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UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO_EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
A finalidade deste material é fornecer subsídio para que o estudante possa resolver os exercícios das
p. 26 e 27 da apostila intitulada “Roteiros de Aulas Práticas de Química Geral” (apostila de aulas
práticas). Assim, este documento contem sete exercícios resolvidos que poderão ser usados como
exemplo para a resolução dos exercícios presentes nas páginas supracitadas.
Para os estudantes que ainda não adquiriram a apostila, os exercícios que deverão ser resolvidos
constam do final deste documento.
Exercício 1. Calcule a concentração de soluto em massa (C), a concentração em quantidade de matéria (M) e a normalidade (N) de cada uma das seguintes soluções:
a) 1,45 mol de HCl em 250,0 mL de solução;
b) 14,3 mol de NaOH em 3,4 L de solução;
c) 0,341 mol de KCl em 100,0 mL de solução;
d) 2,5 10 -4^ mol de NaNO 3 em 350 mL de solução.
Comentários sobre o exercício: o exercício 1 exemplifica como calcular a concentração em massa (C), a concentração em quantidade de matéria ou concentração molar (N) e a normalidade, a partir da quantidade de matéria do soluto (n) e do volume da solução (V).
Item a. Resolução:
nHCl = 1,45 mol
Vsolução = 250,0 mL = 0,250 L
MMHCl = (1,01 + 35,5) g mol-1^ = 36,51 g mol-1^ massa molar do HCl 1 mol de moléculas de HCl corresponde a 36,51 g deste composto.
5 , 80 mol/L 0 , 250 L
1 , 45 mol V
M n solução
HCl HCl
mHCl = (1,45 mol) (36,51 g mol-1) = 52,3 g
212 g/L 0 , 250 L
52 , 9 g V
C m solução
HCl HCl
NHCl = kHCl MHCl
Para ácidos , como é o caso do HCl, k é o número de hidrogênios ionizáveis, isto é, k corresponde a quantidade de H+^ liberada na ionização de 1 mol do ácido. Como HCl é um ácido monoprótico, isto é, fornece 1 mol de H+^ ao sofrer ionização, o k para este ácido é 1 eq mol-1.
Portanto:
NHCl = (1 eq mol-1) (5,80 mol L-1) = 5,80 eq L-
Item b. Resolução:
nNaOH = 14,3 mol
Vsolução = 3,4 L
MMNaOH = (23,0 + 16,0 + 1,01) g mol-1^ = 40,01 g mol-1^ massa molar do NaOH 1 mol de fórmulas unitárias do NaOH corresponde a 40,01 g deste composto.
4 , 21 mol/L 3 , 4 L
14 , 3 mol V
M n solução
NaOH NaOHl
mNaOH = (14,3 mol) (40,01 g mol-1) = 572 g
168 g/L 3 , 4 L
572 g V
C m solução
NaOH NaOH
NNaOH = kNaOH MNaOH
Para bases , como é o caso do NaOH, k é o número de íons OH-^ (hidróxido) liberado na dissociação/ionização de 1 mol da base. O NaOH fornece 1 mol de OH-^ ao sofrer dissociação. Portanto, o k para esta base é 1 eq mol-1.
Portanto:
NHCl = (1 eq mol-1) (4,21 mol L-1) = 4,21 eq L-
Item c. Resolução:
nKCl = 0,341 mol
Vsolução = 100 mL = 0,100 L
MMKCl = (39,1 + 35,5) g mol-1^ = 74,6 g mol-1^ massa molar do KCl 1 mol de fórmulas unitárias do KCl corresponde a 74,6 g deste composto.
3 , 41 mol/L 0 , 100 L
0 , 341 mol V
M n solução
KCl KCl
mKCl = (0,341 mol) (74,6 g mol-1) = 25,4 g
254 g/L 0 , 100 L
25 , 4 g V
C m solução
KCl KCl
NKCl = kKCl MKCl
Para sais , como é o caso do KCl, k é o número de cargas negativas ou positivas fornecidas na dissociação de 1 mol do sal. Um mol do KCl dissocia-se em 1 mol de K+^ e 1 mol de Cl-, isto é, 1 mol de cargas positivas e 1 mol de cargas negativas. Portanto, para o KCl, k = 1 eq mol-1.
Portanto:
NKCl = (1 eq mol-1) (3,41 mol L-1) = 3,41 eq L-
Item b. Resolução:
NH2SO3 = 0,501 eq L-
Vsolução = 1,3 10 -4^ L
MMH2SO3 = [2(1,01) + 32,1 + 3(16,0)] = 82,12 g mol-
e N V e ( 0 , 501 eq/L) ( 1 , 3 10 L) 6 , 5 10 eq V
N e^45 soluto solução H 2 SO 3 solução
soluto^ ^
H 2 SO 3 H 2 SO 3 H 2 SO 3 H 2 SO 3
H 2 SO 3 H^2 SO^3 m e E E
e m
Lembrando que: e corresponde ao número de equivalentes-grama e E corresponde ao equivalente-grama ou peso-equivalente do composto. Por definição, para os ácidos, E é a massa em gramas do ácido, capaz de fornecer 1 mol de íons H+. O equivalente-grama de um ácido qualquer é calculado dividindo-se a massa molar (MM) do ácido pela quantidade de H+^ que o mesmo é capaz de fornecer. O ácido sulfuroso, H 2 SO 3 , é diprótico, isto é, ioniza-se fornecendo 2 mols de H+, portanto tem k = 2 eq mol-1.
41 , 06 g/eq 2 eq/mol
82 , 12 g/mol k
E MM
H 2 SO 3
H 2 SO 3 H^2 SO^3
Portanto:
mH2SO3 = (6,5 10 -5^ eq) (41,06 g eq-1) = 2,7 10 -3^ g de H 2 SO 3
Exercício 3. No laboratório você dispõe de uma solução que apresenta 70%(m/m) de HNO 3 e cuja densidade é 1,42 g cm-3. Calcule o volume dessa solução necessário para preparar 500 mL de HNO 3 (aq) 1,5 mol L-1.
Comentários sobre o exercício: o exercício 3 exemplifica cálculos envolvendo diluição de soluções, sendo que a concentração da solução mais concentrada (comumente denominada solução estoque) está expressa em %(m/m) e a concentração da solução a ser preparada está expressa em mol L-1.
Resolução:
Solução estoque de HNO 3 (solução 1):
Contém 70 %(m/m) de HNO 3
Apresenta = 1,42 g cm-
M 1 =?
V 1 =?
Solução de HNO 3 a ser preparada (solução 2):
M 2 = 1,5 mol L-
V 2 = 500 mL
1º passo: calcular a concentração molar (M 1 ) da solução 1. Para tanto, consideremos como base de cálculo 100 g da solução. Em 100 g dessa solução teremos 70 g de HNO 3. Qual o volume ocupado por 100 g da solução 1?
3 solução^3
solução solução solução
solução solução (^1) , 42 g/cm^70 ,^4 cm V m^100 g V
m
70,4 mL volume da solução estoque, no
qual estão contidos 70 g de HNO 3
MMHNO3 = [1,01 + 14,0 + 3(16,0)] = 63,01 g mol-
15 , 8 mol/L 4 , 44
( 63 , 01 g/mol) ( 0 , 0704 L)
M^70 g 1 ^ ^ concentração molar da solução estoque (solução 1).
2º passo: aplicar os dados na expressão matemática (M 1 V 1 = M 2 V 2 ) comumente usada em cálculos relacionados à diluição de soluções.
M 1 V 1 = M 2 V 2 (15,8 mol L-1)V 1 = (1,5 mol L-1)(500 mL)
V 1 = 47,5 mL volume da solução estoque de HNO 3 (solução 1) que deverá ser misturado com água para a obtenção de 500 mL de HNO 3 1,5 mol L-1^ (solução 2).
Exercício 4. Determine a concentração em quantidade de matéria (M) das soluções a seguir.
a) 15,3 mL de solução 4,22 mol L-1^ diluída para 100 mL;
b) 1,45 mL de solução 0,034 mol L-1^ diluída para 10,0 mL.
Comentários sobre o exercício: o exercício 4 exemplifica cálculos envolvendo diluição de soluções, sendo a concentração da solução estoque e a concentração da solução a ser preparada expressas na mesma unidade de concentração, isto é, em mol L-1.
a) Resolução:
Solução 1 (solução estoque)
V 1 = 15,3 mL
M 1 = 4,22 mol L-
Solução 2
V 2 = 100 mL
M 2 =?
Aplicando as informações acima na expressão: M 1 V 1 = M 2 V 2 , teremos:
(4,22 mol L-1) (15,3 mL) = M 2 (100 mL) M 2 = 0,646 mol L-
7 , 69 mol/kg 0 , 7574 kg
5 , 826 mols m
W n H 2 O
H^2 SO^4
d) Resolução:
5 , 83 mol/L 1 , 0 L
5 , 826 mols V
M n solução
H^2 SO^4
Exercício 6.
6.1 Escreva a fórmula de cada um dos seguintes compostos iônicos: a) sulfato de sódio; b) cloreto de alumínio; c) nitrato ferroso; d) sulfato de ferro(III).
6.2 Calcule as concentrações molares de:
a) íons sódio e íons sulfato presentes em solução de sulfato de sódio 0,25 mol L-1; b) íons alumínio e íons cloreto presentes em solução de cloreto de alumínio 0,15 mol L-1; c) íons ferro e íons nitrato presentes em solução de nitrato ferroso 0,05 mol L-1; d) íons ferro e íons sulfato presentes em solução de sulfato de ferro(III) 0,50 mol L-1.
Comentários sobre o exercício: o exercício 6 exemplifica cálculos de concentração molar de íons (cátions e ânions) em solução a partir da concentração molar de um composto em solução, o qual por dissociação ou ionização produzirá tais íons.
6.1) Resolução:
a) sulfato de sódio
sulfato ânion SO 4 2-
sódio cátion Na+
Portanto, são necessários 2Na+^ para neutralizar a carga negativa do íon SO 4 2-. Assim, a fórmula do sulfato de sódio é Na 2 SO 4.
b) cloreto de alumínio
cloreto ânion Cl-
alumínio cátion Al3+
Portanto, são necessários 3Cl-^ para neutralizar a carga positiva do íon Al3+. Assim, a fórmula do cloreto de alumínio é AlCl 3.
c) nitrato ferroso
nitrato ânion NO 3 -
íon ferroso ou íon ferro(II) cátion Fe2+
Portanto, são necessários 2NO 3 -^ para neutralizar a carga positiva do íon Fe2+. Assim, a fórmula do nitrato ferroso é Fe(NO 3 ) 2.
d) sulfato de ferro(III)
sulfato ânion SO 4 2-
ferro(III) ou íon férrico cátion Fe3+
No caso desta sal, para que o mesmo seja eletricamente neutro, são necessários 2Fe3+^ e 3SO 4 2-. Assim, a fórmula do sulfato de ferro(III) ou sulfato férrico é Fe 2 (SO 4 ) 3.
6.2) Resolução:
a) solução de sulfato de sódio 0,25 mol L-
Na 2 SO 4 (aq) 2Na+(aq) + SO 4 2-(aq)
1 mol ------------- 2 mols -----1 mol
0,25 mol L-1^ ----- [Na+] ----- [SO 4 2-]
⸫ [Na+] = 2(0,25 mol L-1) = 0,50 mol L-1^ [SO 4 2-] = 0,25 mol L-
b) solução de cloreto de alumínio 0,15 mol L-
AlCl 3 (aq) Al3+(aq) + 3Cl-(aq)
1 mol ---------- 1 mol ------ 3 mols
0,15 mol L-1^ -- [Al3+] ------- [Cl-]
⸫ [Al3+] = 0,15 mol L-1^ [Cl-] = 3(0,15 mol L-1) = 0,45 mol L-
c) solução de nitrato ferroso 0,05 mol L-
Fe(NO 3 ) 2 (aq) Fe2+(aq) + 2NO 3 - (aq)
1 mol ---------------- 1 mol ----- 2 mols
0,05 mol L-1^ -------- [Fe2+] ----- [NO 3 - ]
⸫ [Fe2+] = 0,05 mol L-1^ [NO 3 - ] = 2(0,05 mol L-1) = 0,10 mol L-
d) solução de sulfato de ferro(III) 0,50 mol L-
Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) 2Fe3+(aq) + 3SO 4 2-(aq)
1 mol --------------- 2 mols------- 3 mols
0,50 mol L-1^ -------- [Fe3+] ------- [SO 4 2-]
⸫ [Fe3+] = 1(0,50 mol L-1) = 1,00 mol L-1^ [SO 4 2-] = 3(0,50 mol L-1) = 1,50 mol L-
Exercícios das p. 26 e 27 da Apostila de Aulas Práticas
1. O tiossulfato de sódio, Na 2 S 2 O 3 , foi utilizado até recentemente como estabilizante do iodeto de potássio, KI, adicionado ao sal de cozinha. Calcule as massas de tiossulfato de sódio necessárias para preparar as seguintes soluções: a) 250 mL, concentração 30 g L-1; b) 500 mL, concentração 8,0 10 -3^ g L-1; c) 100 mL, concentração 300 g L-1. Resp.: 7,5; 4,0 10 -3^ e 30 g 2. Uma garrafa de coca-cola (0,473 L) contém 36,9 g de sacarose, C 12 H 22 O 11. Calcule a concentração em quantidade de matéria de sacarose nesta solução. Resp.: 0,228 mol L- 3. O nitrito de sódio, NaNO 2 , é utilizado como conservante de alimentos, em especial de carnes e pescados. Calcule as massas e as quantidades de matéria de nitrito de sódio necessárias para preparar as seguintes soluções: a) 100 mL, concentração 0,125 mol L-1; b) 500 mL; 2,15 mol L-1. Resp.: a) 1,25 10 -2^ mols e 0,862 g; b) 1,08 mols e 74,52 g 4. 30 g de ácido cítrico, C 6 H 8 O 7 , são dissolvidos em 70 g de H 2 O para produzir uma solução de densidade igual a 1,13 g mL-1. Calcule para esta solução: a) a concentração em g L-1; b) a concentração em quantidade de matéria. Resp.: 339 g L-1^ e 1,77 mol L- 5. Como você pode preparar 400 mL de uma solução de nitrato de prata 0,95 mol L-1^ partindo de uma solução estoque 3,0 mol L-1? Resp.: Vsolução estoque = 127 mL; Vágua = 273 mL; Descrever o procedimento para preparação da solução desejada. 6. Qual é a diferença entre uma solução de glicose a 5% (m/m) e uma solução de glicose a 5% (m/v)? 7. Descreva a composição de cada uma das seguintes soluções aquosas: a) NaOH a 50% (m/m); b) KI a 1,3% (m/v) e c) acetona a 0,75% (v/v). 8. Deseja-se preparar 1,0 L de solução aquosa de H 2 SO 4 , de concentração aproximadamente igual a 0,15 mol L-1. Para tal finalidade, deve-se utilizar uma solução de H 2 SO 4 cuja densidade é 1,84 g mL-1, sendo a porcentagem em massa de H 2 SO 4 nesta solução igual a 96%(m/m). Calcule o volume dessa solução necessário ao preparo da solução desejada e explique como devemos proceder para preparar tal solução. ( Dado: massa molar do H 2 SO 4 = 98 g mol-1). Resp.: 8,33 mL Descrever o procedimento para preparação da solução desejada. 9. No laboratório você dispõe de uma solução que apresenta 70%(m/m) de HNO 3 e cuja densidade é 1,42 g mL-1. Calcule o volume dessa solução necessário para preparar 250 mL de HNO 3 (aq) 2,0 mol L-1. Resp.: 31,6 mL 10. Uma solução de KMnO 4 foi preparada pela dissolução 2,5 g deste composto em 1250 g de água. Calcule a molalidade desta solução. Resp.: 1,3 10 -2^ mol kg- 11. Calcule a molaridade e a normalidade das seguintes soluções aquosas:
a) 1,20 g de NaOH em 25,0 mL de solução; b) 3,43 g de Ba(OH) 2 em 2,50 L de solução; c) 1,47 g de H 3 PO 4 em 40,0 mL de solução. Resp.: a) 1,2 mol L-1; 1,2 eq L- b) 8,02 10 -3^ mol L-1; 1,60 10 -2^ eq L- c) 0,375 mol L-1; 1,125 eq L-
12. Considere uma solução de nitrato de alumínio, Al(NO 3 ) 3 , cuja normalidade é 0,3 N e calcule as molaridades dos íons Al3+^ e NO 3 -. Resp.: M(Al3+) = 0,1 mol L-1; M(NO 3 - ) = 0,3 mol L- 13. Considerando as semi-reações abaixo, calcule o equivalente grama dos seguintes compostos: a) permanganato de potássio, KMnO 4 ; b) hipoclorito de sódio, NaClO; c) ácido oxálico, H 2 C 2 O 4. Resp.: a) 31,6 g eq-1; b) 37,25 g eq-1; c) 45 g eq-
Semi-reações: MnO 4 -^ + 8H+^ + 5 e-^ Mn2+^ + 4H 2 O ClO-^ + H 2 O + 2 e-^ Cl-^ + 2OH- C 2 O 4 2-^ 2CO 2 + 2 e-
