Exercícios: Soluções e as suas propriedades

No laboratório dissolvem-se $0,5\ \text{mol}$ de cloreto de sódio em água até perfazer $2\ \text{L}$ de solução.

1. a) Escreve a fórmula da concentração molar (molaridade).
2. b) Calcula a concentração molar da solução.

Para reidratar um desportista prepara-se uma bebida dissolvendo $20\ \text{g}$ de glicose em $180\ \text{g}$ de água.

1. a) Qual é a massa total da solução?
2. b) Calcula a sua percentagem em massa de glicose.

Uma solução de hidróxido de sódio, $\text{NaOH}$, é $0,4\ \text{M}$. Dado: massa molar do $\text{NaOH}$, $40\ \text{g/mol}$.

1. a) Quantas moles de $\text{NaOH}$ existem em $250\ \text{mL}$ dessa solução?
2. b) Quantos gramas de $\text{NaOH}$ são?

O limite legal de nitratos na água potável é de $50\ \text{ppm}$, isto é, $50\ \text{mg}$ de nitrato por cada quilograma de água.

1. a) Quantos miligramas de nitrato pode conter, no máximo, um garrafão com $5\ \text{kg}$ de água?
2. b) No laboratório costuma considerar-se $50\ \text{ppm}$ como $50\ \text{mg/L}$: justifica o que se está a assumir sobre a densidade da água para que ambas as formas de expressão coincidam.

O soro fisiológico utilizado nos hospitais é uma solução de cloreto de sódio a $0,9\ \%$ em massa.

1. a) Quantos gramas de sal contém um saco de $500\ \text{g}$ de soro?
2. b) Quantos gramas de água?

Classifica cada afirmação como verdadeira ou falsa e justifica a tua resposta:

1. a) Se se transferir metade de uma solução para outro copo, a concentração molar em cada copo é metade da inicial.
2. b) Se o volume de uma solução for reduzido a metade por evaporação da água, a sua concentração molar duplica.
3. c) Duas soluções de solutos distintos podem ter a mesma concentração molar e, em simultâneo, diferente massa de soluto por litro.

Para preparar $100\ \text{mL}$ de uma solução $0,5\ \text{M}$ de carbonato de sódio é necessário pesar $5,3\ \text{g}$ de soluto. Ordena os seguintes passos do procedimento laboratorial, que se encontram desordenados, e explica o que se faz em cada um:

1. a) Perfazer com água destilada até ao traço de referência do gargalo do balão.
2. b) Pesar o soluto com a balança.
3. c) Dissolver o soluto num copo com uma pequena quantidade de água.
4. d) Transferir para o balão volumétrico de $100\ \text{mL}$ e completar com água quase até ao traço de referência.

Além disso, explica o que significa «perfazer» (ou «enrasar») e por que razão o balão volumétrico é o material adequado. A figura mostra o balão volumétrico e, ampliado, o pormenor do menisco no traço de referência do gargalo.

A análise de uma fonte revela $30\ \text{mg}$ de fluoreto dissolvido por cada $2\ \text{kg}$ de água. O limite recomendado para a água de consumo é de $1,5\ \text{ppm}$.

1. a) Exprime a concentração de fluoreto da fonte em ppm.
2. b) Ultrapassa o limite? Quantas vezes o ultrapassa?

Dissolvem-se $20\ \text{g}$ de hidróxido de sódio, $\text{NaOH}$, em água até perfazer $500\ \text{mL}$ de solução. Dado: massa molar do $\text{NaOH}$, $40\ \text{g/mol}$.

1. a) Quantas moles são os $20\ \text{g}$ de $\text{NaOH}$?
2. b) Exprime o volume em litros e calcula a concentração molar da solução.

Foi-te pedido que prepares $200\ \text{mL}$ de uma solução $1\ \text{M}$ de cloreto de potássio, $\text{KCl}$. Dado: massa molar do $\text{KCl}$, $74,5\ \text{g/mol}$.

1. a) De quantas moles de $\text{KCl}$ precisas?
2. b) Que massa deves pesar?
3. c) Descreve o procedimento completo no laboratório, indicando o material (balança, gobelé, balão volumétrico…) e o momento em que se acerta o volume até ao traço de referência.

Retiram-se $10\ \text{mL}$ de uma solução de ácido clorídrico, $\text{HCl}$, $2\ \text{M}$ e adiciona-se água até perfazer $100\ \text{mL}$ de solução. Observa o esquema da diluição.

1. a) Quantas moles de $\text{HCl}$ continham os $10\ \text{mL}$ iniciais?
2. b) Calcula a concentração molar da solução diluída.
3. c) Verifica se se cumpre a relação $M_1\cdot V_1=M_2\cdot V_2$ e explica que grandeza se conserva numa diluição.

Uma farmácia dilui $50\ \text{g}$ de uma solução concentrada de sal a $20\ \%$ em massa com $150\ \text{g}$ de água para preparar soluções para gargarejos.

1. a) Quantos gramas de sal fornece a solução concentrada?
2. b) Qual é a massa total da mistura?
3. c) Calcula a nova percentagem em massa.

Um doente necessita de receber $0,05\ \text{mol}$ de glicose por via intravenosa e dispõe-se de uma solução de glicose $0,5\ \text{M}$. Dado: massa molar da glicose, $180\ \text{g/mol}$.

1. a) Que volume de solução, em litros, contém essa quantidade de glicose? Exprime-o também em mililitros.
2. b) Quantos gramas de glicose recebe o doente?

Um laboratório dispõe de ácido nítrico, $\text{HNO}_3$, $4\ \text{M}$ e necessita de preparar $500\ \text{mL}$ de solução $0,8\ \text{M}$.

1. a) Aplica a relação $M_1\cdot V_1=M_2\cdot V_2$ para calcular o volume de ácido concentrado que é necessário medir.
2. b) Descreve como se prepara a diluição em segurança: que material se usa e por que razão se adiciona o ácido sobre a água e não o contrário.

As propriedades coligativas das soluções dependem do número de partículas de soluto dissolvido e não da sua natureza.

1. a) Ordena por ordem crescente de temperatura de congelamento: água pura, solução de sal $0,5\ \text{M}$ e solução de sal $1\ \text{M}$. Justifica a resposta.
2. b) Ordena essas mesmas três amostras por ordem crescente de temperatura de ebulição.
3. c) O facto de o soluto ser sal ou açúcar influencia essas ordenações? Explica o que significa serem propriedades coligativas.

Uma solução de glicose tem uma massa volúmica de $1,08\ \text{g/mL}$ e uma concentração de $5\ \%$ em massa. Dado: massa molar da glicose, $180\ \text{g/mol}$.

1. a) Calcula a massa de $1\ \text{L}$ de solução.
2. b) Quantos gramas de glicose contém esse litro?
3. c) Calcula a concentração molar da solução.

O ácido clorídrico comercial utilizado no laboratório tem uma concentração de $37\ \%$ em massa e uma massa volúmica de $1,19\ \text{g/mL}$. Dado: massa molar do $\text{HCl}$, $36,5\ \text{g/mol}$.

1. a) Calcula a massa de $1\ \text{L}$ de ácido comercial.
2. b) Quantos gramas de $\text{HCl}$ puro contém esse litro?
3. c) Calcula a concentração molar do ácido comercial, com uma casa decimal.
4. d) Calcula, com uma casa decimal, que volume desse ácido é necessário medir para preparar $500\ \text{mL}$ de solução $1\ \text{M}$, e descreve o procedimento de diluição em segurança.

Num laboratório de análise misturam-se $100\ \text{mL}$ de solução de $\text{NaCl}$ $0,5\ \text{M}$ com $300\ \text{mL}$ de solução de $\text{NaCl}$ $1,5\ \text{M}$. Supõe que os volumes são aditivos. O esquema mostra a mistura.

1. a) Calcula a quantidade de matéria (em moles) de sal fornecida por cada solução.
2. b) Calcula a concentração molar da mistura resultante.
3. c) Explica por que razão o resultado não é $1\ \text{M}$, a média das duas concentrações iniciais.

Uma panela contém $2\ \text{kg}$ de caldo com $1\ \%$ em massa de sal.

1. a) Quantos gramas de sal tem o caldo?
2. b) Ao fervê-lo, evapora-se água até o caldo pesar $500\ \text{g}$: qual é agora a percentagem em massa de sal?
3. c) Um cozinheiro quer deixar o caldo a $2\ \%$ de sal: até que massa total deve reduzi-lo?
4. d) Explica por que razão a concentração aumenta mesmo sem se ter adicionado nem um gramo de sal: que grandeza se conserva?

No inverno, os serviços rodoviários espalham sal sobre o gelo e a neve.

1. a) O que acontece à temperatura de congelamento da água quando se dissolve um sal?
2. b) Explica por que razão a mistura de água com sal pode permanecer líquida a $-5\ \celsius$ mesmo quando a água pura estaria congelada.
3. c) Justifica por que razão este método perde eficácia quando está muito frio, por exemplo a $-20\ \celsius$: o que julgas que acontece quando a temperatura desce demasiado, por muito sal que se espalhe?
4. d) Relaciona o método com o anticongelante dos automóveis: que propriedade coligativa aproveitam ambos?

Dois compartimentos estão separados por uma membrana semipermeável, que deixa passar a água mas não a glicose. Num há uma solução de glicose $0,1\ \text{M}$ e no outro uma $1\ \text{M}$. O esquema representa a situação inicial.

1. a) Explica o que é a osmose.
2. b) Prevê para que lado passará a água através da membrana e justifica.
3. c) Que diferença se observará entre os dois compartimentos com o passar do tempo?
4. d) O que é a pressão osmótica? Indica o que seria necessário fazer para impedir essa passagem de água.

Uma central de dessalinização obtém água potável a partir da água do mar por osmose inversa. O esquema mostra o processo.

1. a) Explica em que consiste a osmose inversa e o que se obtém ao aplicar à água do mar uma pressão superior à sua pressão osmótica.
2. b) Que característica deve ter a membrana para que o processo funcione?
3. c) A água salobra, menos concentrada em sais do que a água do mar, necessita de menor pressão para ser dessalinizada: relaciona este facto com a dependência da pressão osmótica relativamente à concentração.
4. d) Aponta uma vantagem e um inconveniente do processo tendo em conta a energia necessária.

Os glóbulos vermelhos estão rodeados por uma membrana semipermeável e contêm um meio aquoso com sais e proteínas dissolvidos.

1. a) Explica por que razão o soro injetado na veia deve ser isotónico, ou seja, ter uma concentração de solutos semelhante à do sangue. Que fenómeno coligativo está em causa?
2. b) Prevê o que aconteceria aos glóbulos vermelhos se o soro fosse muito mais diluído do que o sangue: para onde passaria a água e que risco haveria?
3. c) E se fosse muito mais concentrado? Justifica da mesma forma.

O anticongelante dos automóveis é uma solução de etilenoglicol em água.

1. a) Que propriedade coligativa aproveita para proteger o motor no inverno? Explica como atua a $-15\ \celsius$.
2. b) A mesma solução também eleva a temperatura de ebulição da água de refrigeração: explica por que razão isso é útil no verão.
3. c) Uma oficina prepara a mistura a $30\ \%$ em massa de etilenoglicol: calcula quantos quilogramas de etilenoglicol e de água são necessários para obter $10\ \text{kg}$ de anticongelante.
4. d) Se o circuito de refrigeração de um automóvel contiver $6\ \text{kg}$ dessa mistura, que massa de etilenoglicol contém?

Desafio do tema. Quanto gás contém um refrigerante e como é que isso afeta as propriedades da solução? Determina a concentração de $CO_2$ dissolvido e o seu comportamento como gás ideal na tua própria cozinha.

1. Condições locais: Consulta no site do IPMA a pressão atmosférica ($P \pm 1\text{ hPa}$) e a temperatura ambiente ($T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) no teu concelho.

2. Experimentação caseira: Pesa uma garrafa pequena de água com gás com uma balança de cozinha (sensibilidade $\pm 0,1\text{ g}$). Desgaseifica-a progressivamente, agitando-a e abrindo-a com cuidado em $4$ intervalos sucessivos, anotando a massa do sistema após cada perda de gás. No final, desgaseifica-a por completo (agitando até a massa não variar) para obter a massa final $m_f$ e anota o volume de líquido $V_{\text{dis}}$ indicado no rótulo.

3. Tratamento e cálculo: Elabora uma tabela com a massa de $CO_2$ perdida e propaga a respetiva incerteza. Utilizando a equação dos gases ideais ($PV = nRT$), deduz o volume de gás libertado e calcula a concentração molar do gás que permanecia dissolvido em cada etapa.

4. Relatório final: Representa o gráfico do volume de gás em função da massa perdida (incluindo barras de erro) e explica como a pressão e a temperatura influenciam a solubilidade do gás.

Será valorizado:

• Determinação rigorosa das medições caseiras com as suas incertezas associadas.

• Aplicação correta da lei dos gases ideais e das unidades de concentração.

• Qualidade analítica da tabela, gráfico e interpretação físico-química dos resultados.