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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 4 (Química) do ITA 2015

Química · Química: Hidrólise salina e solução-tampão

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6,02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9,65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22,4\text{ L} (CNTP)
Carga elementar = 1,602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8,21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8,31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1,98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62,4\text{ mmHg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9,81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\ 325\text{ N m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1,01325\text{ bar}
1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg m}^2\text{ s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\text{ mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}
Condições-padrão: 1\text{ bar} ; concentração das soluções = 1\text{ mol L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido . (\ell) = líquido . (g) = gás . (aq) = aquoso . (CM) = circuito metálico . (conc) = concentrado .
(ua) = unidades arbitrárias . [\text{X}] = concentração da espécie química X em \text{mol L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g.mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g.mol}^{-1})
H 1 1,01 K 19 39,10
Li 3 6,94 Ca 20 40,08
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Mn 25 54,94
N 7 14,01 Fe 26 55,85
O 8 16,00 Zn 30 65,38
F 9 19,00 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Ag 47 107,90
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,07 Hg 80 200,59
Cl 17 35,45 Pu 94 238

Sendo o \text{pK} do \ce{NH4OH} igual a 4,74, o pH de uma solução aquosa 0{,}10\text{ mol}\text{ L}^{-1} em \ce{NH4C\ell} é

  1. A
    1,00.
  2. B
    3,74.
  3. C
    4,74.
  4. D
    5,13.
  5. E
    8,87.
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Resolução comentada

O \ce{NH4Cl} é um sal de base fraca e ácido forte. O \ce{Cl-} não reage com a água, mas o \ce{NH4+} sofre hidrólise: \ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+}. A solução é ácida.

  1. Constante de hidrólise: K_h = \dfrac{K_w}{K_b}. Com \text{p}K_b = 4{,}74 e \text{p}K_w = 14, temos \text{p}K_h = 14 - 4{,}74 = 9{,}26.

  2. Na hidrólise, [\ce{H3O+}] = [\ce{NH3}] = x e [\ce{NH4+}] \approx 0{,}10 (x é muito pequeno). Então:

    K_h = \frac{x^2}{0{,}10}\Rightarrow x^2 = 0{,}10\cdot 10^{-9{,}26} = 10^{-10{,}26}

  3. Tirando a raiz: x = 10^{-5{,}13} mol/L.

  4. Logo, \text{pH} = -\log x = 5{,}13.

Conferindo: a aproximação vale, pois 5\times10^{-6} \ll 0{,}10. O resultado é ácido, como esperado.

Equivalente: \text{pH} = \tfrac{1}{2}(\text{p}K_h + \text{p}C) = \tfrac{1}{2}(9{,}26+1) = 5{,}13.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa E (8,87) engana quem confunde o caráter do sal e calcula o pOH em vez do pH; o \ce{NH4+} gera \ce{H3O+}, então a solução é ácida.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ATrata o \ce{NH4Cl} como ácido forte totalmente dissociado em \ce{H+}, dando pH = 1.
  • BSubtrai 1 de 4,74, ignorando que é preciso usar K_h e a raiz quadrada.
  • CUsa o pK da base diretamente como pH, sem calcular a hidrólise do sal.
  • EDá o pH básico (14 − 5,13), como se a solução fosse básica, mas o sal é ácido.

Assuntos: Hidrólise salina e solução-tampão, Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização.

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Fonte: ITA 2015 · Química. Prova oficial ↗