QUIO94 - Introdução à Análise Química TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE









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Exemplo 3: Titulação de 10000 mL de NH3 0
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ÁCIDOS E BASES

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equilibrio acido base


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218857 QUIO94 - Introdução à Análise Química TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 1 1

Disciplina

QUIO94 - Introdução à Análise Química

1 semestre 2014

TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE

Profa. Maria Auxiliadora Costa Matos

Download aulas: http://www.ufjf.br/nupis/

Universidade Federal de Juiz de Fora

Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química

Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 2 2

1 ETAPA

Antes de iniciar a titulação

A solução contém apenas base fraca e água - solução aquosa de uma base fraca. O pH da solução será determinado pela dissociação da base fraca.

2 ETAPA

Antes de atingir o Ponto de Equivalência

A solução é composta por uma mistura de base fraca que ainda não reagiu e o sal formado pela reação da base fraca com o ácido que foi adicionado. O pH será determinado elo sistema tampão formado.

3 ETAPA

No Ponto de Equivalência

A quantidade de ácido forte adicionado foi suficiente para reagir com total de base fraca presente na solução, produzindo um sal de base fraca e ácido forte, e água. O pH será determinado pela hidrólise do sal.

4 ETAPA

Após o Ponto de Equivalência

Excesso de ácido forte é adicionado a solução do sal de base fraca e ácido forte. O pH é determinado pelo excesso de ácido forte. Geralmente, exceto muito próximo do ponto de equivalência, a contribuição da hidrólise do sal é pequena, pois o ácido forte reprime esta reação.

TITULAÇÃO BASE FRACA COM ÁCIDO FORTE

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Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 3 3 Exemplo 3: Titulação de 100,00 mL de NH3 0,100 mol/L com solução padrão HCL 0,100 mol/L. Dado Kb = 1,80 x 10-5.

1. Escrever a reação química:

2. Calcular o volume de titulante necessário para atingir o ponto de equivalência.

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O (l) n mol HCl = n mol NH4OH

C HCl x V HCl add = C NH4OH x V NH4OH

0,100 mol/L x V HCl add = 0,100 mol/L x 100,00 mL

V HCl PE = 100 mL

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TITULAÇÃO BASE FRACA COM ÁCIDO FORTE

Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 4 4

Ca = concentração analítica NH4OH

NH4OH (aq) NH4+ (aq) + OH- (aq) Kb = 1,80 x 10-5

Início 0,100 - -

Equilíbrio 0,100 - x x x

Solução aquosa de uma base fraca. O pH é calculado em função da dissociação do

hidróxido de amônia presente na solução.

1 ETAPA Antes de iniciar a titulação

No equilíbrio:

BC: [NH4+] = [OH -] = x

BM: Ca = [NH4OH] + [NH4+]

a)Se Ca/Kb 102 Efetuar o cálculo simplificado. (Ao simplificar o cálculo o erro será menor que 5%) b) Se Ca/Kb 102 Efetuar o cálculo sistemático - equação quadrática (Ao simplificar o cálculo o erro será maior que 5%) [NH4OH] = Ca - [NH4+] [NH4OH] = Ca - x

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Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 5 5

NH4OH (aq) NH4+ (aq) + OH- (aq) Kb = 1,80 x 10-5

Início 0,100 - -

Equilíbrio 0,100 - x x x

Solução aquosa de um ácido fraco. O pH é calculado em função da dissociação do ácido

acético presente na solução.

1 ETAPA Antes de iniciar a titulação

TTTIIITTTUUULLLAAAÇÇÇÃÃÃOOO BBBAAASSSEEE FFFRRRAAACCCAAA CCCOOOMMM ÁÁÁCCCIIIDDDOOO FFFOOORRRTTTEEE

No equilíbrio:

BC: [NH4+] = [OH -] = x

BM: Ca = [NH4OH] + [NH4+]

0,100 = [NH4OH] + [NH4+]

[NH4OH] = 0,100 - x

Kb = [NH4+]]ȹL OH-]

[NH4OH]

1,80 x 10-5 =

xȹ x

0,100 - x

Ca/Kb = 0,1/1,80 x 10-5 = 5,6 x 103

x 0,1 x2 + 1,80·10-5 x - 1,80·10-6 = 0 x = 0,00133 mol/L pOH = - log (0,00133) = 2,88 pH = 14 ² 2,88 = 11,12 x = 0,00134 mol/L pOH = - log (0,00134) = 2,87 pH = 14 ² 2,87 = 11,13

1,80 x 10-5 =

xȹ x

0,100 - x

desprezível

1,80 x 10-5 =

xȹ x 0,100 Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 6 6 a) VHCl add = 20,00 mL

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O(l)

Início 0,0100 - - -

Adição - 0,00200 - -

Equilíbrio 0,00800 - 0,00200 0,00200

No equilíbrio:

2 ETAPA Antes de atingir o Ponto de Equivalência

Há uma mistura do hidróxido de amônia e cloreto de amônio (ácido e base conjugados) formando um tampão. O pH pode ser calculado através da relação de concentrações do

ácido e da base conjugada.

n mol HCl add = C HCl·V HCl = 0,100·0,02000 = 0,00200 mol [NH4OH] = 0,00800 0,120 0 = 0,0667 mol/L [NH4+ ] = 0,00200 = 0,0167 mol/L 0,120

Kb = [NH4+]ȹLOH-]

[NH4OH]

1,80 x 10-5 = 0,0167ȹLOH-]

0,0667

[OH-] = 7,20x10-4 mol/L pOH = 4,14

pH = 14 ² 4,14 ² 9,86 TTTIIITTTUUULLLAAAÇÇÇÃÃÃOOO BBBAAASSSEEE FFFRRRAAACCCAAA CCCOOOMMM ÁÁÁCCCIIIDDDOOO FFFOOORRRTTTEEE

Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 7 7 a) VHCl add = 50,00 mL

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O(l)

Início 0,0100 - - -

Adição - 0,00500 - -

Equilíbrio 0,00500 - 0,00500 0,00500

No equilíbrio:

n mol HCl add = C HCl·V Hcl = 0,100·0,05000 = 0,00500 mol [NH4OH] = [CH3COOH] =

0,00500

0,150 = 0,0333 mol/L

[NH4+ ] = [CH3COO -] =

0,00500

0,150 = 0,0333 mol/L Quando o volume do ácido adicionado é igual a metade do volume da ácido para atingir o ponto de equivalência pOH = pKb [ OH -] = Kb

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Kb = [NH4+]ȹLOH-]

[NH4OH]

1,80 x 10-5 = 0,0333ȹLOH-]

0,0333

[OH-] = 1,80x10-5 mol/L pOH = 4,74 pH = 14 ² 4,74 ² 9,26 Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 8 8 a) VHCl add = 100,00 mL

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O(l)

Início 0,0100 - - -

Adição - 0,0100 - -

Equilíbrio - - 0,0100 0,0100

3 ETAPA No Ponto de Equivalência

Consiste em calcular o pH de uma solução de sal de ácido forte e base fraca ² hidrólise

do cátion. n mol HCl add = C HCl·V HCl = 0,100·0,1000 = 0,0100 mol [NH4Cl] = 0,0100 0,200 = 0,0500 mol/L

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Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 9 9

Hidrólise do íon amônio:

NH4+ (aq) + H2O (l) NH4OH(aq) + H3O + (aq)

Início 0,0500 - - -

Equilíbrio 0,0500 - x - x x

No equilíbrio:

5,6 10-10 = x2/ 0,0500

x = [H3O +] = 5,27x10-6 mol/L pH = -log 5,27 x 10-6 = 5,28 = [NH4OH]ȹLH3O +] [NH4+] Kh = KW Kb xȹ x

0,0500 - x

Kh = 1,00x10-14

1,80x10-5

102 Simplificar [NH4+] 0,0500

CAC- Kh

102 Equação quadrática

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Disciplina

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1 semestre 2014

TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE

Profa. Maria Auxiliadora Costa Matos

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Universidade Federal de Juiz de Fora

Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química

Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 2 2

1 ETAPA

Antes de iniciar a titulação

A solução contém apenas base fraca e água - solução aquosa de uma base fraca. O pH da solução será determinado pela dissociação da base fraca.

2 ETAPA

Antes de atingir o Ponto de Equivalência

A solução é composta por uma mistura de base fraca que ainda não reagiu e o sal formado pela reação da base fraca com o ácido que foi adicionado. O pH será determinado elo sistema tampão formado.

3 ETAPA

No Ponto de Equivalência

A quantidade de ácido forte adicionado foi suficiente para reagir com total de base fraca presente na solução, produzindo um sal de base fraca e ácido forte, e água. O pH será determinado pela hidrólise do sal.

4 ETAPA

Após o Ponto de Equivalência

Excesso de ácido forte é adicionado a solução do sal de base fraca e ácido forte. O pH é determinado pelo excesso de ácido forte. Geralmente, exceto muito próximo do ponto de equivalência, a contribuição da hidrólise do sal é pequena, pois o ácido forte reprime esta reação.

TITULAÇÃO BASE FRACA COM ÁCIDO FORTE

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Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 3 3 Exemplo 3: Titulação de 100,00 mL de NH3 0,100 mol/L com solução padrão HCL 0,100 mol/L. Dado Kb = 1,80 x 10-5.

1. Escrever a reação química:

2. Calcular o volume de titulante necessário para atingir o ponto de equivalência.

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O (l) n mol HCl = n mol NH4OH

C HCl x V HCl add = C NH4OH x V NH4OH

0,100 mol/L x V HCl add = 0,100 mol/L x 100,00 mL

V HCl PE = 100 mL

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Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 4 4

Ca = concentração analítica NH4OH

NH4OH (aq) NH4+ (aq) + OH- (aq) Kb = 1,80 x 10-5

Início 0,100 - -

Equilíbrio 0,100 - x x x

Solução aquosa de uma base fraca. O pH é calculado em função da dissociação do

hidróxido de amônia presente na solução.

1 ETAPA Antes de iniciar a titulação

No equilíbrio:

BC: [NH4+] = [OH -] = x

BM: Ca = [NH4OH] + [NH4+]

a)Se Ca/Kb 102 Efetuar o cálculo simplificado. (Ao simplificar o cálculo o erro será menor que 5%) b) Se Ca/Kb 102 Efetuar o cálculo sistemático - equação quadrática (Ao simplificar o cálculo o erro será maior que 5%) [NH4OH] = Ca - [NH4+] [NH4OH] = Ca - x

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Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 5 5

NH4OH (aq) NH4+ (aq) + OH- (aq) Kb = 1,80 x 10-5

Início 0,100 - -

Equilíbrio 0,100 - x x x

Solução aquosa de um ácido fraco. O pH é calculado em função da dissociação do ácido

acético presente na solução.

1 ETAPA Antes de iniciar a titulação

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No equilíbrio:

BC: [NH4+] = [OH -] = x

BM: Ca = [NH4OH] + [NH4+]

0,100 = [NH4OH] + [NH4+]

[NH4OH] = 0,100 - x

Kb = [NH4+]]ȹL OH-]

[NH4OH]

1,80 x 10-5 =

xȹ x

0,100 - x

Ca/Kb = 0,1/1,80 x 10-5 = 5,6 x 103

x 0,1 x2 + 1,80·10-5 x - 1,80·10-6 = 0 x = 0,00133 mol/L pOH = - log (0,00133) = 2,88 pH = 14 ² 2,88 = 11,12 x = 0,00134 mol/L pOH = - log (0,00134) = 2,87 pH = 14 ² 2,87 = 11,13

1,80 x 10-5 =

xȹ x

0,100 - x

desprezível

1,80 x 10-5 =

xȹ x 0,100 Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 6 6 a) VHCl add = 20,00 mL

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O(l)

Início 0,0100 - - -

Adição - 0,00200 - -

Equilíbrio 0,00800 - 0,00200 0,00200

No equilíbrio:

2 ETAPA Antes de atingir o Ponto de Equivalência

Há uma mistura do hidróxido de amônia e cloreto de amônio (ácido e base conjugados) formando um tampão. O pH pode ser calculado através da relação de concentrações do

ácido e da base conjugada.

n mol HCl add = C HCl·V HCl = 0,100·0,02000 = 0,00200 mol [NH4OH] = 0,00800 0,120 0 = 0,0667 mol/L [NH4+ ] = 0,00200 = 0,0167 mol/L 0,120

Kb = [NH4+]ȹLOH-]

[NH4OH]

1,80 x 10-5 = 0,0167ȹLOH-]

0,0667

[OH-] = 7,20x10-4 mol/L pOH = 4,14

pH = 14 ² 4,14 ² 9,86 TTTIIITTTUUULLLAAAÇÇÇÃÃÃOOO BBBAAASSSEEE FFFRRRAAACCCAAA CCCOOOMMM ÁÁÁCCCIIIDDDOOO FFFOOORRRTTTEEE

Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 7 7 a) VHCl add = 50,00 mL

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O(l)

Início 0,0100 - - -

Adição - 0,00500 - -

Equilíbrio 0,00500 - 0,00500 0,00500

No equilíbrio:

n mol HCl add = C HCl·V Hcl = 0,100·0,05000 = 0,00500 mol [NH4OH] = [CH3COOH] =

0,00500

0,150 = 0,0333 mol/L

[NH4+ ] = [CH3COO -] =

0,00500

0,150 = 0,0333 mol/L Quando o volume do ácido adicionado é igual a metade do volume da ácido para atingir o ponto de equivalência pOH = pKb [ OH -] = Kb

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Kb = [NH4+]ȹLOH-]

[NH4OH]

1,80 x 10-5 = 0,0333ȹLOH-]

0,0333

[OH-] = 1,80x10-5 mol/L pOH = 4,74 pH = 14 ² 4,74 ² 9,26 Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 8 8 a) VHCl add = 100,00 mL

NH4OH (aq) + HCl (aq) NH4Cl (aq) + H2O(l)

Início 0,0100 - - -

Adição - 0,0100 - -

Equilíbrio - - 0,0100 0,0100

3 ETAPA No Ponto de Equivalência

Consiste em calcular o pH de uma solução de sal de ácido forte e base fraca ² hidrólise

do cátion. n mol HCl add = C HCl·V HCl = 0,100·0,1000 = 0,0100 mol [NH4Cl] = 0,0100 0,200 = 0,0500 mol/L

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Introdução a Analise Química - I sem/2014 ² Profa Ma Auxiliadora - 9 9

Hidrólise do íon amônio:

NH4+ (aq) + H2O (l) NH4OH(aq) + H3O + (aq)

Início 0,0500 - - -

Equilíbrio 0,0500 - x - x x

No equilíbrio:

5,6 10-10 = x2/ 0,0500

x = [H3O +] = 5,27x10-6 mol/L pH = -log 5,27 x 10-6 = 5,28 = [NH4OH]ȹLH3O +] [NH4+] Kh = KW Kb xȹ x

0,0500 - x

Kh = 1,00x10-14

1,80x10-5

102 Simplificar [NH4+] 0,0500

CAC- Kh

102 Equação quadrática


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