Dois exercícios sobre soluções

Exercício 1

Da Cesgranrio

O ácido fosfórico é usado como acidulante em bebidas

Ácido fosfórico é um ácido triprótico. Na reação com solução padrão de NaOH, a substituição do primeiro hidrogênio é verificada com auxílio do indicador verde de bromocresol ou do indicador metilorange.

Uma amostra de ácido fosfórico pesando 2,4 g foi transferida quantitativamente para um balão volumétrico de 250,00 mL, e acrescentou-se água destilada até o traço de referência. Uma alíquota de 25,00 mL dessa solução foi titulada com solução aquosa de NaOH 0,1000 mol/L, requerendo exatamente 22,00 mL da base para se alcançar o ponto final, indicado pela mudança de cor do metilorange. A porcentagem em massa de H3PO4 na amostra de ácido fosfórico é

Dado: M(H3PO4) = 98 g/mol

(A) 70%

(B) 75%

(C) 80%

(D) 85%

(E) 90%

Exercício 2

Por definição, solubilidade ou coeficiente de solubilidade é quantidade (em gramas, mol...) máxima de soluto que se pode dissolver em determinado solvente a uma dada temperatura.

A solubilidade do nitrato de chumbo a 100ºC é de 140,0 g/100 g de água. Uma solução a 100ºC consiste em 57,0 g de nitrato de chumbo em 64,0 g de água.

Quando a solução é resfriada a 10ºC, 25,0 g de nitrato de chumbo se cristalizam. Qual é a solubilidade do nitrato de chumbo em g/100g de água a 10ºC?

Confira as resoluções!

Exercício 1
Resolução

Primeiro, vamos aos dados do exercício. Ocorreu a titulação (técnica usada para determinar a concentração de um reagente) do ácido fosfórico. Apesar desse ácido ser triprótico ou triácido - ele pode doar até 3 íons H+, ele é um ácido muito fraco/medianamente forte. Isso pode ser percebido pela diminuição do número de átomos de oxigênio e o de hidrogênio - uma técnica válida para quase todos os oxiácidos. O resultado é 1, o que indica um ácido pouco forte.

Estamos reagindo-o, porém, com uma base muito forte: NaOH. A neutralização será apenas parcial e formará o fosfato monossódico e água. Como o próprio exercício anuncia, ocorre a substituição de apenas um dos hidrogênio do ácido fosfórico. Desse modo, a equação acima está corretamente balanceada: os coeficientes estequiométricos são um, para todos os reagentes e produtos.

Temos uma amostra de 2,4g de ácido fosfórico impuro (ou seja, não temos 100% de H3PO4) que foi transferido para um recipiente com 250mL de água. É a solução I. Desse recipiente, tiramos apenas 25mL da solução, nossa solução II. 

O ácido fosfórico que restou na solução II foi completamente consumido pelo NaOH, conforme a equação lá de cima. O que temos que descobrir é quantos mol de NaOH que foram usados. Como os coeficientes estequiométricos são os mesmos, teremos o mesmo número de mol para o H3PO4. Para descobrir, é fácil. Basta usar a fórmula: 

Concentração molar = número de mol de soluto / volume da solução

 Usou-se 0,0022 mol de NaOH. Então, só podem ter sido consumidos 0,0022 mol de H3PO4. Por uma regra de três simples, descobrimos a quantidade em gramas do H3PO4 da solução II que foram neutralizados pelo NaOH:

Sabemos agora que 0,2156g de H3PO4 foram consumidos. Era a quantidade real do ácido fosfórico na solução II. O que restou foram as impurezas. Então, nós precisamos descobrir a concentração total de soluto naquela solução.

Tínhamos 2,4g de ácido fosfórico em 250mL (solução I) e, em seguida, tiramos 25mL (10%), formando a solução II. A concentração comum de ácido fosfórico é homogênea em toda a solução, então, ao tirarmos 10% da solução, tiramos 10% do soluto. Se antes tínhamos 2,4g de ácido fosfórico, agora teremos 0,24g.

Mas, desses 0,24g, apenas 0,2156g foram de fato consumidos pelo NaOH. Então, por uma regra de três simples, descobrimos a porcentagem de H3PO4 no soluto da solução II:

Exercício 2

Resolução

Nossa solução inicial está a 100°C. O importante é notar que, a essa temperatura, podemos dissolver um máximo de 140g de nitrato de chumbo em 100g de água. Mas temos 64g de água. 

Por regra de três simples (o cálculo é o seguinte: em 100g de água, há 140g de nitrato de chumbo. Em 64g de água, haverá xg de nitrato de chumbo), chegamos a uma segunda conclusão: a 64g de água, pode-se dissolver, no máximo, 89,6g de nitrato de chumbo. Por isso, a solução é insaturada: temos apenas 57g de nitrato de chumbo - é possível dissolver mais.

No entanto, ao baixar a temperatura para 10ºC, a história muda: o exercício nos diz que temos nitrato de chumbo em excesso: formou-se precipitado (ou corpo de fundo). 25g de nitrato de chumbo se cristalizou. Esse é o excesso. Livres na solução, saturada com precipitado, temos 57g - 25g de nitrato de chumbou, ou seja, 32g estão de fato dissolvidas.

Por uma regra de três simples, descobrimos que, em 100g de água, a 10ºC, pode-se dissolver no máximo 50g de nitrato de chumbo.