Exercícios: Produto iônico da água e escala de pH

A água pura sofre uma pequena autoionização, representada por:

$$H_2O(l) \rightleftharpoons H^+(aq) + OH^-(aq)$$

Escreva a expressão do produto iônico da água ($K_w$) e informe o valor de $K_w$ a 25 °C, que é $1{,}0 \times 10^{-14}$. Em seguida, diga quais são as concentrações de $H^+$ e de $OH^-$ na água pura a essa temperatura.

Classifique cada solução abaixo, a 25 °C, como ácida, básica ou neutra, de acordo com o pH dado:

1. a) suco de limão, pH = 2;
2. b) água pura, pH = 7;
3. c) solução de limpeza com amônia, pH = 11.

Explique também, em uma frase, o que significa a escala de pH.

Calcule o pH das soluções aquosas a 25 °C com as seguintes concentrações de íons $H^+$:

1. a) $[H^+] = 1 \times 10^{-3}$ mol/L;
2. b) $[H^+] = 1 \times 10^{-9}$ mol/L.

Indique, para cada uma, se a solução é ácida ou básica.

Uma solução aquosa de ácido clorídrico ($HCl$), ácido forte totalmente ionizado, tem concentração 0,010 mol/L a 25 °C.

1. a) Determine $[H^+]$ e o pH da solução.
2. b) Calcule $[OH^-]$ e o pOH, usando $K_w = 1{,}0 \times 10^{-14}$.
3. c) Verifique que pH + pOH = 14.

Em um laboratório escolar, Lucas preparou 500 mL de uma solução de hidróxido de sódio ($NaOH$), base forte, dissolvendo 0,20 g da base. Use a massa molar do $NaOH$ igual a 40 g/mol e considere a temperatura de 25 °C.

1. a) Calcule a quantidade de matéria de $NaOH$ dissolvida e a concentração em mol/L.
2. b) Determine o pOH e o pH da solução.

Um aluno mediu o pH de duas amostras: o café preto, com pH = 5, e a água sanitária, com pH = 12.

1. a) Calcule $[H^+]$ em cada amostra.
2. b) Quantas vezes a concentração de $H^+$ do café é maior do que a da água sanitária?
3. c) Explique por que uma diferença de apenas uma unidade de pH representa uma variação de dez vezes na concentração de $H^+$.

Misturam-se 100 mL de uma solução de $HCl$ 0,10 mol/L com 100 mL de uma solução de $NaOH$ 0,050 mol/L, a 25 °C. Considere os volumes aditivos e ambos os eletrólitos totalmente ionizados.

1. a) Calcule a quantidade de matéria de $H^+$ e de $OH^-$ antes da reação.
2. b) Determine qual íon está em excesso e a quantidade de matéria que sobra.
3. c) Calcule a concentração do íon em excesso na mistura e o pH final.
4. d) A mistura é ácida, básica ou neutra? Justifique.

Uma equipe de estudantes analisa a chuva em duas cidades. A amostra A tem pH = 5,6 e a amostra B tem pH = 4,6. Uma colega afirma: "a chuva B é só um pouco mais ácida que a A, pois a diferença é de apenas uma unidade."

1. a) Calcule $[H^+]$ e $[OH^-]$ em cada amostra a 25 °C.
2. b) Compare quantitativamente a acidez das duas amostras e avalie a afirmação da colega.
3. c) Explique por que a água da chuva "normal" é levemente ácida (pH em torno de 5,6) mesmo sem poluição, citando o papel do $CO_2$ da atmosfera e escrevendo as equações envolvidas.