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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 7 (Química) do ITA 2017

Química · Química: Diluição, mistura e titulação

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\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 (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} =
= 62{,}4\ \text{mmHg}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (\text{g}) = 9{,}81\ \text{m}\cdot\text{s}^{-2}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{m}^2\cdot\text{kg}\cdot\text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325\ \text{bar}
1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}. \ln 2 = 0{,}693
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}\cdot\text{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. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Cl 17 35,45
He 2 4,00 K 19 39,10
Be 4 9,01 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Mn 25 54,94
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Zn 30 65,38
Na 11 22,99 Br 35 79,90
Mg 12 24,31 Pd 46 106,42
Al 13 26,98 Ag 47 107,87
Si 14 28,09 Xe 54 131,30
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Hg 80 200,59

Na figura ao lado são respectivamente apresentadas as curvas de titulação de 50 mL de soluções aquosas 0{,}1\text{ mol}\boldsymbol{\text{·}}\text{L}^{-1} dos ácidos I, II e III, tituladas com uma solução aquosa 0{,}1\text{ mol}\boldsymbol{\text{·}}\text{L}^{-1} em \ce{NaOH}. Baseado nas informações contidas na figura, assinale opção ERRADA.

Gráfico de pH em função do volume de titulante em mL para os ácidos I, II e III. O eixo vertical vai de 0 a 14 e o eixo horizontal vai de 0 a 90 mL. As curvas I, II e III começam respectivamente em pH 1, 3 e 5. A curva II apresenta uma região indicada como W entre cerca de 15 mL e 35 mL. Em 50 mL de titulante estão marcados o ponto X em pH 7 e o ponto Y em pH 9. Em 80 mL de titulante está marcado o ponto Z em pH um pouco acima de 12.

  1. A
    A constante de ionização do ácido III é aproximadamente 10^{-9}.
  2. B
    A região W da curva de titulação do ácido II é uma região-tampão.
  3. C
    No ponto X o pH da solução I é igual ao \text{pK}_\text{a} do ácido I.
  4. D
    O ponto Y é o ponto de equivalência do ácido II.
  5. E
    No ponto Z, para todos os ácidos o pH só depende da quantidade em excesso de \ce{OH^-} adicionada.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Lendo a figura: a curva I começa em pH 1, então o ácido I (0,1 mol/L) é forte, com ionização total. A curva II começa em pH 3 e a curva III em pH 5, ambos ácidos fracos. Todos têm o equivalente em 50 mL, pois n = 0{,}1 \times 0{,}05 = 5\ \text{mmol} de ácido e 50\ \text{mL} de NaOH 0,1 mol/L.

(A) Ácido III: [\ce{H+}] = 10^{-5} e [\text{HA}] \approx 0{,}1. Logo K_a = \dfrac{(10^{-5})^2}{0{,}1} = 10^{-9}. Correta.

(B) A região W fica em torno de meio da titulação do ácido fraco II, com ácido e base conjugada coexistindo em quantidades apreciáveis. É região-tampão. Correta.

(C) O ácido I é forte e não tem \text{p}K_a ligado ao pH da titulação. No ponto de equivalência, a solução é de NaCl, com pH 7 por ser sal de ácido forte e base forte. Em X o pH vale 7, mas isso não é o \text{p}K_a do ácido I. Além disso, X está na curva do ácido II no gráfico, e o pH = pK_a só vale na metade da titulação, a 25 mL. Errada.

(D) O ponto Y, em 50 mL e pH 9, é o equivalente do ácido III, não do II (para o II, o ponto de equivalência é o X, em pH 7). Pelo desenho, Y fica a pH 9 acima de X, na região do ácido III; o enunciado pergunta pela errada, e aqui o ponto Y de fato não pertence à curva II.

Há então duas afirmações aparentemente falsas, C e D. Em C, a afirmação é falsa por conceito. Em D, a afirmação depende da leitura do gráfico. A curva II chega a pH 7 em 50 mL (ponto X), portanto Y não é seu equivalente. Em termos químicos, o ácido II é fraco e seu sal tem pH maior que 7, de modo que o equivalente real de II seria básico. Pelo gráfico, porém, o ponto marcado na curva II é X.

(E) Em 80 mL há excesso de 30\ \text{mL} de OH⁻ em 130\ \text{mL}, [\ce{OH-}] \approx 0{,}023, pH ≈ 12,4, igual para todos. Correta.

A alternativa claramente errada por conceito é a C: o pH em X não é pK_a do ácido forte I, que nem tem pK_a mensurável na água.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa C engana ao associar o pH 7 da equivalência ao pKa; o pKa só coincide com o pH na metade da titulação de ácido fraco, e o ácido I é forte.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ACom pH inicial 5 e [HA] ≈ 0,1, Ka = (10⁻⁵)²/0,1 = 10⁻⁹, correta.
  • BA região W, no meio da titulação do ácido fraco II, tem HA e A⁻ juntos, logo é tampão.
  • DAceita como correta pelo gabarito, pois o ponto Y, em 50 mL, representa a equivalência com pH básico esperado para ácido fraco.
  • EApós a equivalência, o excesso de OH⁻ domina o pH de todas as soluções, então está correta.

Assuntos: Diluição, mistura e titulação, Equilíbrio iônico: Ka, Kb e grau de ionização.

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Fonte: ITA 2017 · Química. Prova oficial ↗