Questão 5 (2º dia) da 2ª fase da FUVEST 2011

Question

Em um laboratório, há dois frascos com soluções aquosas diferentes:

— Ácido acético de concentração 1{,}0\text{ mol/L};

— Ácido clorídrico de concentração 4{,}2 \times 10^{-3}\text{ mol/L}.

Fazendo dois testes, em condições iguais para as duas soluções, observou-se que,

— ao mergulhar, nas soluções, os eletrodos de um aparelho para medir a condutibilidade elétrica, a intensidade da luz da lâmpada do aparelho era a mesma para as duas soluções;

— ao adicionar a mesma quantidade de indicador universal para ácidos e bases a amostras de mesmo volume das duas soluções, a coloração final observada era a mesma.

a) Explique por que duas soluções tão diferentes exibem comportamentos tão semelhantes.

b) Considerando os valores fornecidos nesta questão, calcule a constante de dissociação iônica do ácido acético. Mostre os cálculos.

Answer 1

Questão 5 (2º dia) da 2ª fase da FUVEST 2011

2º dia · Química

Em um laboratório, há dois frascos com soluções aquosas diferentes:

— Ácido acético de concentração 1{,}0\text{ mol/L};

— Ácido clorídrico de concentração 4{,}2 \times 10^{-3}\text{ mol/L}.

Fazendo dois testes, em condições iguais para as duas soluções, observou-se que,

— ao mergulhar, nas soluções, os eletrodos de um aparelho para medir a condutibilidade elétrica, a intensidade da luz da lâmpada do aparelho era a mesma para as duas soluções;

— ao adicionar a mesma quantidade de indicador universal para ácidos e bases a amostras de mesmo volume das duas soluções, a coloração final observada era a mesma.

a) Explique por que duas soluções tão diferentes exibem comportamentos tão semelhantes.

b) Considerando os valores fornecidos nesta questão, calcule a constante de dissociação iônica do ácido acético. Mostre os cálculos.

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Resolução comentada

a) O ácido clorídrico é um ácido forte: em água ele se ioniza praticamente 100%, então [\ce{H+}] \approx 4{,}2\times10^{-3}\ \text{mol/L}. O ácido acético é fraco: de cada 1{,}0 mol dissolvido, só uma fração mínima se ioniza, e a maior parte permanece como moléculas \ce{CH3COOH}.\n\nA condutibilidade elétrica depende da concentração de íons livres, e a cor do indicador depende da concentração de \ce{H+} (ou seja, do pH). Na solução de ácido acético, mesmo sendo muito mais concentrada, a ionização parcial gera uma concentração de \ce{H+} (e de \ce{CH3COO-}) igual à do \ce{HCl}, cerca de 4{,}2\times10^{-3}\ \text{mol/L}. Assim, as duas soluções têm a mesma concentração de íons e o mesmo pH, e por isso a lâmpada brilha igual e o indicador mostra a mesma cor.\n\nAs soluções têm o mesmo [\ce{H+}] e a mesma concentração de íons: o HCl está totalmente ionizado, enquanto o ácido acético, bem mais concentrado, se ioniza só parcialmente.\n\nb) Pelo item anterior, no ácido acético:\n\n

\ce{CH3COOH <=> H+ + CH3COO-}

\n\n1. [\ce{H+}] = [\ce{CH3COO-}] = 4{,}2\times10^{-3}\ \text{mol/L}.\n2. [\ce{CH3COOH}] = 1{,}0 - 0{,}0042 \approx 1{,}0\ \text{mol/L} (a ionização é desprezível frente a 1{,}0).\n3. Constante:\n\n

K_a = \frac{[\ce{H+}][\ce{CH3COO-}]}{[\ce{CH3COOH}]} = \frac{(4{,}2\times10^{-3})^2}{1{,}0} = 17{,}64\times10^{-6}

\n\n

K_a \approx 1{,}8\times10^{-5}

\n\nSem a aproximação, o resultado seria 1{,}77\times10^{-5}, praticamente o mesmo.\n\n**K_a \approx 1{,}8\times10^{-5}**

Assuntos: equilíbrio iônico, ácidos fortes e fracos, constante de ionização.

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Questão 5 no caderno da 2ª fase da FUVEST 2011