcule a relação [H2PO4]/[HPO42] no sangue cujo valor do pH é 7,4. (pka NaH2PO4 = 7,2)

16. Qual seria a concentração final de H3O+ se 0,100 mol de NaHSO4 (Ka = 1,0 x 10-2) e 0,150 mol de Na2SO4 fossem dissolvidos em 1 litro de H2O?

17. Compare o efeito no pH da adição de 0,200 mol L-1 de H+ e adição de 0,200 mol L-1 de OH a 1,00 litro de:

a) água pura;

b) tampão ácido fórmico-formiato na qual as concentrações de ácido fórmico (HCOOH) e íon formiato (HCOO) são iguais a 1,50 mol L-1 (Ka para ácido fórmico é 1,8 x 10-4)

a) em água pura:

pH = - log [H+] = - log (0,2) – 0,70

pOH = - log [OH-] = - log (0,2) – 0,70

pH = 13,30

b) adição de ácido:

Ácido fórmico formiato

1,50 1,50

+ 0,20 - 0,20

1,70 1,30

Adição de base

Ácido fórmico formiato

1,50 1,50

- 0,20 + 0,20

1,30 1,70

18. Um volume de 1000 mL de uma solução tampão formada por CH3COOH 0,150 mol L-1 e CH3COONa 0,250 mol L-1:

a) Qual é o pH da solução tampão?

b) Qual é o pH da solução resultante após a adição de 30 x 10-2 mols de NaOH na solução tampão?

c) Qual é o pH da solução resultante após a adição de 60 x 10-2 mols de HNO3 à solução tampão inicial?

Considere que não houve variação de volume.

Resp. (a) pH = 4,98;

(b) pH = 5,10;

(c) pH = 4,78

a)

Ácido acético acetato

1,00 1,00

+ 0,10 - 0,10

1,10 0,90

b)

Ácido acético acetato

1,00 1,00

- 0,02 + 0,02

0,98 1,02

c) esta na região tamponante porque as variações de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.

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