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ATKINS, Peter, JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida modernaPrincípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente
e o meio ambiente. 1 ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 1042p.. 1 ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 1042p.
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RUSSELL, John B. Química GeralQuímica Geral. 2 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 969p (2. 2 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 969p (2 volumes). volumes). 54 54 R964q R964q BACAN, Nivaldo.
BACAN, Nivaldo. Introdução à semimicroanálise qualitativaIntrodução à semimicroanálise qualitativa. Campinas: Editora. Campinas: Editora Unicamp.
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VOGEL, Arthur I. Química analítica qualitativaQuímica analítica qualitativa. 5 ed. São Paulo: Editora Mestre Jou,. 5 ed. São Paulo: Editora Mestre Jou, 1981. 1981. 543 543 V878q V878q Sexto
Sexto roteiro roteiro de de estudos estudos Soluções Soluções TampãoTampão
1. Conceitue a função ácido e a função base de acordo 1. Conceitue a função ácido e a função base de acordo com os conceitos de Arrhenius e de Brönsted-Lowry. com os conceitos de Arrhenius e de Brönsted-Lowry. Para Arrhenius ácido é toda espécie química que se Para Arrhenius ácido é toda espécie química que se ioniza em solução aquosa liberando íons H
ioniza em solução aquosa liberando íons H++ e base ée base é toda espécie aquosa que se dissocia em solução toda espécie aquosa que se dissocia em solução aquosa liberando íons OH
aquosa liberando íons OH--..
Para Brönsted-Lowry, ácido é toda espécie química Para Brönsted-Lowry, ácido é toda espécie química que libera (doa) íons H
que libera (doa) íons H++ (próton) em reação química e(próton) em reação química e base é toda espécie química que recebe os íons H base é toda espécie química que recebe os íons H++ liberado pelo ácido.
liberado pelo ácido.
2. Escreva a equação da reação que ocorre quando se 2. Escreva a equação da reação que ocorre quando se dissolve cianeto de hidrogênio, hidróxido de amônio, dissolve cianeto de hidrogênio, hidróxido de amônio, sulfeto de hidrogênio e cloreto de metilamônio em sulfeto de hidrogênio e cloreto de metilamônio em água. Indique quais espécies químicas são ácidos de água. Indique quais espécies químicas são ácidos de Brönsted e quais são bases de Brönsted.
Brönsted e quais são bases de Brönsted. HCN + H
HCN + H22O O HH33OO++ + + CNCN --ácido
ácido base base ácido ácido basebase NH
NH33 + + HH22O O NHNH44++ + + OHOH --base
base ácido ácido ácido ácido basebase H
H22S S + + HH22O O HH33OO++ + + HSHS --ácido
ácido base base ácido ácido basebase CH
CH33NHNH22 + + HH22O O CHCH33NHNH33++ + + OHOH --base
base ácido ácido ácido ácido basebase 3
3 “A diferença entre um ácido e uma base conjugada“A diferença entre um ácido e uma base conjugada
é apenas um próton.”
é apenas um próton.” Escreva dois exemplos deEscreva dois exemplos de
reações químicas que comprovem esta afirmação. reações químicas que comprovem esta afirmação. HCO
HCO33-- + + HH33OO++ HH22COCO33 + + HH22OO base
base ácido ácido ácido ácido basebase
HSO
HSO44-- + + OHOH-- SOSO44-2-2 + + HH22OO ácido base base ácido ácido base base ácido
4. Em relação a um sistema tampão formado por 4. Em relação a um sistema tampão formado por ácido cloroso/clorito de sódio, calcule o pH da ácido cloroso/clorito de sódio, calcule o pH da solução tampão cuja concentração de ácido cloroso solução tampão cuja concentração de ácido cloroso é igual a 0,0200 mol L
é igual a 0,0200 mol L-1-1 e a de clorito de sódio ée a de clorito de sódio é
igual a 0,0100 mol L
igual a 0,0100 mol L-1-1. (Ka = 1,0 x 10. (Ka = 1,0 x 10-2-2))
2,0 2,0 2,0) 2,0) (( )) log(1,0x10 log(1,0x10 logka logka pk pkaa 22 = = − − − − = = − − = = − − = = − − 1,70 1,70 pH pH 0,30 0,30 2,00 2,00 pH pH 0,30) 0,30) (( 2,00 2,00 pH pH log(0,50) log(0,50) 2,00 2,00 pH pH 0,0200 0,0200 0,0100 0,0100 log log 2,00 2,00 pH pH [HClO] [HClO] [NaClO] [NaClO] log log pka pka pH pH fraco] fraco] [acido [acido conjugada] conjugada] [base [base log log pKa pKa pH pH = = − − = = − − + + = = + + = = ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ + + = = + + = = + + = =
5. Considerando o tampão básico amônia/íon 5. Considerando o tampão básico amônia/íon amônio NH
amônio NH33 /NH /NH44++, explique porque a adição de uma, explique porque a adição de uma
pequena quantidade de ácido e/ou de base não pequena quantidade de ácido e/ou de base não causa uma grande alteração do pH do sistema? causa uma grande alteração do pH do sistema? Considerando o tampão mencionado acima, qual Considerando o tampão mencionado acima, qual espécie atua como ácido e qual atua como base de espécie atua como ácido e qual atua como base de Brönsted? Justifique.
Brönsted? Justifique. Os íons H
Os íons H++ adicionados reagem com o NHadicionados reagem com o NH 3 3 transformando-o em NH
transformando-o em NH44++. Com isto os íons H. Com isto os íons H++ sãosão removidos da solução e não influem no valor do pH. removidos da solução e não influem no valor do pH.
Os íons OH- adicionados reagem com o NH 4+ 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 -] [NH ] [NH log pkb pOH ] [NH ] [NH log pKb pOH ] [NH ] [NH log logkb ] log[OH ] [NH ] [NH kb. log ] log[OH ] [NH ] [NH kb. ] [OH ] [OH ] [NH ] [NH kb. ] [NH ] ].[OH [NH kb ] [reagentes [produtos] kb 3 4 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3 -4 + + + − + − + − − + + + = = = − − = − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = − = = = = 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. (K b = 1,75 x 10-5) 4,76 4,76) ( ) 0 log(1,75x1 logkb pkb 5 = − − = − = − = − 4,88 pOH 0,12 4,76 pOH 0,12) ( 4,76 pOH log(1,333) 4,76 pOH 0,0300 0,0400 log 4,76 pOH ] [NH Cl] [NH log pka pOH fraca] [base conjugada] [ácido log pKb pOH 3 4 = + = + + = + = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = + = + = pH = 14 – pOH = 14 – 4,88 = 9,12
8. Qual dos sistemas tamponantes abaixo seria uma boa escolha para preparar um tampão?
a) com pH = 5 ± 1 b) com pH = 10 ± 1 c) 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 /HPO- 42- 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-/HPO4
2-9. 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) 3,16 acético] [ácido [acetato] acético] [ácido [acetato] 3,16 acético] [ácido [acetato] 10 acético] [ácido [acetato] log 0,50 acético] [ácido [acetato] log 4,75 5,25 acético] [ácido [acetato] log 4,75 5,25 acético] [ácido [acetato] log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH 0,50 = = = = = − + = + = + =
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) 0,141 [acetato] acetico] [ácido acético] [ácido [acetato] 7,08 acético] [ácido [acetato] 10 acético] [ácido [acetato] log 0,85 acético] [ácido [acetato] log 4,75 5,60 acético] [ácido [acetato] log 4,75 5,60 acético] [ácido [acetato] log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH 0,85 = = = = = − + = + = + =
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 [NH Cl] = 0,180 mol/L b) 4,76 4,76) ( ) 0 log(1,75x1 logkb pkb=− =− 5 =− − = − 4,64 pOH 0,12 4,76 pOH 0,12) ( 4,76 pOH log(0,75) 4,76 pOH 0,240 0,180 log 4,76 pOH ] [NH Cl] [NH log pka pOH fraca] [base conjugada] [ácido log pKb pOH 3 4 = − = − + = + = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = + = + = pH = 14 – pOH = 14 – 4,64 = 9,36 c) [H+] 10−pH 10−9,36 4,36x10−10 mol/L = = =
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. (k a do ácido acético: 1,75 x 10-5) 4,76 4,76) ( ) 0 log(1,75x1 logka pka 5 = − − = − = − = − 4,64 pH 0,12 4,76 pH 0,12) ( 4,76 pH log(0,75) 4,76 pH [0,200] [0,150] log 4,76 pH acético] [ácido sódio] de [acetato log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH = − = − + = + = + = + = + = mol/L 2,29x10 10 10 ] [H+ −pH −4,64 −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 (k b do CH3NH2 é 3,6 x 10-4) 3,44 ) ( ) log(3,6x10 logkb pkb 4 = − − = − = − = − 3,44
3,13 pOH 0,31 3,44 pOH (-0,31) 3,44 pOH log(0,487) 3,44 pOH 0,300 0,146 log 3,44 pOH ] NH [CH Cl] NH [CH log pkb pOH fraca] [base conjugada] [ácido log pKb pOH 2 3 3 3 = − = + = + = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = + = + = 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 4,76 4,76) ( ) 0 log(1,75x1 logka pka=− =− 5 =− − = − 4,67 pH 0,09 -4,76 pH 0,09) ( 4,76 pH log(0,82) 4,76 pH [1,10] [0,90] log 4,76 pH acético] [ácido sódio] de [acetato log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH = = − + = + = + = + = + = b)
Ácido acético acetato
1,00 1,00 - 0,02 + 0,02 0,98 1,02 4,76 4,76) ( ) 0 log(1,75x1 logka pka=− =− −5 =− − = 4,78 pH 0,02 4,76 pH 0,02) ( 4,76 pH log(1,04) 4,76 pH [0,98] [1,02] log 4,76 pH acético] [ácido sódio] de [acetato log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH = + = + + = + = + = + = + =
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)
0,631 ] [HPO ] PO [H ] PO [H ] [HPO 1,58 ] PO [H ] [HPO 10 ] PO [H ] [HPO log 0,2 ] PO [H ] [HPO log 7,2 -7,4 ] PO [H ] [HPO log 7,2 7,4 ] PO [H ] [HPO log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH 2 -4 -4 2 -4 2 -2 4 -4 2 -2 4 0,2 -4 2 -2 4 -4 2 -2 4 -4 2 -2 4 -4 2 -2 4 = = = = = + = + = + =
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?
2,00 2,00) ( ) log(1,0x10 logka pka=− =− 2 =− − = − 2,18 pH 0,18) ( 2,00 pH log(1,50) 2,00 pH 0,100 0,150 log 2,00 pH ] [NaHSO ] SO [Na log pKa pH 4 4 2 = + + = + = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = + =
mol/L 6,61x10 10 10 ] [H+ −pH −4,64 −3 = = =
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 3,74 3,74) ( ) 0 log(1,80x1 logka pka 4 = − − = − = − = − 3,62 pH 0,12 -3,74 pH 0,12) ( 3,74 pH log(0,76) 3,74 pH [1,70] [1,30] log 3,74 pH fórmico] [ácido [formiato] log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH = = − + = + = + = + = + = Adição de base
Ácido fórmico formiato
1,50 1,50 - 0,20 + 0,20 1,30 1,70 3,86 pH 0,12 3,74 pH 0,12) ( 3,74 pH log(1,31) 3,74 pH [1,30] [1,70] log 3,74 pH fórmico] [ácido [formiato] log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH = + = + + = + = + = + = + =
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 HNO
3 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 4,76 4,76) ( ) 0 log(1,75x1 logka pka=− =− 5 =− − = − 4,67 pH 0,09 -4,76 pH 0,09) ( 4,76 pH log(0,82) 4,76 pH [1,10] [0,90] log 4,76 pH acético] [ácido sódio] de [acetato log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH = = − + = + = + = + = + = b)
Ácido acético acetato
1,00 1,00 - 0,02 + 0,02 0,98 1,02 4,76 4,76) ( ) 0 log(1,75x1 logka pka 5 = − − = − = − = −
4,78 pH 0,02 4,76 pH 0,02) ( 4,76 pH log(1,04) 4,76 pH [0,98] [1,02] log 4,76 pH acético] [ácido sódio] de [acetato log pka pH fraco] [acido conjugada] [base log pKa pH = + = + + = + = + = + = + =
c) esta na região tamponante porque as variações de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.
