Exercícios: Neutralização e volumetrias

No laboratório realiza-se a neutralização de $40{,}0\,\text{mL}$ de uma solução aquosa de hidróxido de bário, $\mathrm{Ba(OH)_2}$, de concentração $0{,}050\,\text{M}$, empregando como reagente titulante uma solução aquosa de ácido clorídrico, $\mathrm{HCl}$, de concentração $0{,}125\,\text{M}$ à temperatura de $25\,^\circ\text{C}$.

1. a) Escreva a equação química balanceada correspondente à reação de neutralização que ocorre.
2. b) Calcule o volume de solução de $\mathrm{HCl}$, expresso em mililitros, que é necessário adicionar para atingir exatamente o ponto de equivalência estequiométrico.

Ao realizar a titulação volumétrica de $25{,}0\,\text{mL}$ de ácido acético, $\mathrm{CH_3COOH}$ (ácido fraco), com uma solução de hidróxido de sódio, $\mathrm{NaOH}$ (base forte), o ponto de equivalência é atingido teoricamente a $\mathrm{pH} \approx 8{,}8$. No laboratório há dois indicadores ácido-base disponíveis: vermelho de metila (intervalo de viragem de $\mathrm{pH}$ entre $4{,}4$ e $6{,}2$, de vermelho a amarelo) e fenolftaleína (intervalo de viragem de $\mathrm{pH}$ entre $8{,}2$ e $10{,}0$, de incolor a rosa).

1. a) Defina e diferencie de forma concisa o conceito de ponto de equivalência em relação ao de ponto final de uma titulação volumétrica.
2. b) Justifique qual dos dois indicadores é o mais adequado para minimizar o erro experimental nesta titulação.

Em um laboratório didático restam resíduos de ácido sulfúrico concentrado, $\mathrm{H_2SO_4}$, e de solução concentrada de hidróxido de sódio, $\mathrm{NaOH}$, ambos etiquetados como corrosivos. Um estudante propõe misturá-los diretamente em um béquer e despejar o resultado no ralo. a) Identifique dois riscos dessa proposta e explique que proteção de olhos, pele e roupa exige o trabalho supervisionado com reagentes corrosivos. b) Proponha como identificar, separar e comunicar esses resíduos ao responsável pelo laboratório para sua gestão conforme o procedimento da instituição. Justifique por que a possível neutralização deve ser uma operação controlada e não uma mistura improvisada de concentrados.

Para determinar a concentração desconhecida de uma solução aquosa de ácido clorídrico, $\mathrm{HCl}$, toma-se uma alíquota de $25{,}0\,\text{mL}$ com uma pipeta volumétrica e transfere-se para um erlenmeyer, adicionando duas gotas de fenolftaleína. Enche-se uma bureta graduada de $50{,}0\,\text{mL}$ (incerteza de leitura de $\pm 0{,}05\,\text{mL}$ por aferição) com uma solução padrão de hidróxido de sódio, $\mathrm{NaOH}$, $0{,}100\,\text{M}$. Na figura, detalha-se a montagem experimental, junto com a leitura inicial da bureta e a leitura final no instante da viragem.

A leitura inicial do menisco é de $1{,}20\,\text{mL}$ e a leitura final no ponto de viragem persistente é de $24{,}60\,\text{mL}$.

1. a) Determine o volume líquido de solução de $\mathrm{NaOH}$ consumido na titulação e calcule a incerteza absoluta associada a essa medida volumétrica.
2. b) Calcule a concentração molar da solução de $\mathrm{HCl}$ analisada, expressando o resultado com os algarismos significativos adequados. Estime de forma conservadora a incerteza do volume consumido somando as duas incertezas máximas de leitura.

Analisa-se o teor de ácido acético, $\mathrm{CH_3COOH}$, de um vinagre comercial de densidade $1{,}01\,\text{g/mL}$. Para isso, tomam-se $10{,}0\,\text{mL}$ do vinagre com pipeta volumétrica, introduzem-se em um balão volumétrico de $100{,}0\,\text{mL}$, completa-se com água deionizada e homogeneíza-se. Em seguida, extrai-se uma alíquota de $20{,}0\,\text{mL}$ da solução diluída e titula-se com uma solução aquosa de $\mathrm{NaOH}$ de concentração $0{,}120\,\text{M}$ na presença de fenolftaleína. Para atingir o ponto final consomem-se exatamente $16{,}5\,\text{mL}$ de titulante.

Dados: Massas atômicas relativas: $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{H}=1{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.

1. a) Escreva a equação balanceada da reação de neutralização.
2. b) Calcule a concentração molar do ácido acético no vinagre original e determine sua porcentagem em massa ($\%\,\text{m/m}$).

Deseja-se quantificar o teor de carbonato de cálcio, $\mathrm{CaCO_3}$, de um comprimido antiácido comercial de massa total $1{,}20\,\text{g}$. A amostra pulverizada reage com $50{,}0\,\text{mL}$ de solução aquosa de $\mathrm{HCl}$ $0{,}600\,\text{M}$, gerando dióxido de carbono segundo o processo:

$\mathrm{CaCO_3\,(s) + 2\,HCl\,(aq) \rightarrow CaCl_2\,(aq) + CO_2\,(g) + H_2O\,(l)}$.

Depois de expulso todo o gás formado, o excesso de ácido clorídrico remanescente é titulado por retorno com uma solução de $\mathrm{NaOH}$ $0{,}250\,\text{M}$, requerendo-se um volume de $44{,}0\,\text{mL}$ da base para atingir o ponto de viragem.

Dados: Massas atômicas: $\mathrm{Ca}=40{,}1$; $\mathrm{C}=12{,}0$; $\mathrm{O}=16{,}0$.

1. a) Calcule a quantidade de substância de $\mathrm{HCl}$, em mols, que reagiu com o $\mathrm{CaCO_3}$.
2. b) Determine a massa de $\mathrm{CaCO_3}$ presente no comprimido e sua porcentagem em massa no medicamento. Suponha que os demais componentes do comprimido não reagem com o ácido e que não se perde HCl durante a expulsão do gás.

Em um laboratório de controle químico, titulam-se $50{,}0\,\text{mL}$ de uma solução aquosa de ácido nítrico, $\mathrm{HNO_3}$, $0{,}0400\,\text{M}$ por meio da adição controlada de uma solução padrão de hidróxido de sódio, $\mathrm{NaOH}$, de concentração $0{,}0500\,\text{M}$ a $25\,^\circ\text{C}$.

Dado: $K_\mathrm{w} = 1{,}00 \cdot 10^{-14}$ a $25\,^\circ\text{C}$. Assumem-se volumes estritamente aditivos.

1. a) Determine o $\mathrm{pH}$ da mistura resultante após adicionar $30{,}0\,\text{mL}$ da solução de $\mathrm{NaOH}$. Calcule também o volume de titulante necessário para atingir o ponto de equivalência e justifique o valor do $\mathrm{pH}$ nesse ponto.
2. b) Calcule o novo valor de $\mathrm{pH}$ da solução após adicionar um volume acumulado de $45{,}0\,\text{mL}$ de $\mathrm{NaOH}$ (em excesso em relação ao ponto de equivalência). Considere as soluções ideais e os volumes aditivos.