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1 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA APOSTILA DE QUÍMICA ANALÍTICA Ângela Leão Andrade Geraldo Magela da Costa Gilmare Antônia da Silva Março de 2013 2 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Sumário Apresentação Capítulo 1 - Normas de Segurança no Laboratório Capítulo 2 - Introdução à Química Analítica 2.1 Algarismos Significativos 2.2 Materiais de Laboratório 2.3 Exercícios de Revisão 2.3.1 Estequiometria 2.3.2 Estatística Capítulo 3 - Análise Gravimétrica 3.1 Práticas Prática n o 1: Determinação de níquel com dimetilglioxima Capítulo 4 - Análise Titulométrica 4.1 Titulometria de Neutralização 4.1.1 Práticas Prática n o 2: Preparação de soluções tampão, calibração de eletrodos e medições de pH Prática n o 3: Indicadores ácido/base Prática n o 4: Titulação potenciométrica de ácido forte Prática n o 5: Titulação potenciométrica de ácido fraco e de base fraca Prática n o 6: Titulação potenciométrica de ácidos polipróticos Prática n o 7: Determinação da acidez do vinagre Prática n o 8: Determinação de misturas de bases e de ácidos Prática n o 9: Titulação de retorno: Análise de “Leite de Magnésia” Prática n o 10: Determinação da pureza do ácido bórico Prática n o 11: Determinação do teor de água numa amostra de Bórax 4.2 Titulometria de Precipitação 4.2.1 Práticas Prática n o 12: Análise de cloreto em uma amostra de soro fisiológico pelo método de Mohr Prática n o 13: Determinação de iodeto pelo método de Fajans e pelo método de Volhard 4.3 Titulometria de Complexação 4.3.1 Práticas Prática n o 14: Determinação da dureza da água Prática n o 15: Determinação de Mg 2+ em “Leite de Magnésia” e de Ca2+ em leite Prática n o 16: Técnica de mascaramento em complexometria: Determinação simultânea de Ba 2+ e Mg 2+ Prática n o 17: Análise de calcário usando método clássico e volumetria de complexação Prática n o 18: Determinação de alúmem de potássio 4.4 Titulometria de Redox 4.4.1 Práticas Prática n o 19: Determinação de cálcio por titulação indireta com solução de KMnO4 Prática n o 20: Determinação de H2O2 em água oxigenada comercial Prática n o 21: Determinação de Fe 2+ e ferro total em complexos minerais Prática n o 22: Análise de hipoclorito em “Água Sanitária” Prática n o 23: Determinação de ácido ascórbico - Vitamina C Capítulo 5 - Exercícios complementares 5.1 Gravimetria 5.2 Volumetria ácido-base 5.3 Volumetria de precipitação 5.4 Volumetria de complexação 5.5 Volumetria de óxido-redução Capítulo 6 - Respostas dos Exercícios 6.1 Gravimetria 6.2 Volumetria ácido-base 6.3 Volumetria de precipitação 6.4 Volumetria de complexação 6.5 Volumetria de óxido-redução Capítulo 7 - Tabelas de Constantes e Tabela Periódica Referências Bibliográficas 3 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Apresentação Esta Apostila foi preparada com o intuito de fornecer aos alunos dos cursos de Química Industrial, Química Licenciatura e de Farmácia os principais fundamentos práticos envolvidos em diversos tipos de análises químicas por via úmida. As vinte e três práticas descrevem os vários aspectos das análises realizadas por métodos de titulações ácido-base, reações de precipitação, complexação e óxido-redução. Algumas práticas envolvendo o uso de potenciômetros foram também incluídas, fornecendo ao aluno os aspectos práticos das medidas potenciométricas de pH. Sugere-se que os alunos utilizem programas gráficos para construírem as curvas de titulação, extraindo as informações relevantes deste tipo de gráfico por métodos numéricos. Ao final de cada prática introduziram-se dois exercícios pertinentes à prática, e a resolução dos mesmos é fundamental para a conclusão do aprendizado. Cinco listas de exercícios complementares abordando os métodos gravimétricos, ácido-base, precipitação, complexação e óxido- redução estão inclusas ao final de Apostila. As respostas destes exercícios também estão incluídas, e espera- se que os alunos aprofundem seus conhecimentos na tentativa de resolvê-los. Um grande esforço foi feito para formatar esta Apostila e minimizar a existência de erros. Entretanto, é possível que ainda existam alguns erros tipográficos ou de resolução de exercícios. Seremos gratos àqueles alunos que identificarem estes erros e que nos ajudarem a repara-los, e pedimos desculpas antecipadamente caso estes erros de fato existam. 4 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Capítulo 1 – Normas de Segurança no Laboratório Não deixe objetos estranhos ao trabalho sobre a bancada (bolsas, cadernos, blusas). Guarde-os em local apropriado no laboratório. É obrigatório o uso de óculos de segurança, jaleco longo e de mangas longas. É proibido uso de saia, bermuda ou calçados abertos. Cabelos longos devem ser mantidos presos. Não fume, coma ou beba nos laboratórios. Lave bem as mãos ao deixar o recinto. É imprescindível o conhecimento da localização dos acessórios de segurança (extintores de incêndio, chuveiro, caixa de primeiros socorros, etc.). Em caso de contato físico com qualquer substância, lave abundantemente a área afetada com água. Se ocorrer derramamento de líquidos corrosivos na roupa, retire-a imediatamente. Não retorne reagentes aos frascos originais a fim de evitar contaminação. Evite circular com eles pelo laboratório. Nunca abra frascos reagentes antes de ler o rótulo e nunca teste substâncias químicas pelo odor ou sabor. Verifique a tensão da aparelhagem antes de conectá-la à rede elétrica. Nunca pipete líquidos com a boca. Para isso use uma pêra ou um pipetador. Ao utilizar material de vidro, verifique sua condição. Qualquer material de vidro trincado deve ser rejeitado. O descarte de vidros deve ser feito em recipiente apropriado. Antes de iniciar o experimento verifique se todas as conexões e ligações estão seguras. Nunca adicione água sobre ácidos e sim ácidos sobre água. Nunca abra frascos de reagentes com a abertura em sua direção ou de outras pessoas. A manipulação de ácidos e compostos tóxicos e as reações que exalem gases tóxicos são operações que devem ser realizadas em capelas, com boa exaustão. Os resíduos aquosos ácidos ou básicos devem ser neutralizados antes do descarte. Descarte os resíduos conforme as normas do laboratório. Avise o responsável sobre qualquer anormalidade que observar. Laboratório não é lugar para brincadeiras! Concentre-se no que estiver fazendo. Em caso de acidente, comunique imediatamente ao responsável pelo laboratório. Na dúvida não faça, pergunte. 5 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Capítulo 2 - Introdução à Química Analítica A química analítica é uma ciência que consiste em ideias e métodos úteis em vários campos da ciência, como no desenvolvimento de novos processos industriais. Esta ciência tem por objetivo a resolução de um composto químico, ou seja, a determinação da composição química dos materiais em estudo. Além disso, ela apresenta tanto aspectos qualitativos quantoquantitativos. A análise qualitativa identifica as espécies químicas presentes na amostra e a análise quantitativa, que é o foco desta apostila, quantifica essas espécies presentes em certa amostra. Para escolha do método adequado é necessário que a análise qualitativa preceda a quantitativa. Os métodos clássicos de análise, muitas vezes também denominados de via úmida, são o gravimétrico e o volumétrico. Entretanto, com os avanços tecnológicos dos últimos anos, especialmente nas áreas de eletrônica e de computação, estas análises vêm sendo substituídas por métodos instrumentais, com o objetivo de se alcançar resultados mais rápidos, precisos e confiáveis. Uma análise química quantitativa clássica envolve várias etapas como: a formulação da questão a ser respondida após a análise; seleção do procedimento analítico através de pesquisa na literatura; a amostragem, onde uma amostra representativa de um todo é selecionada; a preparação da amostra, processo onde a amostra é preparada para ser analisada; e finalmente a análise propriamente dita, em que a concentração do analito é medida preferencialmente em replicatas. Esse método em replicatas serve para minimizar os erros e garantir resultados mais próximos da realidade. 2.1 Algarismos Significativos Os algarismos significativos são importantes quando é necessário expressar o valor de uma grandeza determinada experimentalmente. Quando se fala em algarismos significativos refere-se aos dígitos que representam o resultado da forma que somente o último algarismo seja duvidoso. Assim, o número de algarismos significativos expressa a precisão de uma medida. Por exemplo, uma amostra de 2,3976 g é pesada em duas balanças diferentes, sendo uma mais precisa que a outra. A balança mais imprecisa (± 0,01) expressará o resultado dessa forma: 2,39g. Já a balança mais precisa (± 0,0001) apresenta o resultado como: 2,3976g. Outra questão importante é o zero. Ele é significativo quando faz realmente parte do número e não significativo quando utilizado para indicar ordem de grandeza, como indicar o lugar da vírgula decimal. As operações levando em conta os algarismos significativos diferem, caso seja feita uma soma / subtração, de quando se fizer uma multiplicação / divisão. Para somas e subtrações, o resultado deverá conter tantas casas decimais quantas existirem no componente com o menor número delas. Ex: 34,5678 + 78,223 = 112,7908 o resultado seria 112,791 usando também uma regra sobre arredondamentos. Em multiplicações e divisões a regra é manter o número de algarismos significativos do fator com o menor número deles. Ex: 2,367 x 34,769 = 82,298223 seria 82,30 usando também uma regra sobre arredondamentos. As considerações acima são puramente teóricas. A realização de qualquer análise química é afetada por inúmeros erros experimentais, os quais são na maioria das vezes impossíveis de serem computados individualmente. Desta forma, a melhor maneira de se expressar um resultado de uma análise química é através de uma análise estatística dos dados obtidos. Neste sentido, os cálculos da média, do desvio padrão e do intervalo de confiança são imprescindíveis para a correta expressão dos resultados. Suponha que uma análise de NaCl (MM = 58,443 g/mol) tenha sido realizada da seguinte forma: pesar 2,0000 g da amostra, diluir para 500,0 mL, pipetar uma alíquota de 25,00 mL, diluir e titular com solução de AgNO3 0,1000 mol/L. Os teores encontrados nas várias replicatas foram: 90,5%, 90,9%, 91,0%, 90,8%, 90,1%. O valor médio destes resultados é 90,66%, com um desvio padrão de 0,36%. Portanto, a maneira mais apropriada para se expressar este resultado é se escrevendo (90,7 0,4)%, ou 90,7(4)%. Nesta segunda notação, o número entre parêntesis indica a incerteza do último algarismo da média. Portanto, embora os dados experimentais tenham sido dados com quatro ou cinco algarismos significativos, o resultado final deve conter apenas três algarismos significativos. 2.2 Materiais de Laboratório Para melhor compreensão do universo do laboratório, serão apresentados os equipamentos mais comuns que serão utilizados em nossas práticas e o uso de cada um deles. 6 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Pipeta volumétrica: Usada para medir e transferir volume de líquidos. Possui grande precisão de medida e não deve ser aquecida. Béquer: Uso geral em laboratório. Utilizado para fazer reações entre soluções, dissolver substâncias sólidas, efetuar reações de precipitação e aquecer líquidos. Bureta: Utilizada em análises volumétricas para escoar volumes variáveis de líquidos em seu interior. É importante observar a posição do menisco na hora de aferir. Soluções transparentes são aferidas pelo menisco inferior e soluções coloridas pelo menisco superior, atentando-se a observar o nível do menisco ao nível do olho para se evitar erros de paralaxe. Erlenmeyer: Utilizado em titulações, aquecimento de líquidos, para dissolver substâncias e proceder a reações entre soluções. Balão volumétrico: Possui volume definido e é utilizado para o preparo de soluções em laboratório. Não deve ser aquecido. Pisseta: Usada para lavagens de materiais ou recipientes através de jatos de água, álcool ou outros solventes. Funil: Usado na filtração e para transferir líquidos. Não deve ser aquecido. Espátula: Usada para retirada de substâncias sólidas dos recipientes. Pode ser de aço, porcelana ou de plástico. Bastão de vidro: Utilizado no auxílio da dissolução de substâncias e na transferência de líquidos e de precipitados. Haste universal: Um tipo de suporte que sustenta todos os tipos de materiais de laboratório, composto por uma placa e uma barra metálicas onde se colocam garras, prendedores e argolas para segurar os equipamentos. Dessecador: É usado para guardar substâncias em ambiente com pouco teor de umidade. Balança analítica: Para a medida de massa de sólidos e líquidos não voláteis com grande precisão. A realização de uma operação denominada “fazer ambiente” é fundamental para o correto desenvolvimento de uma análise química. Esta operação visa garantir que a solução que está sendo manipulada irá manter sua concentração inicial após a transferência de um recipiente para outro. É realizada lavando-se o recipiente a ser utilizado com duas ou três porções da solução. Portanto, é imprescindível se fazer ambiente em pipetas, béqueres e buretas, mas não se deve nunca realizar esta operação em erlenmeyers ou balões volumétricos. 2.3 Exercícios de Revisão O bom desempenho nos cursos de Química Analítica irá depender fundamentalmente dos conhecimentos prévios em estequiometria, cálculos estequiométricos, concentração de soluções e noções elementares de estatística. Desta forma, recomenda-se a resolução dos exercícios a seguir que irão proporcionar uma revisão dos tópicos acima mencionados. 2.3.1 Estequiometria 1) Balanceie as equações abaixo: a) Cu + HNO3 Cu (NO3)2 + NO + H2O b) CrO3 + SnCl2 + HCl CrCl3 + SnCl4 + H2O c) PbO2 + HCl PbCl2 + Cl2 + H2O d) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O e) FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O f) Cl2 + NaOH NaClO + NaCl + H2O g) Au + HNO3 + HCl AuCl3 + NO + H2O h) HNO3 + HCl Cl2 + NO + H2O i) Fe 2+ + MnO4 - + H + Fe3+ + Mn2+ + H2O j) I - + Cr2O7 2- + H + Cr3+ + I2 + H2O k) H2C2O4 + H + + MnO4 - Mn2+ + H2O + CO2 l) Al + NaOH + H2O Al(OH)4 - + Na + + H2 m) Fe 2++ NO3 - + H + Fe3+ + NO + H2O n) I - + MnO4 - + H2O MnO2 + OH - + IO3 - 2) Calcule a concentração em mg/L de: a) HF 0,0457 mol/L b) CaCl2 0,0374 mol/L c) FeSO4 0,103 mol/L 7 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 3) Dê a concentração do cátion e do ânion em g/mL: a) Na2SO4 0,00987 mol/L b) Li3PO4 0,01048 mol/L c) MnSO4 0,00417 mol/L 4) Dê a concentração das soluções preparadas diluindo-se: a) 10,0 mL de NaCl 0,0323 mol/L para 50,0 mL b) 20,0 mL de HCl 0,104 mol/L para 50,0 mL c) 25,0 mL de NaOH 40 mg/mL para 500,0 m d) 10,0 mL de KH2PO4 0,10 mol/L para 250,0 mL e) 25,0 mL de FeSO4 500 mg/mL para 200,0 mL 5) Qual a concentração das substâncias após se misturar: a) 10 mL de HOAc 0,25 mol/L a 10 mL de NaOH 0,10 mol/L, completando-se o volume para 100 mL b) 25 mL de NH3 0,100 mol/L a 20 mL de HCl 0,250 mol/L, completando-se o volume para 200 mL c) 10 mL de NaH2PO4 0,25 mol/L a 20 mL de NaOH 0,05 mol/L, completando-se o volume para 100 mL d) 20 mL de NaHCO3 0,15 mol/L a 20 mL de NaOH 0,10 mol/L completando-se o volume para 250 mL 6) Que massa de acetato de chumbo deve ser pesada para se preparar 200 mL de uma solução 50,00 mg/mL? 7) Em que volume deve-se dissolver 30,80 g de MgSO4.7H2O para se preparar uma solução 0,250 mol/L? 8) Quantos gramas de alúmen de potássio (K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O) se deve tomar para preparar 50,00 mL de uma solução 0,100 mol/L: a) Quando esta for usada pelo seu conteúdo em potássio? b) Quando for usada pelo seu conteúdo em alumínio? c) Quando esta for usada pelo seu conteúdo em sulfato? 9) Que massa de Fe2(SO4)3 deve ser pesada para se preparar 200,0 mL de uma solução 0,0100 mol/L? Qual concentração molar do íon Fe 3+ nesta solução? 10) Na solução do problema anterior, qual a concentração do íon Fe3+ em mg/mL? 11) Prepara-se uma solução de nitrato de cobre (II) dissolvendo-se 754 mg deste sal em 200,0 mL de solução. Qual a sua concentração molar? Qual a concentração molar do íon Cu 2+ ? 12) Na solução do problema anterior, qual a concentração do íon Cu2+ em mg/mL? 13) Considere uma solução de Ni2+ cuja concentração é de 50,00 mg/mL. Para se preparar uma solução de Ni 2+ 5 mg/mL, quantas vezes deve-se diluir a primeira solução. Que volume da primeira solução deve ser pipetado para se preparar 100,0 mL da segunda? 14) Considere uma solução de Ca2+ 1000 mg/mL. Que volume desta solução deve ser tomado para se preparar 250,0 mL de outra solução cuja concentração é 100 mg/mL? 15) A solução do problema anterior (100 mg/mL) é utilizada para preparar outras quatro soluções com as seguintes concentrações: 5,00; 10,00; 20,00 e 50,00 mg/mL. Que volumes devem ser tomados se se deseja preparar 50,00 mL de cada uma? 16) Que volume de solução de ácido clorídrico concentrado (36% p/p; = 1,15 g/cm3) deve ser tomado para se preparar 500,0 mL de solução 0,200 mol/L? 17) Qual a concentração (em mol/L) da solução concentrada do ácido do problema anterior? 18) Ácido sulfúrico concentrado é vendido comercialmente com a concentração de 98% p/p e densidade de 1,838 g/cm 3 . Calcule a sua concentração (em mol/L). Quantas vezes deve-se diluir esta solução para preparar outra de concentração 0,50 mol/L? 19) Qual a concentração (em mol/L) de uma solução de cloreto de sódio 5% p/v? 20) Prepara-se uma solução de brometo de potássio dissolvendo 9,79 g e completando o volume para 500,0 mL. Calcule a concentração em % p/v e a concentração em mol/L da solução. 21) Aquecendo-se prolongadamente 6,44 g de sulfato de sódio hidratado consegue-se eliminar toda a água de cristalização de acordo com a reação: Na2SO4.xH2O Na2SO4 + xH2O Obteve-se 2,84 g do sulfato de sódio anidro. Calcule a porcentagem de água no composto inicial e a fórmula do composto. 22) Calcule o volume de CO2 que pode ser produzido nas CNTP a partir de 150 g de CaCO3. 23) Na reação de 15,7 L (CNTP) de dióxido de carbono com hidróxido de sódio, bicarbonato de sódio é produzido. Calcule a massa de hidróxido de sódio necessária à reação e a massa de bicarbonato de sódio formada. 24) Sabendo que a porcentagem de O2 no ar é 20% v/v, calcule o volume de ar (CNTP) necessário para transformar 80 g de SO2 em SO3. 8 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 25) Quantos gramas de sulfato de alumínio pode-se obter fazendo reagir 0,05 mol de hidróxido de alumínio com ácido sulfúrico? 26) Com quantas moléculas de água se cristaliza o sulfato ferroso se este perde 45,3% de água de cristalização? 27) Qual a massa máxima que se pode obter de gás clorídrico a partir de uma mistura de 3,00 g de H2 e 53,3 g de Cl2? 28) Certa massa de alumínio é oxidada a óxido de alumínio. Este último, por tratamento com ácido sulfúrico, produz 80,0 g de sulfato de alumínio. Qual a massa inicial de alumínio? 29) Quantos gramas de sulfato de alumínio são necessários para, em uma reação com excesso de Ca(OH)2, produzir uma quantidade de óxido de alumínio suficiente para reagir com 10 litros de ácido clorídrico nas CNTP, produzindo cloreto de alumínio? 30) O hidrogênio obtido pela reação do ácido sulfúrico sobre 10,00 g de zinco metálico passa através de um tubo contendo 50,00 g de óxido cúprico aquecido ao rubro, formando água que se evapora. Calcule o peso do resíduo obtido. 31) Quantos litros (CNTP) de amônia são obtidos com o tratamento de 8,73 g de sulfato de amônio, cujo grau de pureza é 90%, com excesso de hidróxido de sódio? 32) Deseja-se obter 180 litros de dióxido de carbono medidos nas CNTP pela calcinação de carbonato de cálcio com 85% de pureza. Qual a massa necessária do sal? 33) No processo de purificação do níquel, o metal impuro é tratado com CO e o produto formado é decomposto segundo a equação abaixo. Calcule o volume de CO (CNTP) necessário para purificar 0,500 g de níquel contendo 25% de impurezas inertes (rendimento da reação de 100%). Ni + 4CO [Ni(CO)4] 34) Calcule a porcentagem de cloro (Cl) existente no agente clorante para água de piscina tricloro-s- triazina (C3Cl3N3) cujo grau de pureza é 99,4%. 35) Um fertilizante vendido com 8-8-8 significa que ele contém 8% de nitrogênio, 8% de pentóxido de fósforo e 8% de óxido de potássio. Calcule a porcentagem de fósforo (P) e potássio (K) neste fertilizante. 2.3.2 Estatística 1) Quantos algarismos significativos possuem cada um dos seguintes números: a) 200,06 b) 6,03 x 10 -4 c) 0,035 d) 0,2100 e) 1,9340 f) 0,6587 2) Calcule a massa molar do nitrato de lítio, considerando o número apropriado de algarismos significativos. 3) Calcule, com o número apropriado de algarismos significativos, a concentração em mol/L de uma solução padrão de iodato de potássio, preparada dissolvendo-se 0,2222 g de KIO3 em água, transferindo a solução para um balão volumétrico de 50,0 mL e completando o volume. 4) Calcule a média e o desvio padrão dos seguintes resultados de teor de cromo em uma amostra de itabirito: 823; 783, 834 e 855 mg/kg. 5) Considere os seguintes resultados de análise: 116; 98; 114; 107; 108 g/L. Calcule a média, o desvio padrão e o intervalo de confiança com 95% de probabilidade. 6) Qual é o significado do intervalo de confiança? 7) O teor de Ca de uma amostra foi determinado cinco vezes por dois métodos diferentes. Diga se os resultados produzidos são diferentes com 5% de significância. Método A: 0,0271; 0,0282; 0,0279; 0,0271 e 0,0275 % Método B: 0,0271; 0,0268; 0,0263; 0,0274 e 0,0229 % 8) O teor de urina de um indivíduo foi determinado em dois dias diferentes, tendo sido obtidos os resultados abaixo. Digase os resultados diferem entre si com 95% de probabilidade. Dia 1: X1 = 238 mg/L; s = 8 mg/L; n = 4 Dia 2: X2 = 255 mg/L; s = 10 mg/L; n = 5 9) As concentrações abaixo foram obtidas ao se padronizar uma solução. Diga se algum dos valores pode ser desprezado devido a erros acidentais. 0,1067; 0,1071; 0,1066 e 0,1050 mol/L. Considerar 90% de confiança. 10) Na tentativa de decidir se um instrumento já bastante usado deveria ser retirado de operação, o diretor de um laboratório pediu a um dos técnicos que determinasse o teor de cortisona de uma amostra usando o mesmo procedimento, mas fazendo a medida final nos dois instrumentos. Obtiveram-se, então, os dados abaixo. Diga se há diferença significativa (com 95% de probabilidade) entre as precisões dos dois equipamentos. Equipamento Antigo: 12,7; 12,3; 12,4; 12,0; 11,9% Equipamento Novo: 12,3; 12,3; 12,5; 12,0; 12,6% 9 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 11) Um grupo de sete estudantes analisou uma mesma solução de HCl utilizando indicadores diferentes para sinalizar o ponto final da titulação. Foram obtidos os seguintes resultados: Azul de bromotimol: CHCl = 0,0961 mol/L; s = 0,002 mol/L Vermelho de metila: CHCl = 0,0872 mol/L; s = 0,001 mol/L Verde de bromocresol: CHCl = 0,0861 mol/L; s = 0,001 mol/L Diga se há diferença (com 5% de significância) entre os resultados obtidos com os diversos indicadores. Sugestão: compare os resultados dois a dois. 12) Um navio contendo um carregamento de cobre de uma mina no Chile foi negociado por um beneficiador. O certificado de análise obtido no momento em que o navio era carregado mostrou que o teor de cobre era de 14,66% com um desvio padrão de 0,07% para cinco medições. Quando o navio chegou à refinaria da empresa beneficiadora, o material foi analisado obtendo-se os resultados a seguir. O carregamento deve ser aceito considerando 95% de confiança? Resultados: 14,58; 14,61; 14,69 e 14,64. 13) Uma análise de latão, envolvendo dez determinações, resultou nos seguintes valores porcentuais de cobre: 15,42; 15,51; 15,52; 15,53; 15,68; 15,52; 15,56; 15,53; 15,54; 15,56. Determinar quais resultados requerem rejeição, com 90% de probabilidade. 14) Utilizando o teste Q, decida se o menor número da série: 116,0; 97,9; 114,2; 106,8 e 108,3, deve ser descartado. Depois, calcule a média aritmética, o desvio padrão e o intervalo de 90% de confiança para a média aritmética. 15) Um analista trabalhando em um laboratório hospitalar obteve os seguintes dados para o teor de ácido úrico em soro sanguíneo: 4,63; 4,58; 4,82; 4,31; 4,67 e 4,60 mg/100 mL. Qual o valor da média. Use o teste de confiança com 95% para testar qualquer valor duvidoso. 16) A dureza da água foi determinada em várias alíquotas da mesma amostra obtendo-se os seguintes resultados: 102,2; 102,8; 103,1 e 102,3 ppm de CaCO3. Calcule a média e o desvio padrão. 10 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Capítulo 3 - Análise Gravimétrica A gravimetria é um método analítico que tem como objetivo a determinação da quantidade de uma substância em uma amostra. A análise gravimétrica consiste em uma sequência de procedimentos que permitem isolar a substância em questão em seu estado puro ou como um derivado que pode ser pesado. Grande parte das determinações refere-se à transformação do elemento a ser determinado em um composto que possa ser facilmente convertido em uma forma adequada de pesagem. Essa técnica apresenta vantagens como facilidade da execução dos procedimentos laboratoriais, simplicidade e baixo custo dos materiais utilizados. A maior desvantagem é o longo tempo de execução. Além disso, o grande número de operações realizadas pode levar a uma série de erros cumulativos, devido a falhas na execução ou a elementos interferentes presentes na amostra original. Outra desvantagem é o fato do método não ter sensibilidade para microconstituintes na amostra (na ordem de ppm ou ppb). Através da gravimetria é possível, por exemplo, determinar a quantidade de cloreto em uma solução aquosa de NaCl. Ao adicionar a essa solução uma quantidade apropriada de nitrato de prata, ocorre a precipitação do cloreto na forma de cloreto de prata (AgCl). Através da massa desse precipitado, puro e seco, pode-se calcular a quantidade de NaCl na solução inicial. Outras situações em que a gravimetria é utilizada são na determinação de metais em amostras de solo, minérios, resíduos industriais e em alimentos; determinação de cálcio em águas naturais; análise de cinzas de vegetais; pureza do calcário e na determinação de umidade em alimentos. 3.1 Práticas Prática n o 1: Determinação de níquel com dimetilglioxima Introdução A dimetilglioxima [(CH3-CNOH-OHNC-CH3)] é utilizada em solução alcoólica (etanol) a 1%. Ela forma com o cátion Ni 2+ um complexo insolúvel em água, de cor vermelho-rosada, cuja fórmula é Ni(C4H7O2N2)2, em um intervalo de pH entre 5 e 9. Ajusta-se o pH entre 2 e 3, onde nenhuma precipitação ocorre e a seguir aumenta-se gradualmente o pH para se obter uma precipitação lenta e homogênea. O precipitado, após ser filtrado e lavado, é seco entre 110 a 120 0 C e posteriormente pesado. Usa-se, na precipitação, ligeiro excesso do reagente. Um grande excesso poderia precipitar a própria dimetilglioxima, que é pouco solúvel em água. Poderia até mesmo, pelo aumento da quantidade de álcool na mistura álcool- água, solubilizar o precipitado, que é solúvel em álcool. As interferências de Fe 3+ , Al 3+ e Bi 3+ são evitadas por adição de ácido tartárico ou ácido cítrico. A interferência de Fe 2+ é bloqueada oxidando-o a Fe 3+ e adicionando um dos ácidos citados. Os sais de Co 2+ , Zn 2+ e Cu 2+ , quando presentes em concentrações elevadas, retardam a precipitação do cátion níquel. Evita-se essa interferência com adição de cloreto de amônio. Os sais de paládio, Pd 2+ , com a dimetilglioxima em solução ácida diluída, clorídrica ou sulfúrica, resultam em um precipitado amarelo de Pd(C4H7O2N2)2. Procedimentos Pesar aproximadamente (mas exatamente!) 0,5 g da amostra. Transferir para um béquer de 400 mL, adicionar 50 mL de HCl 1:1 e aquecer até completa dissolução da amostra. Caso a amostra se encontre na forma de limalha muito grossa, usar 25 mL de HCl concentrado. Adicione, com cuidado, 10 mL de ácido nítrico 1:1. Ferva durante alguns minutos para expelir os vapores nitrosos. Dilua até cerca de 200 mL, adicione cerca de 7 g de ácido tartárico e agite até dissolvê-lo completamente. Neutralize com amônia concentrada e acrescente mais 1 mL em excesso. Havendo resíduo, filtre usando papel de filtro e lave o mesmo com água quente por três vezes, no mínimo. Adicione HCl 6 mol/L até tornar a solução ligeiramente ácida. Aqueça-a até 80 0 C e, então, adicione 20 mL da solução alcoólica de dimetilglioxima 1%. Acrescente amônia 6 mol/L até a solução tornar-se amoniacal (cheiro de amônia) e deixe o precipitado formado decantar por cerca de 15 minutos. Filtre, utilizando um filtro de vidro, previamente seco e pesado até peso constante. Verifique no filtrado se a filtração foi completa, adicionando a ele gotas da solução de dimetilglioxima. Lave o precipitado com água quente, até as águas de lavagem não darem mais reação de cloreto (reação com nitrato de prata, após acidular com ácido nítrico). Seque durante 30 minutos, entre 110 e 120 0 C. Deixe esfriar (15 minutos) no dessecador e pese o precipitado de Ni(C4H7O2N2)2 obtido. Calcule a percentagem de Ni na amostra. Questões 1) Uma amostra de alúmen de potássio [K2Al2(SO4)4.24H2O] foidissolvida em água e o alumínio precipitado com NH3. Este precipitado foi calcinado formando o Al2O3. Se uma amostra de alúmem, pesando 2,145 g, dá origem a 0,2280 g do Al2O3, qual a porcentagem de Al na amostra original? 11 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 2) O conteúdo de ferro de um minério deverá ser determinado por gravimetria pesando-o como óxido de ferro (III). Os resultados devem ser obtidos com quatro algarismos significativos. Se a proporção de ferro no minério varia entre 11 e 15%, qual deve ser o mínimo de amostra que deve ser tomada para que sejam obtidos 100,0 mg de precipitado? 12 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Capítulo 4 - Análise Titulométrica A análise titulométrica consiste na determinação da concentração de um analito em uma solução (titulado), utilizando uma solução de concentração conhecida (titulante). Essa solução é denominada solução-padrão. A partir da quantidade de titulante utilizada, das massas moleculares dos compostos que reagem e da estequiometria da reação, a concentração do analito é calculada. O ponto de equivalência (PE) de uma titulação é o momento em que a reação alcança o equilíbrio químico. Para a determinação do PE, pode ser utilizado um composto auxiliar que apresente uma variação visível em torno desse ponto. Em procedimentos titulométricos, alguns parâmetros devem ser seguidos. A reação entre o analito e o reagente titulante deve ser descrita por uma única equação bem definida, ocorrer de forma rápida e processar-se de forma completa. Além disso, o sistema deve oferecer um meio satisfatório para a sinalização do PE. As concentrações das soluções padrões devem ser dadas com alto grau de exatidão. A preparação de uma solução padrão requer, direta ou indiretamente, o uso de um reagente quimicamente puro e com concentração conhecida – padrão primário. A solução de um reagente padrão primário é preparada através de uma massa definida do padrão dissolvida em um volume conhecido de um solvente adequado. Essas soluções devem ser convenientemente conservadas, de maneira a manterem suas concentrações inalteradas tanto tempo quanto possível. Quando o reagente não é um padrão primário, prepara-se uma solução de concentração aproximada, que é padronizada posteriormente através de uma titulação, utilizando-se um reagente padrão primário ou uma solução já padronizada. Os métodos titulométricos podem ser classificados de acordo com a natureza das reações: titulometria de neutralização; titulometria de precipitação; titulometria de complexação e titulometria de redox. 4.1 Titulometria de neutralização A titulação de neutralização envolve a determinação da concentração de um analito ácido ou básico em uma solução. Para tanto, utilizam-se soluções-padrão de bases ou ácidos, de acordo com a característica da substância analisada. À medida que o titulante é adicionado, os íons H3O + ou OH - da solução são consumidos, segundo a reação: H3O + + OH - H2O A representação gráfica que exprime os valores de pH da solução em função do volume do titulante adicionado é chamada de curva de titulação. A obtenção dos dados para a construção de tais curvas pode ser feita calculando-se teoricamente o pH da solução após cada adição do titulante. O pH sofre uma variação brusca nas imediações do PE, o que é de grande importância na localização do ponto final (PF) da titulação. O PE de uma titulação é calculado de acordo com a estequiometria da solução e o PF é determinado experimentalmente, por exemplo, com a mudança de coloração do indicador. Nesse caso, usam-se indicadores ácido-base que sofrem mudanças de cor visíveis no intervalo de variação brusca do pH da solução A maior ou menor intensidade de variação de pH próximo a esse ponto depende da concentração das espécies titulante e titulada e das constantes de ionização, no caso de analitos que são ácidos ou bases fracos. Na maioria dos casos, na titulação de neutralização utilizam- se macro quantidades, mas, em alguns casos pode ser aplicada como técnica microanalítica. A exatidão das análises titulométricas, quando utilizadas em macro quantidades, chega a 0,1%, o que é quimicamente um bom resultado. 13 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 4.1.1 Práticas Prática n o 2: Preparação de soluções tampão, calibração de eletrodos e medições de pH Introdução A medição de pH utilizando eletrodos indicadores de pH envolve, inicialmente, a sua calibração. Para isso são necessárias soluções tampão com pH conhecido. Esses podem ser adquiridos no comércio ou então preparados no próprio laboratório, conforme procedimentos bem conhecidos. Nesse caso devem-se utilizar reagentes de alta pureza (PA) e água bidestilada. Além de todos esses cuidados, convém atentar para aqueles que são requeridos na conservação e manuseio de cada uma dessas soluções. Procedimentos Preparação de tampões Tampão pH 4,01: Pesar 0,5060 g de biftalato de potássio, previamente seco a 110 0 C durante 1 hora, dissolver em cerca de 10 mL de água e diluir para 50,00 mL de solução. Colocar em frasco de vidro (este tampão precisa ser conservado na geladeira e deve ser desprezado quando aparecer evidência de crescimento de fungos no seu interior). Tampão pH 6,87: Pesar 0,3530 g de Na2HPO4, e 0,3390 g de KH2PO4, previamente secos a 120 0 C durante 2 horas, dissolvê-los em cerca de 10 mL de água e diluir para 100,00 mL de solução. Conservar em geladeira. Tampão pH 9,18: Pesar 0,3800 g de bórax (Na2B4O7.10H2O), dissolver em cerca de 10 mL de água e diluir para 100,00 mL de solução (este tampão absorve gás carbônico da atmosfera, por isso sua conservação é difícil. É melhor prepará-lo no momento do uso). Calibração de Eletrodos Proceda conforme indicado no manual do equipamento que estiver sendo utilizado. Medições de pH Uma vez calibrados os eletrodos, leia o pH das seguintes soluções: NaCl, NaOAc, NH4Cl, HCl, HOAc, NH3, NaOH todas na concentração de 0,10 mol/L. A partir destas soluções, prepare 50,00 mL de soluções na concentração de 0,002 mol/L. Meça o seu pH. Questões 1) Calcule teoricamente os valores de pH de todas estas soluções e compare com os valores experimentais. Explique as eventuais diferenças. 2) O pH de uma solução de ácido acético é 3,29. Calcule a concentração desta solução e o percentual de dissociação do ácido. 14 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 3: Indicadores ácido/base Introdução Eletrólitos fracos dissociam-se parcialmente quando puros ou dissolvidos em líquidos de elevada constante dielétrica, como a água (D = 80). A água pura é um bom exemplo de eletrólito fraco e a equação química que representa a sua dissociação iônica: 2 H2O H3O + (aq) + OH - (aq) (equação 1a) cuja forma simplificada pode ser indicada: H2O H + (aq) + OH - (aq) (equação 1b) Na água pura e neutra, a 25 ºC tem-se que: [H + ]eq = [OH - ]eq = 1,0 x 10 -7 mol.L -1 ou Sabendo-se que -log [H + ] = pH e – log [OH-] = pOH, tem-se: pH = pOH = 7 Muitos ácidos e bases, além de outros compostos, classificam-se como eletrólitos fracos porque se dissociam parcialmente em íons quando dissolvidos emágua. Constitui exemplo o ácido acético: CH3COOH + H2O H3O + + CH3COO - (aq) (equação 2a) cuja equação simplificada de dissociação é: CH3COOH(aq) H + + CH3COO - (aq) (equação 2b) A 25 ºC e para uma solução 1,0 mol.L -1 de ácido acético tem-se: [H + ] = [CH3COO - ] = 4,18 × 10 -5 mol.L -1 Dois aspectos devem ser ressaltados no que diz respeito às concentrações dos íons na solução aquosa do exemplo considerado: a) A concentração total do íon hidrônio, [H3O + ], soma das contribuições desse íon proveniente das duas reações de dissociação (água e ácido acético), é na prática determinada pelo equilíbrio (equações 2) que apresenta um valor maior de constante de equilíbrio. b) O aumento da concentração do íon hidrônio, [H3O + ], provocado pela dissociação do ácido acético, CH3COOH, produz um deslocamento no equilíbrio da água (equações 1); em consequência, a concentração no equilíbrio do íon hidroxila, [OH - ] é menor que 1,0 × 10 -7 mol.L -1 e o pH da solução é menor que 7,0. O deslocamento de equilíbrio e a consequente redução da concentração do íon acima mencionado constituem o chamado efeito do íon comum. O equilíbrio do ácido acético: CH3COOH(aq) H + + CH3COO - (aq) (equação 2b) pode ser afetado: Pelo acréscimo de um ácido mais forte. Se à solução 1,0 mol.L-1 de ácido acético for acrescentada uma concentração equivalente de ácido clorídrico, o equilíbrio (eq. 2) é afetado de maneira importante e a concentração do equilíbrio do íon H + é na pratica determinada pelo eletrólito forte, HCl, e se verifica uma diminuição sensível do pH do meio. Pelo aumento da concentração de íon acetato, CH3COO - , pelo acréscimo de acetato de sódio à solução de ácido acético. Como a acetato de sódio é um eletrólito forte, sua dissociação em água é total, e, portanto, teremos uma elevada concentração de íons acetato na solução. O equilíbrio (equação 2) é afetado de modo a ter um deslocamento no sentido da formação de CH3COOH, e essa dissociação torna-se desprezível. Soluções deste tipo, onde dois eletrólitos (e.g. acetato de sódio e ácido acético) têm concentrações elevadas e de mesma grandeza, apresentam um determinado pH e são denominadas soluções tampão. As soluções tampão apresentam uma propriedade notável, elas são capazes de neutralizar soluções alcalinas ou ácidas com bastante eficiência de tal modo que o seu pH praticamente não se altera. Por exemplo, se numa solução tampão (ácido acético – acetato de sódio) adicionarmos: íons H+, teremos a seguinte reação: CH3COO - + H + CH3COOH Os íons H + reagem com o íon acetato formando a molécula de ácido acético, anulando o possível efeito do íon H + . íons OH-, teremos a seguinte reação: CH3COOH + OH - CH3COO - + H2O Os íons OH - reagem com ácido acético formando a molécula de água e íon acetato, anulando o possível efeito do íon OH - . Esta dupla ação caracteriza o efeito tampão da solução. Na Tabela 3.1 encontram-se descritos os indicadores ácido–base que serão utilizados no experimento, os intervalos de pH onde ocorrem as mudanças da cor do indicador e as cores características em cada pH. Observa-se que com apenas quatro indicadores é possível avaliar o pH de uma extensa faixa de concentração hidrogeniônica (1,0 × 10 -2 a 1,0 × 10 -10 mol.L -1 ). 15 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Tabela 3.1. Intervalos de pH onde ocorrem as mudanças de cor e coloração das soluções com alguns indicadores ácido-base Indicador Valores de pH Alaranjado de metila 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3,1 4,4 Vermelho ::::::::::: amarelo Vermelho de metila 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4,2 6,3 Vermelho ::::::::::::::::::::: amarelo Azul de bromo- timol 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6,0 7,6 amarelo ::::::::::::: azul Fenolfta- leína 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8,3 10,0 incolor :::::::::::::::::: róseo Objetivos 1. Estimar o pH de água destilada e de soluções aquosas usando indicadores ácido-base. 2. Diferenciar o comportamento de uma solução tampão. Procedimentos Avaliação do pH da água destilada 1. Em um erlenmeyer de 125 mL coloque 50 mL de água destilada e adicione 2 a 3 gotas do indicador AZUL DE BROMOTIMOL. Agite e anote a cor da solução na Tabela 3.2. 2. Em seguida adicione gota a gota uma solução 0,1 mol.L -1 de hidróxido de sódio, NaOH, até ocorrer mudança de cor. Agite e anote a cor da solução na Tabela 3.2. 3. Coloque a ponta de uma pipeta no interior da solução e assopre (borbulhando dióxido de carbono) até mudar de cor. Agite e anote a cor da solução na Tabela 3.2. Tabela 3.2. Cor do indicador azul de bromotimol e pH estimado da água destilada Condição Cor pH estimado 1 2 3 Escreva as equações químicas das reações químicas que ocorreram em 2 e 3. Avaliação de pH de soluções aquosas No suporte para tubos de ensaio contém 9 tubos numerados. Coloque os volumes indicados das soluções e 4 gotas de indicador, como descrito na Tabela 3.3. Anote a cor de cada solução. Tabela 3.3. Cores das soluções em diferentes indicadores e avaliação do pH da solução Tubo Volume / mL Indicador (4 gotas) Cor da solução pH Faixa mais provável de pH Ácido acético Acetato de sódio Água 1 2 ------ 2 Alaranjado de metila 2 2 ------ 2 Azul de bromotimol 3 2 ------ 2 Fenolftaleína 4 ------ 2 2 Vermelho de metila 5 ------ 2 2 Azul de bromotimol 6 ------ 2 2 Fenolftaleína 7 2 2 ---- Alaranjado de metila 8 2 2 ---- Azul de bromotimol 9 2 2 ---- Fenolftaleína Avaliação do efeito tamponante das soluções aquosas O suporte para tubos de ensaio contém tubos de ensaio numerados de 10 a 13. 16 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Coloque os volumes indicados das soluções e 4 gotas de indicador como descrito na Tabela 3.4 (condição inicial) e anote a cor de cada solução. Nos tubos 10 e 11 adicione 10 gotas da solução 0,1 mol.L -1 de HCl (condição final) e anote a cor. Nos tubos 12 e 13 adicione 10 gotas da solução 0,1 mol.L -1 de NaOH (condição final) e anote a cor. Tabela 3.4. Efeito da adição de ácido ou base em solução tampão e em água pura Tubo Volume / mL Indicador (4 gotas) Condição Cor da solução pH mais provável da solução Acido acético Acetato de sódio Água 10 2 2 ---- Alaranjado de metila Inicial Adicione 0,5 mL de HCl Final 11 ------ ------ 4 Alaranjado de metila Inicial Adicione 0,5 mL de HCl Final 12 2 2 ---- Fenolftaleína Inicial Adicione 0,5 mL de NaOH Final 13 ---- ---- 4 Fenolftaleína Inicial Adicione 0,5 mL de NaOH Final 17 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 4: Titulação potenciométrica de ácido forte Introdução As titulações de ácidos e/ou bases fortes são realizadas com soluções padronizadas de bases ou ácidos fortes, respectivamente, e constituem os casos mais simples das titulações de neutralização.Nessa aula, vamos inspecionar as curvas de titulação de um ácido forte com uma base forte. Procedimentos Titulação de HCl ~ 0,10 mol/L - Titulação com indicador: Pipete uma alíquota de 15,00 mL do HCl, transfira para erlenmeyer de 250 mL e titule com uma solução padrão de NaOH 0,1 mol/L usando fenolftaleína (faixa de viragem 8,3-10) como indicador. Calcule a concentração molar do ácido clorídrico. Calcule também o volume de equivalência do NaOH para neutralização de 40,00 mL do HCl. Repita o experimento usando alaranjado de metila (faixa de viragem 3,1-4,4) e azul de bromotimol (faixa de viragem 6,2-7,6). Compare as concentrações molares do HCl obtidas com os três indicadores. Utilizando uma bureta transfira 40,00 mL da solução de HCl ~0,1 mol/L para um béquer de 150 cm 3 . Introduza o eletrodo medidor de pH nessa solução de modo que o bulbo fique completamente imerso na solução sem encostar no fundo para evitar que seja tocado pela barra do agitador magnético. Utilizando uma bureta introduza volumes da solução de NaOH padrão que correspondam aos percentuais do volume de equivalência listados na Tabela 4.1, e anote os valores de pH resultantes. Lance os valores em um gráfico e determine o valor do volume de equivalência. Compare este valor com o obtido na titulação com indicador. Tabela 4.1. Titulação de ácido clorídrico ~0,1 mol/L com NaOH ~0,1 mol/L V (%) V (mL) pH V (%) V (mL) pH 0 98 10 99 30 100 50 101 70 103 90 105 95 110 96 120 Cálculos: - calcular o pH teórico no ponto de equivalencia; - determinar graficamente o pH do ponto de equivalência; - explicar porque os 3 indicadores fornecem resultados similares, apesar de as regiões de viragem serem totalmente diferentes; - calcular teoricamente os valores de pH de todas as soluções da Tabela 4.1 e compare com os valores experimentais. Explique as eventuais diferenças. Questão 1) O proprietário de uma firma de suprimentos para piscinas recebeu uma oferta de um vendedor de ácido muriático (HCl) que lhe pareceu excepcional. Esta solução normalmente tem 31,25% p/p deste composto, mas o proprietário ficou desconfiado da oferta e decidiu analisar uma amostra antes de comprar o produto. Um analista que fez a análise para ele determinou a densidade da solução como sendo 1,367 g/mL. Retirou uma alíquota de 5,00 mL e diluiu-a para 250,0 mL. Uma alíquota de 50,00 mL desta solução foi titulada com NaOH 0,300 mol/L consumindo 22,50 mL na titulação com fenolftaleína. Calcule a porcentagem de HCl na amostra original e diga se o dono da firma de suprimento para piscinas deve comprar ou não o produto que lhe está sendo oferecido. 18 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 19 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 5: Titulação potenciométrica de ácido fraco e de base fraca Introdução As titulações de ácidos ou bases fracos são realizadas com soluções padronizadas de bases ou ácidos fortes, respectivamente. Nessa aula, vamos inspecionar as curvas de titulação do ácido acético com NaOH e da amônia com HCl. Procedimentos Titulação de CH3COOH ~ 0,10 mol/L - Titulação com indicador: Pipete uma alíquota de 15,00 mL de CH3COOH, transfira para erlenmeyer de 250 mL e titule com uma solução padrão de NaOH ~~ 0,1 mol/L usando fenolftaleína como indicador. Calcule a concentração molar do ácido acético. Calcule também o volume de equivalência do NaOH para neutralização de 40,00 mL do ácido acético. Repita o experimento usando alaranjado de metila (faixa de viragem 3,1-4,4) e azul de bromotimol (faixa de viragem 6,2-7,6). Compare as concentrações molares do ácido acético obtidas com os três indicadores. - Titulação potenciométrica: Utilizando uma bureta transfira 40,00 mL da solução de CH3COOH e transfira para um béquer de 150 cm 3 . Introduza o eletrodo medidor de pH nessa solução de modo que o bulbo fique completamente imerso na solução sem encostar no fundo para evitar que seja tocado pela barra do agitador magnético. Utilizando uma bureta introduza volumes da solução de NaOH padrão que correspondam aos percentuais do volume de equivalência listados na Tabela 5.1, e anote os valores de pH resultantes. Lance os valores em um gráfico e determine o valor do volume de equivalência. Compare este valor com o obtido na titulação com indicador. Explique eventuais diferenças existentes. Para melhor definição do ponto final da titulação, faça a derivada primeira da curva de titulação. Determine também o valor de pKa do ácido acético, que é igual ao pH correspondente a 50% do volume de equivalência. Calcule o pH desta solução e compare com o valor medido. Tabela 5.1. Titulação de ácido acético ~ 0,10 mol/L com NaOH ~0,1 mol/L. V (%) V (mL) pH V (%) V (mL) pH 0 98 10 99 30 100 50 101 70 103 90 105 95 110 96 120 Titulação de NH4OH ~ 0,10 mol/L - Titulação com indicador: Pipete uma alíquota de 15,00 mL de NH4OH ~0,1 mol/L, transfira para erlenmeyer de 250 mL e titule com uma solução padrão de HCl 0,1 mol/L usando fenolftaleína como indicador. Calcule a concentração molar da amônia. Calcule também o volume de equivalência do HCl para neutralização de 40,00 mL do NH4OH . Repita o experimento usando alaranjado de metila (faixa de viragem 3,1-4,4) e azul de bromotimol (faixa de viragem 6,2-7,6). Compare as concentrações molares da amônea obtidas com os três indicadores. Utilizando uma bureta transfira 40,00 mL da solução de NH4OH e transfira para um béquer de 150 cm 3 . Introduza o eletrodo medidor de pH nessa solução de modo que o bulbo fique completamente imerso na solução sem encostar no fundo para evitar que seja tocado pela barra do agitador magnético. Utilizando uma bureta introduza volumes da solução de HCl padrão que correspondam aos percentuais do volume de equivalência listados na Tabela 5.2, e anote os valores de pH resultantes. Lance os valores em um gráfico e determine o valor do volume de equivalência. Compare este valor com o obtido na titulação com indicador. Para melhor definição do ponto final da titulação, faça a derivada primeira da curva de titulação. Determine também o valor de pKb da amônia, que é igual ao pH correspondente a 50% do volume de equivalência. Calcule o pH desta solução e compare com o valor medido. 20 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Tabela 5.2. Titulação de amônia 0,10 mol/L com HCl V (%) V (mL) pH V (%) V (mL) pH 0 98 10 99 30 100 50 101 70 103 90 105 95 110 96 120 Cálculos: - calcular o pH teórico no ponto de equivalência das titulações de ácido acético e de amônia; - determinar graficamente o pH do ponto de equivalência das duas titulações potenciométricas; - Analise os valores das concentrações de ácido acético e de amônia obtidas com os três indicadores; - calcular teoricamente os valores de pH de todas as soluções das Tabela 5.1 e 5.2 e compare com os valores experimentais. Explique as eventuais diferenças. 21 C A DE R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 6: Titulação potenciométrica de ácidos polipróticos Introdução Vamos inspecionar as curvas de titulação de dois ácidos tripróticos: ácido cítrico e ácido fosfórico. Através da observação das inflexões das curvas determinaremos os valores de pKa para um destes ácidos. As inflexões da curva para o H3PO4 possibilitam a determinação dos seus valores de pK. Essa determinação é realizada com duas titulações consecutivas, utilizando uma solução padronizada de NaOH. A primeira titulação utiliza vermelho de metila como indicador e, a segunda, timolftaleína. São as seguintes as reações observadas em cada uma das titulações: Tabela 6.1. Titulação do H3PO4 H3PO4 + OH - ↔ H2PO4 - + H2O Titulação na presença de vermelho de metila H2PO4 - + OH - HPO4 2- + H2O Titulação na presença de timolftaleína Podemos ainda obter a curva de titulação potenciometricamente pela inspeção do pH do meio em função do volume de titulante adicionado. Procedimentos Ácido Cítrico (C6H8O7) ~ 0,10 M - Titulação com indicador: Pipete três alíquotas de 25,00 mL da amostra e transfira para erlenmeyer de 250 mL. Dilua com água destilada e adicione 2 gotas do indicador timolftaleína. Titule com solução padrão de NaOH ~ 0,2 mol/L, colocada numa bureta de 50 mL, até viragem de vermelho para amarelo. Calcule a concentração molar da solução de ácido cítrico. Calcule também o volume de equivalência do NaOH para neutralização total de 30,00 mL do ácido cítrico. Titulação potenciométrica: Utilizando uma bureta transfira 25,00 mL da solução de ácido cítrico ~ 0,1 mol/L para um béquer de 150 cm 3 . Dilua com água até cerca de 50 mL. Introduza o eletrodo medidor de pH nessa solução de modo que o bulbo fique completamente imerso na solução sem encostar no fundo para evitar que seja tocado pela barra do agitador magnético. Utilizando uma bureta introduza volumes da solução de NaOH padrão que correspondam aos percentuais do volume total de equivalência listados na Tabela 6.2, e anote os valores de pH resultantes. Lance os valores em um gráfico e determine o valor do volume de equivalência. Compare este valor com o obtido na titulação com indicador É possível determinar a concentração molar do ácido cítrico e os valores de pKa1, pKa2 e pKa3 pelas inflexões da curva Tabela 6.2. Titulação de ácido cítrico com NaOH ~ 0,20 mol/L. V (%) V (mL) pH V (%) V (mL) pH V (%) V (mL) pH 0 36 69 10 40 72 20 45 80 25 50 90 28 55 95 30 60 100 32 63 105 34 66 110 Ácido Fosfórico (H3PO4)~0,10 mol/L - Titulação com indicador: Pipete três alíquotas de 25 mL da amostra e transfira para erlenmeyer de 250 mL. Dilua com cerca de 75 mL de água destilada e adicione 2 gotas do indicador vermelho de metila e duas gotas de timolftaleína. Titule com solução padrão de NaOH ~0,1 mol/LK, colocada numa bureta de 50 mL, até viragem de vermelho para amarelo. Anote o volume V1. Prossiga a titulação até viragem de amarelo para verde. Anote o volume V2. Calcule a concentração molar da solução de ácido fósforico. Calcule também o volume de equivalência do NaOH para neutralização total de 30,00 mL do ácido fósfórico. Utilizando uma bureta transfira 25,00 mL da solução de ácido fósforico ~ 0,1 mol/L para um béquer de 150 cm 3 . Dilua com água até cerca de 50 mL. Introduza o eletrodo da mesma forma que no item anterior. Utilizando uma bureta introduza volumes da solução de NaOH padrão que correspondam aos percentuais do volume total de equivalência listados na Tabela 6.3, e anote os valores de pH resultantes. Lance os valores em um gráfico e determine o valor do volume de equivalência. Compare este valor com o obtido na titulação com indicador. 22 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A É possível determinar a concentração molar do ácido fósforico e os valores de pKa1, pKa2 e pKa3 pelas inflexões da curva Tabela 6.3. Titulação de ácido fosfórico com NaOH 0,20 mol/L. V (%) V (mL) pH V (%) V (mL) pH V (%) V (mL) pH 0 36 69 10 40 72 20 45 80 25 50 90 28 55 95 30 60 100 32 63 105 34 66 110 Questões 1) Uma solução de NaOH, cerca de 0,1 mol/L, deve ser padronizada mediante titulação do padrão primário ácido sulfâmico (NH2SO3H, um próton titulável). Que peso desse padrão deve ser tomado para que o volume de solução de NaOH a ser medido na bureta durante a titulação seja de aproximadamente 40 mL? 2) Uma amostra de dihidrogenofosfato de potássio, pesando 0,4920 g, foi titulada com NaOH 0,1120 mol/L. Após adição do indicador adequado procedeu-se a titulação e houve gasto de 25,6 mL. Considere a reação abaixo e calcule a percentagem de pureza do sal. H2PO4 - + OH - HPO4 2- + H2O 23 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 7: Determinação da acidez do vinagre Introdução Como primeira aplicação da volumetria ácido-base, veremos a determinação da acidez do vinagre. O principal componente do vinagre é o ácido acético, resultante da oxidação do álcool etílico existente no vinho. Este ácido está presente no vinagre juntamente com outros (como o ácido tartárico) e sua acidez é expressa em termos de sua concentração (4 a 8% m/v de ácido acético). Procedimentos Preparo da solução de NaOH 0,1 mol/L O hidróxido de sódio não é um padrão primário porque quase sempre contém uma quantidade indeterminada de água e carbonato de sódio. Por esta razão é necessário o preparo de uma solução de concentração próxima àquela desejada para então determinar a sua concentração real, fazendo uso de titulações contra um padrão primário. Após esta determinação, a solução de NaOH é considerada um padrão secundário. Para preparar a solução de NaOH 0,1 mol/L, pesar aproximadamente 4,2 g de NaOH e dissolver em água previamente fervida e resfriada. Esta operação é necessária porque a água contém, geralmente, certa quantidade de CO2 dissolvida que é removida ao se processar a fervura por alguns minutos. A solução é então diluída até cerca de 1000,0 mL e armazenada em um frasco plástico de um litro. É importante se guardar este tipo de solução em frascos plásticos, pois as soluções fortemente alcalinas atacam lentamente os silicatos. Padronização Para a padronização da solução de NaOH usa-se o padrão primário ftalato ácido de potássio (MM = 204,22 g/mol) seco em estufa por 1-2 horas a 110 C. A equação abaixo representa a reação entre o NaOH e o ftalato ácido de potássio. Pesar (até 0,1 mg) três amostras contendo aproximadamente 1,5 mmol do sal ftalato ácido de potássio, transferir cada uma delas para um erlenmeyer de 250 mL, adicionar cerca de 50 mL de água destilada previamente fervida e resfriada. Agitar com cuidado até dissolução total da substância e titular as amostras com a solução de NaOH, usando duas gotas de fenolftaleína como indicador. O aparecimento de uma leve coloração rósea que persista por 30 segundos indica o PF. Com os dados de cada uma das três titulações, calcular a concentração em mol/L da solução de NaOH, a média dos três resultados, o desvio padrão dessa média e o seu intervalo com 95% de confiança. Determinação da acidez do vinagre Pipetar 10,00mL de uma amostra de vinagre, transferir para um balão volumétrico de 100,0 mL e completar o volume com água destilada. Pipetar três alíquotas de 25,00 mL dessa solução e transferir para erlenmeyers de 250 mL. Adicionar cerca de 40 mL de água destilada e três gotas de fenolftaleína. Titular com a solução de NaOH (previamente padronizada) até o aparecimento de uma leve coloração rósea que persista por 30 segundos. Calcular o resultado, expressando o teor de ácido acético em g/100 mL da amostra. Questões 1) Calcular o pH da solução no PE. 2) O farmacêutico responsável pelo laboratório de uma vinícola elaborou o seguinte roteiro para a análise da acidez de vinho branco: “Pipetar 25,00 mL da amostra e diluir para 100 mL com água destilada. Adicionar o indicador e titular com NaOH 0,0500 M, anotando o volume V gasto na titulação.” Calcular a acidez do vinho em termos de gramas de ácido tartárico (H2C4H4O6) por 100,0 mL de vinho através da fórmula: Acidez (%) = 0,015 x V (mL). Mostrar como esta fórmula foi obtida. COOH COOK + NaOH COONa COOK + H2O 24 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 25 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 8: Determinação de misturas de bases e de ácidos Introdução Soda cáustica é o nome dado ao hidróxido de sódio encontrado no comércio, mas soda é sinônimo também de soluções aquosas de hidróxido de sódio. Essas soluções absorvem CO2 existente no ar e de sua interação com NaOH resulta que contêm, na realidade, uma mistura de hidróxido e carbonato de sódio, com tanto mais carbonato quanto mais tempo estiverem expostas ao ar. Procedimentos Solução de HCl~0,1 mol/L O ácido clorídrico concentrado também não é um padrão primário, de forma que é necessário padronizar soluções preparadas a partir de sua diluição. Sabe-se que HCl é um gás e que sua solução aquosa saturada, cuja densidade é 1,18 g/mL, possui cerca de 36,5% de HCl. Calcula-se que cerca de 9,0 mL dessa solução saturada devem ser tomados e diluídos para 1 litro para se obter uma solução de HCl aproximadamente 0,1 mol/L. Padronização O padrão primário tris (hidroximetil) aminometano [(HOCH2)3CNH2], conhecido como TRIS ou THAM, é uma base fraca (pKb = 5,925) e será utilizado para padronizar a solução de HCl. Para ser usado, o TRIS deve ser secado em estufa a 100-105 0 C por 1-2 horas. O PE numa titulação com HCl ocorre entre pH 4,5-5,0. Para a padronização, pesar (anotando até 0,1 mg) três ou mais amostras contendo aproximadamente 1,5 mmol de TRIS, previamente seco em estufa a 100-103 0 C durante 2 horas, transferir cada uma delas para um erlenmeyer de 250 mL, adicionar cerca de 100 mL de água destilada previamente fervida e resfriada. Agitar com cuidado até dissolução total da substância e titular as amostras com a solução de HCl, usando duas gotas de vermelho de metila como indicador. A mudança da coloração de amarelo para vermelho indica o PF. Com os dados de cada uma das três titulações calcular a concentração em mol/L da solução de HCl, a média dos três resultados, o desvio padrão dessa média e o seu intervalo com 95% de confiança. Determinação de uma mistura de hidroxila e carbonato em amostra de soda cáustica A determinação de uma mistura de OH - e CO3 2- é realizada com duas titulações consecutivas, utilizando uma solução padronizada de HCl. A primeira titulação utiliza timolftaleína como indicador e, a segunda, vermelho de metila. As reações observadas em cada uma das titulações estão descritas na Tabela 8.1. Tabela 8.1. Reações da titulação da mistura de bases e seus indicadores para respectivas titulações Reações Indicadores Intervalo de viragem OH - + H + H2O CO3 2- + H + HCO3 - Timolftaleína Timolftaleína 9,3 – 10,5 HCO3 - + H + H2CO3 H2O + CO2 Vermelho de metila 4,2 – 6,3 Os volumes do titulante obtidos em cada uma das titulações podem ser convenientemente utilizados para o cálculo do teor de cada uma das bases em uma amostra. Pipete uma alíquota de 10,0 mL da amostra e transfira para erlenmeyer de 250 mL. Dilua com água destilada e adicione 2 gotas de timolftaleína. Titule com solução de HCl recém-padronizada contida numa bureta de 50 mL, até viragem de azul para incolor. Anote o volume gasto (V1). Adicione, na solução que está sendo titulada, 2 gotas de vermelho de metila. Continue titulando (não há necessidade de reabastecer a bureta) até observar a viragem do indicador de amarelo para vermelho. Aqueça então a solução contida no erlenmeyer para que a cor amarela retorne (devido à eliminação do CO2 dissolvido) e resfrie com água corrente. Continue adicionando o titulante até observar o reaparecimento da cor vermelha. Aqueça novamente, repetindo a operação até que a cor vermelha persista. Anotar o volume (V2). Com base nos volumes das titulações calcule as concentrações de OH - e CO3 2- . Determinação de uma mistura de HCl e H3PO4 A volumetria ácido-base pode ser usada para a determinação de mistura de ácidos. Essa determinação é realizada com duas titulações consecutivas, utilizando uma solução padronizada de NaOH. A primeira titulação utiliza vermelho de metila como indicador e, a segunda, timolftaleína, conforme mostrado a seguir. As reações observadas em cada uma das titulações estão descritas na Tabela 8.2. 26 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Tabela 8.2. Reações da titulação da mistura de ácidos e seus indicadores para respectivas titulações Reações Indicadores Intervalo de viragem HCl + OH - H2O + Cl - H3PO4 + OH - H2PO4 - + H2O Vermelho de metila Vermelho de metila 4,2 – 6,3 H2PO4 - + OH - HPO4 2- + H2O Timolftaleína 9,3 – 10,5 Pipete 3 alíquotas de 10,00 mL da amostra e transfira para erlenmeyer de 250 mL. Dilua com água destilada e adicione 2 gotas do indicador vermelho de metila e duas gotas de timolftaleína. Titule com solução padrão de NaOH, colocada numa bureta de 50 mL, até viragem de vermelho para amarelo. Anote o volume V1. Prossiga a titulação até viragem de amarelo para verde. Anote o volume V2. Calcule as concentrações molares dos dois ácidos. Questões 1) Calcule o pH da solução inicial de soda cáustica e da mistura de ácidos. 2) Uma amostra pesando 0,5720 g da mistura NaHCO3, Na2CO3 e impurezas inertes é titulada com HCl 0,1090 mol/L. Para alcançar o ponto de viragem da fenolftaleína (pH entre 8 e 10) foram gastos 15,7 mL do titulante e para a viragem do alaranjado de metila (pH entre 3 e 4) foram gastos 43,8 mL do titulante. Qual é a percentagem de Na2CO3 na mistura? 27 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 9: Titulação de retorno: Análise de “Leite de Magnésia” Introdução Para ilustrar uma titulação de retorno na volumetria ácido-base, um exemplo simples e interessante é a análise de uma amostra de “Leite de Magnésia”. O hidróxido de magnésio, no “Leite de Magnésia”, apresenta-se na forma de suspensão contendo de 7,0 a 8,5 g de Mg(OH)2 em 100 g de produto. Antes de tomar uma quantidade representativa da amostra para análise é necessário agitar bem o frasco, já que ele é constituído de uma suspensão a qual, para ser analisada,precisa ser homogeneizada. A titulação direta de uma alíquota da amostra é difícil, pois ela é uma suspensão branca opaca. Além disso, as partículas de Mg(OH)2 podem aderir às paredes do erlenmeyer, ficando fora do contato com o titulante. Para contornar esses problemas, adiciona-se um excesso conhecido de uma solução padronizada de HCl para neutralizar todas as partículas suspensas resultando numa solução límpida. Em seguida, o ácido em excesso é titulado com uma solução padronizada de NaOH. Mg(OH)2 + 2H + Mg 2+ + 2H2O H + + OH - H2O Procedimentos A preparação e a padronização da solução de HCl deve ser feita como descrito nos procedimentos da Prática n o 8. Com os dados de cada uma das três titulações, calcular a concentração em mol/L da solução de HCl, a média dos três resultados, o desvio padrão dessa média e o seu intervalo com 95% de confiança. Análise da amostra Agitar a amostra recebida e transferir rapidamente cerca de 0,5 g (anotando até 0,1 mg) para um pesa- filtro. Fazer esta operação em triplicata. Transferir cada amostra para um erlenmeyer de 250 mL, lavando com água destilada de uma garrafa de água (pisseta) para garantir uma transferência quantitativa. Utilizando uma bureta adicionar, em cada um dos erlenmeyers, cerca de 30 mL (rigorosamente medidos) da solução de HCl padronizada. Agitar para assegurar uma reação completa. Se a solução ficar turva ou restar algum precipitado, adicionar mais solução de ácido, pois isto é um indicativo de que o ácido não foi colocado em quantidade suficiente. Anotar o volume total de HCl adicionado. Adicionar 2 gotas do indicador vermelho de metila e titular o excesso do HCl com solução padrão de NaOH até aparecimento da cor amarela. Anotar o volume gasto da base. Calcular o teor percentual de Mg(OH)2 presente na amostra. Questões 1) Que massa de tris (hidroximetil) aminometano, (CH2OH)3CNH2, deve ser pesada para que cerca de 25 mL de HCl 0,1 mol/L sejam consumidos em uma padronização utilizando timolftaleína como indicador? 2) Pesa-se uma massa de 2,000 g de uma amostra de antiácido contendo Al(OH)3 e adiciona-se 50,0 mL de solução de HCl 0,100 mol/L. Após dissolução do hidróxido, o HCl restante é titulado com solução padrão de NaOH 0,100 mol/L, observando-se um consumo de 19,20 mL. Calcule a porcentagem de Al(OH)3 na amostra. 28 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 29 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática nº 10: Determinação da pureza do ácido bórico Introdução O ácido bórico (H3BO3) é um sólido cristalino branco, pouco solúvel em água (6,35 g/100 mL a 30 0 C), que se comporta, em solução, como um ácido monoprótico muito fraco (Ka = 6,4x10 -10 ), não podendo, portanto, ser normalmente titulado com uma base forte. Sabe-se que esse ácido não libera H + diretamente. A dissociação de H + ocorre como resultado da reação: B(OH)3 + H2O B(OH)4 + H + , ou seja, a dissociação do próton somente ocorre após a coordenação de uma molécula de água, que atua como doadora de elétrons, ao ácido B(OH)3 (receptor de elétrons). A constante de dissociação é, portanto, o produto de duas constantes, a constante de formação do complexo H2O-B(OH)3 e a constante de dissociação de um próton dessa espécie complexa. Certos compostos orgânicos di-hidroxilados como o manitol, a glicose, o sorbitol e o glicerol coordenam-se ao B(OH)3 muito mais fortemente que a água. Por isso, na presença de um excesso desses compostos o ácido bórico comporta-se como um ácido relativamente forte (Ka 10 -4 , na presença de manitol), podendo ser titulado com uma base forte e a indicação do ponto final (PF) sendo feita com fenolftaleína. Procedimentos Pese, rigorosamente, cerca de 0,1 g da amostra de ácido bórico, transfira para três erlenmeyers de 250 mL; adicione 50 mL de água destilada, 2,0 mL de glicerina e titule com solução recém-padronizada de NaOH ~ 0,1 mol/L, usando fenolftaleína como indicador. Faça uma prova em branco: Titule a mesma quantidade de glicerina, dissolvida em 50 mL de água destilada com a solução recém-padronizada de NaOH, usando fenolftaleína como indicador. Calcule o teor de pureza da amostra, ou seja, o seu teor percentual de H3BO3. Questões 1) Uma amostra pesando 425,2 mg de um ácido orgânico monoprótico 100% puro é titulado com solução 0,1027 mol/L de NaOH, tendo sido gastos 28,78 mL. Qual é o peso molecular desse ácido? 2) Uma amostra de suco de limão, pesando 2,000 g, foi diluída com água e filtrada para remover a matéria em suspensão. O líquido claro consumiu 40,39 mL de NaOH 0,04022 mol/L para a titulação, com o PF sendo indicado pela fenolftaleína. Calcule a acidez do suco como % de ácido cítrico (H3C6H5O7). 30 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática nº 11: Determinação do teor de água numa amostra de Bórax Introdução O boro, na forma de bórax, é utilizado desde os tempos mais antigos. Um dos primeiros usos foi como antisséptico e detergente. Posteriormente foi usado como fluxo de soldadura e como fluxo cerâmico devido à sua capacidade de dissolução de óxidos metálicos. Atualmente, é usado como matéria prima na produção de vidro de boro silicato, resistente ao calor, para usos domésticos e laboratoriais (finalmente conhecido pela marca registrada Pirex), bem como na preparação de outros compostos de boro. Bórax (Na2B4O7.10H2O) quando puro pode ser utilizado como “padrão primário” na padronização de ácidos. Para isso precisa ser recristalizado e depois secado em uma câmera contendo uma solução aquosa saturada com NaCl e sacarose. É também utilizado na preparação de uma solução tampão porque ao ser dissolvido sofre hidrólise formando uma mistura 1:1 de ácido e base, conforme a equação: Na2B4O7+ 7H2O → 2Na + + 2B(OH)3 + 2B(OH) - 4 O padrão deve ser titulado com ácido utilizando vermelho de metila como indicador. A reação com ácido corresponde à conversão do borato resultante da hidrólise em ácido bórico, conforme a equação: B(OH)4 - + H + → B(OH)3 + H2O. No trabalho que será realizado deve-se considerar que a amostra é pura e dessa forma calcular o número de moléculas de água que a mesma contém. Procedimentos Pese, rigorosamente, cerca de 1,5 g da amostra de bórax, dissolva num volume mínimo de água, transfira quantitativamente para um balão volumétrico de 100 mL e complete o volume com água destilada. Pipete três alíquotas de 25 mL dessa solução e transfira para erlenmeyers de 250 mL. Dilua para cerca de 100 mL com água destilada e titule com solução recém-padronizada de HCl ≈ 0,1 mol.L-1, usando vermelho de metila como indicador. Considerando que a amostra seja constituída de Na2B4O7.nH2O, calcule o valor de n. Questões 1) Uma amostra de borax foi aquecida para a eliminação completa da água estrutural, tendo-se encontrado um valor de 49,3% para a perda de massa. Calcular a pureza (% p/p) da amostra. 2) Que massa de Na2CO3 puro deve ser pesada para que cerca de 25 mL de HCl 0,1 mol/L sejam consumidos em uma padronização utilizando o alaranjado de metila como indicador? 31 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 4.2 Titulometria de Precipitação A titulometria de precipitaçãose baseia na formação de compostos iônicos de solubilidade limitada. Esses compostos são formados quantitativamente (com baixo Kps), em tempo curto e com fácil visualização do ponto final (PF). O precipitante mais utilizado é o nitrato de prata que é empregado, principalmente, para análise de haletos e alguns íons metálicos. Nessas reações com haletos, o produto formado é um haleto de prata sólido. AgNO3(aq) + Cl - (aq) AgCl(s) + NO3 - (aq) Para determinação do PF da titulação são utilizados dois tipos de indicadores. Um deles é o indicador de adsorção que é adsorvido na superfície do precipitado e assim caracteriza a mudança de cor. Há também os indicadores de reações paralelas, que reagem com o titulante após o ponto de equivalência (PE), dando produtos de fácil percepção. Uma curva de titulação pode ser construída a partir dos valores de pAg ou pCl em função do volume adicionado de nitrato de prata. 4.2.1 Práticas Prática nº 12: Análise de cloreto em uma amostra de soro fisiológico pelo método de Mohr Introdução O método de Mohr, para a determinação de cloreto, baseia-se na reação de precipitação deste íon com o íon prata. Ag + + Cl - AgCl O AgCl é um precipitado branco. Como indicador utiliza-se uma solução de K2CrO4. Quando todo o cloreto existente na amostra é consumido pelo íon prata, o CrO4 2- precipita-se na forma de Ag2CrO4 que é um sal vermelho, indicando o fim da titulação. Procedimentos Solução de AgNO3 ~ 0,05 mol/L Esta solução pode ser preparada a partir de um padrão primário, seco em estufa a 110 °C por 1-2 horas. Para fazer isso, pesar com exatidão a massa adequada de AgNO3, transferir para balão volumétrico e aferir. Calcular a concentração correta a partir da massa pesada. A solução, assim preparada, deve ter uso imediato. No entanto, uma solução deste sal sofre ação da luz e se decompõe, mesmo quando se toma os cuidados necessários. Um procedimento alternativo consiste na preparação de uma solução aproximadamente 0,1 mol/L que será padronizada no momento do uso. Pode-se padronizar a solução de AgNO3 usando-se como padrão primário o NaCl. Como a massa molecular deste sal é pequena, a massa a ser pesada para a padronização seria muito pequena e o erro relativo embutido em sua medida seria muito grande, mesmo usando uma balança analítica. Para contornar este problema prepara-se um volume adequado da solução padrão de NaCl de concentração próxima a 0,1 mol/L e, a partir desta solução, toma-se alíquotas para a padronização do AgNO3. Pipetar três alíquotas de 10,00 mL da solução padrão de NaCl, transferir para erlenmeyers de 250 mL, diluir com água destilada, adicionar ~ 0,1 g de CaCO3 e 2 mL da solução do indicador K2CrO4 5% p/v. Titular lentamente com solução de AgNO3 até que a primeira mudança de cor do branco para avermelhado do Ag2CrO4, persista na suspensão por 20 a 30 segundos. Calcular a concentração, em mol/L, de AgNO3. Análise do soro fisiológico Transferir três alíquotas de 5,00 mL da amostra para frascos erlenmeyer de 250 mL, diluir com água destilada, adicionar ~ 0,1 g de CaCO3 e 2 mL da solução indicadora. Titular com solução de AgNO3 padronizada anteriormente. Calcular os teores de NaCl e de Cl - na amostra expressando o resultado em % p/v. Questões 1) Uma amostra de pesticida de massa igual a 0,1046 g foi decomposta por ação de sódio bifenil em tolueno. O íon cloreto liberado foi extraído com HNO3 diluído e titulado com 23,28 mL de AgNO3 0,03337 mol/L pelo método de Mohr (após tratamento adequado). Expressar o resultado dessa análise em termos de percentagem de “Aldrin” (C12H8Cl6, MM = 364,92 g/mol). 2) Uma solução padrão de AgNO3 foi preparada dissolvendo-se 6,503 g do sal puro em 250,0 mL de solução. Uma amostra contendo MgCl2 e pesando 0,6319 g consumiu 24,33 mL da solução de AgNO3 na titulação. Calcule a porcentagem de MgCl2 na amostra. 32 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 33 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática nº 13: Determinação de iodeto pelo método de Fajans e pelo método de Volhard Introdução Nesta aula dois métodos da volumetria de precipitação serão utilizados: I - Método de Fajans, que utiliza indicadores de adsorção na padronização da solução de AgNO3 e II - Método de Volhard na determinação do iodeto. O método de Fajans baseia-se numa titulação direta do analito, na presença de um indicador que é adsorvido pelo precipitado no PE. O pH em que a titulação deve ser realizada depende do indicador utilizado. Quando se utiliza fluoresceína, por exemplo, o meio deve ser neutro. Quando se utiliza diclorofluoresceína, o pH deve estar em torno de cinco. O método de Volhard baseia-se na titulação do íon prata, em meio ácido (HNO3), com solução padronizada de KSCN. Na titulação do iodeto, adiciona-se à amostra uma quantidade conhecida, em excesso, de AgNO3. Em seguida, o excesso de íons Ag + é titulado com KSCN. Como indicador utiliza-se o íon Fe 3+ que forma com o tiocianato o complexo vermelho, [FeSCN] 2+ , intensamente colorido. Procedimentos Padronização do AgNO3 ~ 0,05 mol/L Pipetar três alíquotas de 10,00 mL da solução padrão de NaCl ~ 0,1 mol/L e transferir para erlenmeyers de 250 mL. Adicionar a cada frasco água destilada, 0,1 g de CaCO3 e cinco gotas do indicador fluoresceína. Titular lentamente com solução de AgNO3, agitando o frasco constantemente até que o precipitado adquira uma coloração rósea intensa. Calcular a concentração (mol/L) da solução de AgNO3. Preparo e padronização do KSCN ~ 0,05 mol/L O KSCN não é um padrão primário e, portanto, sua solução deve ser padronizada. Pesar cerca de 2,4 g de KSCN seco a 120-150 C por uma hora em estufa. Dissolver e transferir para balão volumétrico de 0,5 litro, completando até a marca com água destilada. Medir, utilizando uma bureta, três alíquotas de 10,00 mL da solução recém-padronizada de AgNO3 e transferir para erlenmeyers de 250 mL. Diluir com água destilada, adicionar 0,5 mL de HNO3 concentrado (63% p/p; = 1,42 g/mL) e 2,0 mL de sulfato férrico amoniacal. Titular com a solução de KSCN até viragem do indicador. Calcular a concentração (mol/L) da solução de KSCN. Análise da amostra Pipetar três alíquotas de 10,00 mL da amostra e transferir para erlenmeyers de 250 mL. Diluir e adicionar, com o auxílio de uma bureta e com agitação constante, 20,00 mL da solução padronizada de AgNO3. Adicionar 1,00 mL de HNO3 e 2,0 mL de solução de sulfato férrico amoniacal. Titular o excesso de AgNO3 com a solução de tiocianato de potássio recém-padronizada até viragem do indicador. Calcular a concentração de KI na amostra, expressando o resultado em gramas de KI por 100 mL da solução. Questões 1) Uma alíquota de 25,00 mL de uma solução salina foi acidificada com HNO3 diluído e tratada com 25,00 mL de AgNO3 0,2149 mol/L. Depois da adição de alguns mililitros de nitrobenzeno, a titulação consumiu 26,40 mL de KSCN 0,1322 mol/L para a titulação. Calcule a concentração de NaCl na solução em mg/mL. 2) O bismuto de uma liga foi precipitado como BiOCl e separado da solução por filtração. O precipitado foi lavado e dissolvido em HNO3 e tratado com 10,00 mL de AgNO3 0,1498 mol/L precipitando o AgCl. O excesso de AgNO3 foi titulado com 12,92 mL de KSCN 0,1008 mol/L. Calcule a massa de Bi na amostra.34 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 35 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 4.3 Titulometria de Complexação As reações de complexação são amplamente utilizadas na titulação de muitos íons metálicos (M) que formam complexos estáveis reagindo com doadores de pares de elétrons para formar compostos de coordenação. Essas espécies doadoras são os ligantes (L): M + L ML As constantes de equilíbrio para as reações complexométricas são chamadas de constante de formação (Kf), sendo sua expressão, para a reação anterior: Kf = [ML]/[M][L] O EDTA (ácido etilenodiaminotetracético) (Figura 1) é um ligante hexadentado, ou seja, possui seis grupos doadores de elétrons para formar um complexo. A utilização do EDTA como agente complexante iniciou-se porque este composto forma complexos estáveis de estequiometria 1:1, com um grande número de íons metálicos em solução aquosa. Figura 1: Fórmula estrutural do ácido etilenodiaminotetracético (EDTA). As titulações com EDTA podem ser feitas diretamente ou também pode ser feita a retrotitulação do excesso do EDTA. Além disso, pode-se usar titulação por deslocamento do íon metálico. São utilizados indicadores que complexam com o metal e assim o meio reacional terá sua cor alterada no PF da titulação. Um exemplo de indicador utilizado nesse método é o negro de eriocromo-T (erio-T). A curva de titulação pode ser obtida relacionando o -log[M], ou seja, o pM com o volume de EDTA gasto na titulação. 4.3.1 Práticas Prática nº 14: Determinação da dureza da água Introdução A determinação dos teores de Ca 2+ e Mg 2+ em uma solução pode ser feita em duas titulações consecutivas. A primeira titulação é realizada em pH = 10. Nestas condições os dois íons são complexados pelo EDTA. A segunda titulação é realizada em pH = 12. Nestas condições o Mg 2+ precipita-se e apenas o Ca 2+ é complexado e determinado. O Mg 2+ é determinado por diferença. A dureza da água é definida em termos da concentração de CaCO3 dissolvido. O controle da concentração desta espécie e de outros carbonatos dissolvidos em água é de suma importância na indústria e na preservação de caldeiras e tubulações por onde a água circula. Procedimentos Preparo da solução de EDTA ~ 0,0125 mol/L Pesar cerca de 4,6 g (anotando até 0,1 mg) do sal Na2H2Y.2H2O (372,23 g/mol), seco a 70-80 C por 2 horas em estufa. As duas moléculas de água de hidratação permanecem intactas nestas condições. Transferir quantitativamente a massa pesada para um balão volumétrico de 1 litro. Adicionar cerca de 800 mL de água destilada, agitar até dissolver totalmente o sal e depois diluir até a marca. Esta solução deve ser armazenada em frasco de plástico e pode, nestas condições, ser considerado padrão primário. A partir da massa pesada, calcular a concentração em mol/L da solução de EDTA. Alternativamente pode-se preparar uma solução de concentração aproximada e padronizá-la com uma solução padrão de Zn 2+ . Padronização A solução padrão de zinco ( 0,01 mol/L) pode ser preparada a partir de óxido de zinco de alta pureza pelo seguinte procedimento: colocar em um cadinho limpo 4,0 a 5,0 g de ZnO e calcinar por 20 minutos a 700-800 C para secar e transformar as eventuais quantidades de ZnCO3 em ZnO. Esfriar e pesar aproximadamente 0,8 g (anotando até 0,1 mg), passar para um béquer de 100 mL e adicionar uma quantidade de HCl 1:1 suficiente para dissolver o sólido. Transferir quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 1 litro e completar o volume com água destilada. A partir da massa pesada, calcular a concentração exata, em mol/L, da solução de zinco. 36 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Para realizar a padronização, transferir três alíquotas de 15,00 mL da solução de Zn 2+ para erlenmeyers de 250 mL. Diluir e adicionar 5,0 mL de solução tampão pH 10. Adicionar o indicador erio-T e titular com a solução de EDTA até viragem do indicador de vermelho-vinho para azul. Determinação de Mg 2+ e Ca 2+ Transferir três alíquotas de 100,0 mL da amostra para erlenmeyers de 250 mL, adicionar 2,0 mL da solução tampão pH 10 e uma pequena quantidade do indicador erio-T. Titular com o EDTA recentemente padronizado até observação da mudança de coloração de vermelho para azul. Como foi observado na introdução, nestas condições Mg 2+ e Ca 2+ são titulados simultaneamente. Transferir outras três alíquotas de 100,0 mL para erlenmeyers de 250 mL, elevar o pH para 12 com solução de NaOH 1 mol/L (ou seja, adicionando 1 mL dessa solução), adicionar uma pequena quantidade de murexida ou calcon e titular com solução de EDTA até observar mudança de coloração. Nestas condições apenas o cálcio é titulado. Utilizando o volume da primeira titulação, calcular a dureza da água expressando o resultado como mg/L (ou g/mL) de CaCO3. Calcular também, utilizando os dois volumes obtidos nas duas titulações, os teores de Mg 2+ e Ca 2+ na amostra, em % p/v. Questões 1) A urina de um indivíduo correspondente a um período de 24 horas foi diluída para 2000,0 mL num balão volumétrico. Os íons Ca 2+ e Mg 2+ contidos em uma alíquota de 100,00 mL desta solução, tamponada em pH 10, consumiram 20,81 mL de EDTA 0,00830 mol/L numa titulação. O íon Ca 2+ , numa segunda alíquota de 100,00 mL, foi precipitado como CaC2O4, o qual foi filtrado e lavado. O filtrado e as águas de lavagem do precipitado foram titulados com 5,98 mL da mesma solução de EDTA. Calcule o conteúdo (em miligramas) de íons Ca 2+ (MM = 40,08 g/mol) e de Mg 2+ (MM = 24,312 g/mol) na amostra de urina. 2) Cem mL de uma amostra de “água de torneira” foi tamponada em pH 10. Após adição do indicador calmagita foi titulada com EDTA 4,652x10 -3 mol/L tendo sido gastos 38,41 mL para completar a titulação. Calcule a “dureza” da água como: a) ppm de carbonato de cálcio; b) ppm de óxido de cálcio. 37 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 38 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 15: Determinação de Mg 2+ em “Leite de Magnésia” e de Ca2+ em Leite Introdução Vimos na aula anterior que Mg 2+ e Ca 2+ são determinados simultaneamente. Isto ocorre porque as constantes de formação dos dois complexos são muito próximas, dificultando a diferenciação entre eles numa titulação com EDTA, ainda que se ajuste aproximadamente o pH da solução. Estes íons são sempre titulados simultaneamente quando se utiliza o erio-T como indicador. É interessante considerar que o indicador erio-T não pode ser usado na titulação direta somente de cálcio com EDTA, uma vez que ocorre a formação de um complexo muito fraco com íons cálcio, que resulta numa mudança de cor pouco definida no PF da titulação. Para se evitar tal problema costuma-se adicionar uma pequena quantidade de íons Mg 2+ à solução contendo Ca 2+ . O complexo de cálcio com EDTA é mais estável do que o complexo de magnésio com este ligante e, portanto, o Ca 2+ é titulado primeiro. Neste caso deve-se fazer uma correção para compensar a quantidade de EDTA usadapara a titulação do Mg 2+ adicionado. Uma técnica mais elegante consiste em adicionar íons Mg 2+ à solução de EDTA e não à solução que contém íons Ca 2+ como descrito acima. O Mg 2+ reage rapidamente com o EDTA formando o complexo [MgY] 2- , causando uma redução na concentração em mol/L da solução de EDTA, de tal modo que esta solução deve ser padronizada após a adição de Mg 2+ . Esta padronização pode ser feita por meio de uma titulação com CaCO3 dissolvido em HCl 1:1, ajustando o pH e adicionando-se o indicador à solução logo no início da titulação. O indicador erio-T complexa com o Mg 2+ presente na solução de EDTA, uma vez que este íon é deslocado pelo íon Ca 2+ . O complexo [Mg(erio-T)] torna a solução vermelha. No PF a cor volta para azul, já que o Ca 2+ foi titulado pelo EDTA adicionado, deslocando o Mg 2+ do indicador. Procedimentos Preparo de solução de EDTA ~ 0,025 mol/L (contendo Mg 2+ ) Pesar cerca de 9,3 g do sal Na2H2Y.2H2O e transferir para um balão volumétrico de 1 litro. Adicionar cerca de 800 mL de água destilada, agitar até dissolver totalmente o sal, adicionar cerca de 200 mg de MgCl2 e depois diluir até a marca. Padronizar usando solução padrão de Ca 2+ . Padronização A solução padrão de cálcio (0,02 mol/L) pode ser preparada a partir de carbonato de cálcio de alta pureza, previamente seco em estufa a 105 0 C por 2 horas, conforme o seguinte procedimento: Pesar aproximadamente 2 g de carbonato de cálcio (anotando até 0,1 mg), passar para um béquer de 100 mL, adicionar uma quantidade de HCl 1:1 suficiente para dissolver o sólido. Transferir quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 1 litro e completar o volume com água destilada. A partir da massa pesada, calcular a concentração, em mol/L, da solução de cálcio. Para realizar a padronização, transferir três alíquotas de 15,00 mL da solução de Ca 2+ para erlenmeyers de 250 mL. Diluir e adicionar 5,0 mL de solução tampão pH 10. Adicionar o indicador negro de eriocromo- T e titular com a solução de EDTA até viragem do indicador de vermelho-vinho para azul. Determinação de Mg 2+ em “Leite de Magnésia” Pesar, aproximadamente, 2,0 mL de “Leite de Magnésia” (anotar a massa até 0,1 mg). Transferir quantitativamente para um béquer de 100 mL e dissolver com o mínimo de volume de HCl 1:1. Transferir quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 100,0 mL e aferir o volume com água destilada. Pipetar três alíquotas de 15,00 mL, transferir para erlenmeyer de 250 mL. Diluir, adicionar 5,0 mL do tampão de pH = 10 e o indicador erio-T. Titular até viragem de vermelho vinho para azul. Calcular as percentagens de íons Mg 2+ e de Mg(OH)2 na amostra. Determinação de Ca 2+ em leite Pipetar 10,00 mL da amostra de leite e transferir quantitativamente para um erlenmeyer de 250 mL. Diluir, adicionar 5,0 mL de tampão de pH = 10 e o indicador erio-T. Titular com solução de EDTA até aparecimento da cor azul. Calcular o teor de cálcio na amostra de leite expressando o resultado em ppm ou mg/L de Ca 2+ . Questões 1) O cálcio de uma amostra de leite em pó foi determinado calcinando-se 1,500 g da amostra, dissolvendo-se o resíduo em HCl diluído, tamponando-se essa solução com tampão pH 10 e titulando- se o cálcio com EDTA. Nesta titulação foram gastos 12,10 mL da solução de EDTA, a qual havia sido padronizada titulando 10,00 mL de uma solução padrão de zinco (MM = 65,37 g/mol), preparada dissolvendo 0,632 g de zinco metálico em ácido e diluindo a solução para 1,00 litro (10,80 mL de 39 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A EDTA foram gastos nesta padronização). Qual é a concentração em ppm de cálcio na amostra de leite em pó. 2) O manual de laboratório de uma certa indústria mostra o seguinte roteiro para a determinação do teor de cálcio por complexometria: Pesar exatamente 1,0000 g da amostra, dissolver e transferir para balão volumétrico de 100,0 mL completando o volume com água destilada. Retirar três alíquotas de 10,00 mL, transferir para erlemmeyer e diluir para cerca de 70 mL. Adicionar, a cada erlenmeyer, 10 mL da solução tampão pH 10. Titular o cálcio usando EDTA 0,01000 M. Anotar os três volumes, calcular a média e então determinar o teor de carbonato de cálcio (100,0 g/mol) através da fórmula: % (p/p) = V, onde V = média dos volumes de EDTA. Mostre como essa fórmula para calcular o teor de carbonato de cálcio foi obtida. 40 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática no 16: Técnica de mascaramento em complexometria: Determinação simultânea de Ba2+ e Mg2+ Introdução O EDTA é um agente complexante poderoso e que resolveu alguns problemas sérios de medição em Química Analítica, como, por exemplo, a determinação de Ca 2+ e Mg 2+ na avaliação da dureza da água. Esta versatilidade como complexante é também um problema, pois acarreta pouca especificidade do reagente, uma característica fundamental dos processos analíticos. A técnica de mascaramento foi introduzida, então, para resolver tal questão. Na determinação de dois elementos, agentes complexantes ou precipitantes são introduzidos na solução para impedir que um dos íons reaja com o EDTA. Em uma primeira titulação os dois íons são titulados, e em uma segunda, devido ao mascaramento, apenas um dos dois íons é complexado com o EDTA. A diferença fornece o teor do segundo íon. Nesta prática determinaremos o teor de Ba 2+ e Mg 2+ em várias amostras. Você receberá uma amostra cuja concentração dos dois íons é conhecida. Este é o material de referência certificado (MRC) que será utilizado para validar as medições. Procedimentos Padronização da solução de EDTA~0,0125 M Para realizar esta padronização, transfira três alíquotas de 20,00 mL da solução padrão de zinco 0,0100 mol/L para erlenmeyers de 250 mL. Dilua e adicione 5 mL da solução tampão pH 10 e uma pequena quantidade do indicador erio-T. Titule com solução de EDTA até a viragem da cor púrpura para o azul. Calcule a concentração em mol/L da solução de EDTA. Zn 2+ + EDTA [Zn(EDTA)] Análise da amostra contendo Ba 2+ e Mg 2+ Com o auxílio de uma pipeta volumétrica, retire 10,00 mL da amostra (triplicata) e transfira para um erlenmeyer de 250 mL. Dilua, adicione 10 mL de solução tampão pH 10, uma pequena quantidade do indicador erio-T e titule com a solução padronizada de EDTA até a viragem da cor púrpura para o azul. Pipete outra alíquota de 10,00 mL (triplicata) da amostra e transfira para um erlenmeyer de 250 mL. Diluia e adicione 10 mL de solução de Na2SO4 1% p/v. Observe a formação de um precipitado branco de BaSO4. Adicione 10 mL de solução tampão pH 10, uma pequena quantidade do indicador erio-T e titule com a solução padronizada de EDTA até a viragem da cor púrpura para o azul. Calcule os teores dos íons Ba 2+ e Mg 2+ expressando os resultados em g/L. Questões 1) O íon sulfato, presente em uma amostra de massa igual a 247,1 mg, foi precipitado como sulfato de bário pela adição de 25,00 mL de BaCl2 0,03992 mol/L. O precipitado foi removido por filtração e o cloreto de bário, remanescente em solução, consumiu 36,09 mL de EDTA 0,02017 mol/L para a titulação, usando calmagita como indicador. Calcule a percentagem de íon sulfato na amostra. 2) Uma amostra, contendo mercúrio, pesando 1,471 g foi suspensa em CHCl3 e agitada vigorosamente com HNO3 diluído para extrair Hg (II). A titulação do extratorequereu 20,78 mL de KSCN 0,05144 mol/L com Fe (III) agindo como indicador do primeiro excesso do titulante. Calcule a percentagem de HgO (MM = 216,59 g/mol) na pomada. Hg 2+ + 2SCN - Hg(SCN)2 41 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 42 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 17: Análise de calcário usando método clássico e volumetria de complexação Introdução O cálcio é o mais abundante dos elementos dos grupos I e II da Tabela Periódica, constituindo 3,6% da crosta terrestre, enquanto o magnésio, com 2%, ocupa o oitavo lugar entre todos os elementos. Os principais minerais de cálcio são os silicatos, carbonatos, sulfatos, fosfatos e fluoretos. O carbonato de cálcio ocorre em diversas rochas e pode estar presente como calcita e aragonita (CaCO3) além da dolomita (CaCO3.MgCO3). As principais fontes de magnésio são a magnesita (MgCO3) e a dolomita (CaCO3.MgCO3). A análise de um calcário envolve as determinações dos teores percentuais da perda ao fogo (PF), também chamada perda por calcinação (PPC). Esta análise se refere à eliminação de H2O, CO2, matéria orgânica, grafita, etc. geralmente como resultado do aquecimento da amostra a 1000 0 C, durante 1 hora. Além do PPC, são também determinados os teores do resíduo insolúvel em HCl (RI) (que corresponde a SiO2 e/ou silicatos insolúveis) e do R2O3 (sais de Fe 3+ , Al 3+ , etc., determinados como Fe2O3 + Al2O3 + TiO2). Os teores de CaO podem ser determinados através da precipitação do cálcio como oxalato, dissolução desse em meio ácido e titulação do ácido oxálico resultante com permanganato de potássio. Os teores de MgO podem ser determinados por gravimetria, através da precipitação como pirofosfato de magnésio (Mg2P2O7). Além dos dois métodos acima citados, os teores de CaO e MgO podem ser diretamente determinados por titulação com EDTA. Procedimentos Determinação da Perda ao Fogo Tarar um cadinho de porcelana previamente aquecido a 1000 0 C, pesar nele cerca de 1 g da amostra e anotar a massa. Calcinar durante 1 hora em mufla a 1000 0 C. Resfriar em dessecador, pesar novamente e anotar a massa da amostra após o aquecimento. Calcular a percentagem de massa perdida pela amostra como resultado desse aquecimento. Determinação do Resíduo Insolúvel Pesar exatamente cerca de 1 g da amostra e passar para béquer de 250 mL. Umedecer a amostra e adicionar cerca de 15 mL de HCl concentrado. Aquecer em chapa branda até a dissolução da amostra, adicionar 50 mL de H2O, ferver e filtrar para um béquer de 400 mL. Lavar o resíduo com água quente. Colocar o papel com o resíduo em cadinho de porcelana tarado. Calcinar durante uma hora a 1000 0 C. Retirar da mufla e resfriar em dessecador à temperatura ambiente e pesar. Calcular a percentagem desse resíduo, em relação ao peso da amostra. Determinação do R2O3 Ao filtrado resultante da determinação de RI, adicionar 20 g de NH4Cl e gotas de vermelho de metila. Aquecer e adicionar amônia 6 mol/L, gota a gota, com agitação constante até a virada do indicador (vermelho / amarelo). Levar à ebulição e, em seguida, deixar decantar à temperatura ambiente. Filtrar para balão de 500 mL e lavar com água quente. Passar o papel com o precipitado para cadinho de porcelana tarado e calcinar em mufla durante 30 minutos a 800 0 C. Esfriar em dessecador à temperatura ambiente e pesar novamente. Calcular a percentagem desse resíduo, em relação ao peso da amostra. Determinação de CaO e de MgO – Complexometria Pipetar três alíquotas de 50,00 mL da solução obtida na determinação do R2O3 e transferir para erlenmeyer de 250 mL. Adicionar 5 mL da solução tampão pH 10 e uma pequena quantidade do indicador erio-T. Titular com o EDTA 0,05 mol/L, recentemente padronizado, até observação da mudança de coloração de vermelho para azul. Transferir outras três alíquotas de 50,0 mL para erlenmeyers de 250 mL, elevar o pH para 12 com solução de NaOH 1 mol/L (ou seja, adicionando 1 mL dessa solução), adicionar uma pequena quantidade de murexida ou calcon e titular com a mesma solução 0,05 mol/L de EDTA até observar mudança de coloração. Calcular as percentagens de Ca e Mg, como CaO e MgO, respectivamente, existentes na amostra. Questões 1) Os dados de perda ao fogo, resíduo insolúvel em HCl concentrado, R2O3 e de carbonato de cálcio determinados durante as aulas práticas numa amostra de dolomita estão listados abaixo: PF: cadinho vazio = 22,9900 g; cadinho cheio = 23,9456 g; cadinho final = 23,5068 g; RI: massa da amostra inicial = 1,0180 g; cadinho vazio = 21,5515 g; cadinho após calcinação = 21,5771 g 43 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A R2O3: cadinho vazio = 24,8222 g; cadinho após calcinação = 24,8530 g O filtrado foi recolhido num balão volumétrico de 500,0 mL. O volume médio de EDTA 0,050 M gasto na titulação de 50,0 mL desta amostra foi de 19,20 mL. Calcular os teores de PF, RI, R2O3 e carbonato de cálcio. 2) Todo o tálio contido em 9,760 g de uma amostra de veneno para ratos foi oxidada ao estado trivalente e tratada com excesso, não conhecido, de uma solução de [Mg (EDTA)]. A titulação do Mg 2+ liberado consumiu 13,34 mL de EDTA 0,0356 0mol/L para a sua titulação. Calcule a percentagem de Tl2(SO4)3 (MM = 696,9 g/mol) na amostra analisada. Mg(EDTA)] 2- + Tl 3+ [Tl(EDTA)] - + Mg 2+ 44 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 45 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 18: Determinação de alúmem de potássio Introdução Nas aulas práticas de Química Inorgânica, os alunos convertem sucata de alumínio (latas de refrigerante e/ou cerveja) em alúmen. O alúmen, sulfato de potássio e alumínio dodecahidratado, KAl(SO4)2.12H2O, preparado a partir dessas embalagens metálicas, é amplamente usado no tingimento de tecidos, como coagulante na purificação de água, em plantas de tratamento de água residuais e na indústria de papel. Nessa prática, a volumetria de complexação, com titulação de retorno, será utilizada para determinar o teor percentual de Al em amostras de alúmen que tenham sido recentemente preparadas. As reações do íon Al 3+ com EDTA são lentas e para contornar esse problema um excesso de EDTA será adicionado à amostra. Após aquecimento moderado para completar a reação, o excesso de EDTA será titulado com solução padrão de Zn 2+ , preparada conforme procedimentos descritos nas práticas anteriores. Procedimentos Pesar cerca de 0,35 g da amostra de alúmen, transferir para erlenmeyer de 250 ml e dissolver em 50 mL de água destilada. Acrescentar 25,00 mL de EDTA ~ 0,05 mol/L e aquecer na chapa elétrica durante 10 minutos, evitando que entre em ebulição. Deixar resfriar até a temperatura ambiente e, em seguida, adicionar 5 mL da solução tampão pH 10 e uma pequena quantidade do indicador erio-T. Titular com a solução padrão de Zn 2+ 0,02 mol/L. Calcular o teor percentual de Al na amostra e comparar com o valor teórico que é de 5,7%. Questões 1) Um comprimido de antiácido pesando15,476 g foi dissolvido em ácido e diluído para 500,0 mL. O pH de uma alíquota de 25,00 mL desta solução foi tornado suficientemente básico para provocar a precipitação do Al(OH)3. O magnésio que ficou na solução consumiu 16,49 mL de EDTA 0,01043 mol/L na sua titulação. Uma segunda alíquota de 25,00 mL foi retirada do balão de 500,0 mL e tratada com 50,00 mL do EDTA. O pH da solução foi tornado básico e o excesso de EDTA titulado com 11,73 mL de MgCl2 0,005594 mol/L. Calcule a porcentagem dos dois elementos na amostra. 2) Para a determinação de Al 3+ em uma amostra de água procede-se da seguinte maneira: Toma-se uma amostra de 50,0 mL, ajusta-se o pH para 3 e adiciona-se 50,0 mL de solução padrão de EDTA 0,01025 mol/L. Aquece-se a solução a 80 C por uma hora. Após o resfriamento, adiciona-se 20 mL de solução tampão pH 10 e titula-se o excesso de EDTA com solução de MgCl2 0,01248 mol/L, observando-se um consumo de 23,54 mL. Qual é a concentração de Al 3+ na amostra em mg/L? 46 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 4.4 Titulometria Redox O processo de oxidação envolve a perda de elétrons de uma espécie, enquanto a redução envolve o ganho de elétrons. Uma espécie que tem grande afinidade por elétrons é chamada de agente oxidante e uma espécie que doa facilmente um elétron para outra espécie é chamada de agente redutor. Uma reação de óxido-redução pode ser dividida em duas semi-reações que mostram qual espécie perdeu e qual ganhou o elétron. A seguir temos duas semi-reações e a reação global como exemplo: Ce 4+ + e - Ce3+ Semi-reação de redução Fe 2+ Fe 3+ + e - Semi-reação de oxidação Ce 4+ + Fe 2+ Ce3+ + Fe3+ Reação global A volumetria redox depende dos potenciais das semi-reações envolvidas no processo. Porém, além dos potenciais favoráveis, os agentes oxidantes e redutores devem ser estáveis e a substância a ser determinada deve estar em um estado de oxidação definido e estável antes do início da titulação. Esse método é amplamente utilizado na determinação de ferro em vários tipos de amostras. A visualização do ponto final (PF) muitas vezes pode ser feita pela mudança na coloração de uma das espécies envolvidas na reação. Porém, em alguns casos são utilizados indicadores próprios, que podem ser sistemas de óxido-redução. A curva de titulação pode ser construída com valores de potenciais de um dos sistemas em função do volume do titulante. 4.4.1 Práticas Prática n o 19: Determinação de cálcio por titulação indireta com solução de KMnO4 Introdução O cálcio pode ser precipitado sob a forma de oxalato. O precipitado é lavado, dissolvido em ácido sulfúrico e o ácido oxálico liberado é então titulado com solução padrão de permanganato. A precipitação do oxalato de cálcio é conseguida com a elevação do pH da solução que, por sua vez, é realizada com lenta adição de solução de amônia concentrada. Os cristais precipitados da solução quente são relativamente grandes, e podem ser filtrados logo após a precipitação. Isto elimina o período de digestão que seria, de outro modo, requerido. Procedimentos Padronização da solução de KMnO4 ~ 0,04 mol/L Pesar três alíquotas com massas apropriadas de Na2C2O4, passando-as para erlenmeyers de 250 mL. Dissolver o sal com água destilada até o volume de cerca de 100 mL, adicionar 10 mL de H2SO4 1:5 e aquecer até cerca de 60 o C. É importante não permitir que a solução ferva. Titular com solução de KMnO4 até o aparecimento de uma coloração violeta clara estável por 30 segundos. C2O4 2- + MnO4 - + H + → Mn2+ + H2O + CO2 Análise da amostra Pesar exatamente três alíquotas de cerca de 150 mg de carbonato de cálcio, transferir para béquer de 400 mL e adicionar 20 mL de água destilada. Cobrir o béquer, adicionar 5 mL de ácido clorídrico 1:1 e aquecer até dissolução completa da amostra. Diluir com 150 mL de água destilada e adicionar 5 gotas do indicador vermelho de metila. Adicionar 15 mL da solução de oxalato de amônio 5% p/v e deixar a solução ferver. Adicionar, gota a gota, solução de NH3 concentrada até coloração amarela (pH ~5). Filtrar o precipitado branco através de um papel de filtro faixa preta. Lavar o precipitado várias vezes com água destilada até que o precipitado esteja isento de cloreto (faça o teste com solução de AgNO3). Transferir o papel de filtro para um erlenmeyer de 250 mL e adicionar 10 mL de H2SO4 1:5. Aquecer a solução até ~ 60 o C e titular com a solução de permanganato de potássio. Determinar a porcentagem de CaCO3 na amostra. CaCO3 + HCl → Ca 2+ + H2O + CO2 Ca 2+ + C2O4 2- → CaC2O4 CaC2O4 + H2SO4 → CaSO4 + H2C2O4 H2C2O4 + MnO4 - + H + → Mn2+ + H2O + CO2 47 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Questões 1) Explique o motivo pelo qual o precipitado de oxalato de cálcio deve estar isento de cloreto antes da titulação com KMnO4. 2) Suponha que o laboratório não disponha de KMnO4 0,04 M, mas que exista uma solução 0,02 M. Qual (ou quais) modificações você faria no roteiro acima descrito? 48 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 20: Determinação de H2O2 em água oxigenada comercial Introdução O peróxido de hidrogênio que, em solução aquosa, é conhecido comercialmente como água oxigenada, é um líquido claro de fórmula química H2O2. Trata-se de um líquido viscoso e um poderoso oxidante. É incolor à temperatura ambiente e apresenta característico sabor amargo. O peróxido de hidrogênio é instável e quando perturbado, rapidamente se decompõe em oxigênio e água com liberação de calor. Embora não seja inflamável, é poderoso agente oxidante que pode sofrer combustão espontânea em contato com matéria orgânica ou com alguns metais como o cobre ou o bronze. Procedimentos Preparo de solução de KMnO4 ~ 0,02 mol/L Dissolver 3,2 g do sal, completar o volume para 1 litro e deixar esta solução em repouso por 15 dias. Após este período proceder à filtração em funil de placa porosa ou utilizando uma lã de vidro. Para uso imediato pode-se, alternativamente, ferver a solução por cerca de 30 a 60 minutos e, após resfriamento, filtrar através de lã de vidro em funil de haste longa. Padronização Pesar três alíquotas de cerca de 130-140 mg de Na2C2O4 passando para erlenmeyers de 250 mL. Dissolver com água destilada, adicionar 10 mL de H2SO4 1:5 e aquecer até cerca de 60 C. É importante não permitir que a solução ferva. Titular com solução de KMnO4 até o aparecimento de uma coloração violeta clara, estável por 30 segundos. MnO4 - + H + + C2O4 2+ Mn 2+ + H2O + CO2 Com a adição das primeiras gotas do titulante, a cor rósea persistirá por cerca de 1 minuto. Não confundir com o fim da titulação. Esta reação é catalisada por um de seus produtos (o MnSO4). Após a formação das primeiras quantidades desta espécie a reação prosseguirá normalmente. Dosagem de H2O2 Pipetar 10,00 mL da amostra de água oxigenada 20 V, transferir para balão de 250 mL e aferir com água destilada. Tomar três alíquotas de 15,00 mL e transferir para erlenmeyers de 250 mL. Adicionar 20 mL de H2SO4 1:5 e titular com solução de KMnO4 até o aparecimento de uma coloraçãorósea, estável por 30 segundos. H2O2 + MnO4 - + H + Mn 2+ + H2O + O2 Calcular o teor percentual (p/v) de H2O2 na amostra. Questões 1) Uma solução de KMnO4 foi padronizada com uma solução de Fe 2+ em pH 2. A solução de ferro foi preparada dissolvendo 0,7417 g de um arame de ferro puro para 100,0 mL de solução. Então, foram retiradas três alíquotas de 10,0 mL cada e titulou-se com a solução de KMnO4. Para cada uma das titulações foram observados os seguintes volumes: 30,50 mL; 29,90 mL e 30,10 mL. Qual é a concentração da solução de KMnO4 (em mol/L)? Fe 2+ + MnO4 - + H + Fe3+ + Mn2+ + H2O 2) Uma alíquota de Na2C2O4 (padrão primário), com massa de 143,2 mg, foi dissolvida em H2SO4 e titulada com a solução de KMnO4. Se foram consumidos 26,73 mL para atingir o PF, qual é a concentração (mol/L) da solução de KMnO4? MnO4 - + H2C2O4 + H + Mn 2+ + CO2 + H2O 49 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 50 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 21: Determinação de Fe 2+ e ferro total em complexos minerais Introdução Alguns tipos de anemia podem ser tratados pela ingestão de medicamentos contendo ferro. Geralmente o princípio ativo contém íons Fe 2+ na forma de sulfato ferroso ou de outro composto qualquer. Além dos íons ferrosos podem estar presentes também os íons Fe 3+ , adicionados intencionalmente ou provenientes da oxidação de Fe 2+ . A determinação dos teores de ambas as formas é normalmente fácil, porém alguns cuidados devem ser tomados para se evitar a oxidação do Fe 2+ durante o processamento da amostra. Procedimentos Preparo da solução de K2Cr2O7 Pesar exatamente cerca de 0,5 g (anotar até 0,1 mg) do K2Cr2O7 previamente seco em estufa a 110 C por 2 horas. Transferir quantitativamente o sólido para um balão volumétrico de 500,0 mL, dissolver com água destilada e diluir até a marca. Calcular sua concentração, com base na massa tomada. Determinação de ferro total (Fe 2+ e Fe 3+ ) ATENÇÃO: A SOLUÇÃO RESULTANTE DESSA ANÁLISE NÃO DEVERÁ SER JOGADA NA PIA. DEVERÁ SER GUARDADA PARA UM DESCARTE APROPRIADO. Pesar três alíquotas de cerca de 1,0 g da amostra (anotar até 0,1 mg), transferir para erlenmeyer de 250 mL, adicionar 5 mL de HCl concentrado e aquecer até dissolução. Diluir e aquecer até quase a ebulição, adicionar solução de SnCl2, gota a gota, até completo descoramento da solução. Esfriar o erlenmeyer e adicionar 10 mL de solução de HgCl2. Na eventualidade da formação de um precipitado cinza, desprezar a amostra e recomeçar todo o procedimento. A seguir, adicionar 10 mL de H2SO4 concentrado e 15 mL de H3PO4 xaroposo. Resfriar, adicionar o indicador difenilamina e titular com solução padrão de K2Cr2O7. Calcular o teor de ferro expressando o resultado em mg/g. Determinação de Fe 2+ A determinação de Fe 2+ é similar ao procedimento descrito acima para a determinação de ferro total, porém a etapa de redução com a solução de SnCl2 e a adição do HgCl2 não deverão ser realizadas. Uma vez dissolvida a amostra, o Fe 2+ existente poderá sofrer oxidação parcial pela ação do ar, de modo que esta titulação deve ser realizada o mais rapidamente possível. Calcular o teor de Fe 2+ expressando o resultado em mg/g de amostra. 2Fe 3+ + Sn 2+ 2Fe 2+ + Sn 4+ Sn 2+ + 2HgCl2 Sn 4+ + Hg2Cl2 + 2Cl - 6Fe 2+ + Cr2O7 2- + 14H + 6Fe 3+ + 2Cr 3+ + 7H2O Questões 1) O teor de ferro é determinado por titulação com solução padrão de bicromato de potássio após conveniente redução com solução de estanho (II). Que massa de amostra, contendo 56% de ferro deve ser pesada para que, em uma titulação, se consuma 30,0 mL de solução de bicromato de potássio 0,015 mol/L? Fe 3+ + Sn 2+ Fe 2+ + Sn 4+ Fe 2+ + Cr2O7 2- + H + Fe 3+ + Cr 3+ + H2O 2) O teor de ferro em uma amostra de medicamento para anemia foi determinado por reação com dicromato de potássio em meio ácido. Uma massa de 1,000 g da amostra foi devidamente processada e a reação completa consumiu 30,00 mL de dicromato 0,0100 M. a) Calcular o teor de sulfato de ferro da amostra, expressando o resultado em % p/p; b) Calcular a molaridade (em termos de sulfato ferroso) de uma solução preparada ao se dissolver 1,0000 g da amostra em 1,00 L de água. Cr2O7 2- + Fe 2+ + H + Cr 3+ + Fe 3+ + H2O 51 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 52 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 22: Análise de hipoclorito em “Água Sanitária” Introdução Água sanitária é uma solução de hipoclorito de sódio, com forte poder oxidante. Esse hipoclorito é preparado pela reação de Cl2 com solução resfriada de NaOH. A equação: 2OH - + Cl2 ClO - + Cl - + H2O é reversível. Consequentemente, quando a solução é acidulada todo o hipoclorito é convertido em cloro. Por isso, se diz que essas soluções contêm cloro (na realidade, elas produzem cloro). Essas soluções não se conservam, ou seja, estão em constante processo de redução de seu teor de hipoclorito. O teor de hipoclorito nessas soluções é determinado iodometricamente, adicionando-se um excesso de KI, em solução de ácido acético, e titulando-se o iodo liberado (ou I3 - , já que o I2 produzido é dissolvido em excesso de KI) com solução padronizada de Na2S2O3. A solução de Na2S2O3 é padronizada contra uma solução do padrão primário KIO3, na presença de dispersão de amido como indicador. Procedimentos Preparo de solução de Na2S2O3 ~ 0,1 mol/L Pesar cerca de 25 g de Na2S2O3.5H2O, dissolver em pequena quantidade de água destilada fervida e resfriada recentemente. Completar o volume para 1 litro, adicionar duas gotas de clorofórmio e guardar em frasco âmbar. O tiossulfato de sódio tem natureza eflorescente. A água destilada contém CO2 que torna o meio ácido e esta acidez pode causar a decomposição lenta da solução levando à formação de enxofre elementar. S2O3 2- + H + HSO3 2- + S Esta decomposição pode ocorrer por ação bacteriana, especialmente se ficar em repouso muito tempo. Por esta razão, recomenda-se adicionar duas gotas de clorofórmio ou de carbonato de sódio, na proporção de 0,1 g/L. A dispersão de amido (~ 1%) é preparada misturando-se 0,5 g de amido solúvel com 2-3 mL de água destilada e adicionando-se uma “pitada” de HgI2. Esta mistura, em seguida, é adicionada a 50 mL de água destilada fervente, com agitação. O aquecimento é mantido por 2-3 minutos até que a mistura se mostre transparente ou apenas levemente opaca (o HgI2 estabiliza a dispersão de amido, que do contrário precisa ser preparada no momento em que será utilizada). Para preparar uma solução padrão aproximadamente 0,01 mol/L de KIO3, secar cerca de 1,5 g de KIO3 em estufa a 120 0 C por 1-2 horas e resfriar em dessecador por 30-40 minutos. Pesar com todo o rigor possível, cerca de cinco mmol do KIO3, transferir completamente para um béquer de 100 mL e dissolver numa pequena quantidade de água destilada. Transferir em seguida, quantitativamente, para balão volumétricode 500 mL, lavando o béquer com pequenas porções de água destilada (utilizando a garrafa lavadeira). Completar o volume com água destilada e calcular a concentração em mol/L da solução. Padronização de Na2S2O3 ~ 0,1 mol/L O KIO3 é um excelente padrão primário. A sua solução é bastante estável e libera I2 quantitativamente quanto tratada com KI em meio ácido. A liberação de iodo se processa segundo a reação: IO3 - + I - + H + I2 + H2O Transferir três alíquotas de 20,00 mL da solução padrão de KIO3 para frascos erlenmeyers de 250 mL e diluir com água destilada até aproximadamente 100 mL. Logo antes de iniciar a titulação, adicionar cerca de 2 g de KI e 1,0 mL de H2SO4 1:5. Agitar e titular logo em seguida com a solução de Na2S2O3 até que a solução adquira cor amarela clara. Adicionar 1,0 mL da dispersão de amido e continuar titulando até viragem de azul para incolor. Calcular a concentração em mol/L correta da solução de Na2S2O3. I2 + S2O3 2- I - + S4O6 2- Determinação da percentagem de hipoclorito Utilizando uma bureta, medir 15,00 mL da amostra e diluir com água destilada para 250,00 mL num balão volumétrico. Para a titulação do hipoclorito, transfirir três alíquotas de 50,00 mL da solução diluída da amostra para erlenmeyers de 250 mL. No momento de iniciar a titulação com a solução de Na2S2O3 ~ 0,1 mol/L, colocada numa bureta de 25 mL, adicionar 2 g de KI e 10 mL de ácido acético glacial. Titular o iodo liberado até que a solução esteja praticamente descorada. Junte, então, 2,0 mL da dispersão de amido e titule até completo descoramento. Efetue seus cálculos, com base nas equações: ClO - + I - + H + Cl - + I2 + H2O I2 + S2O3 2- I - + S4O6 2- 53 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Questões 1) A uma massa de 0,1200 g de K2Cr2O7 se agrega excesso de KI e H2SO4. O iodo liberado é titulado com 22,85 mL de solução de Na2S2O3. Qual é a concentração (mol/L) da solução de tiossulfato de sódio? Cr2O7 2- + I - + H + Cr 3+ + I2 + H2O 2) Uma amostra de 0,1250 g de Cu metálico é dissolvida em HNO3. O Cu 2+ resultante é reduzido pela ação do I - e o I2 liberado consome, em uma titulação, 21,10 mL da solução de Na2S2O3. Qual a concentração (mol/L) do Na2S2O3? Cu 2+ + I - CuI + I2 54 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Prática n o 23: Determinação de ácido ascórbico - Vitamina C Introdução O ácido ascórbico (ou vitamina C) é um agente redutor moderadamente forte e pode ser determinado por titulação com solução de iodo que oxida o ácido ascórbico a ácido hidroascórbico. O iodo, por sua vez, é reduzido a iodeto: I2 + C6H8O6 2I - + 2H + + C6H6O6 A vitamina C pode ser rapidamente oxidada pelo oxigênio dissolvido na solução. Essa reação é tão mais rápida quanto mais elevado o pH do meio. Assim, as amostras devem ser analisadas o mais rápido possível depois de dissolvidas. A pequena oxidação causada pelo oxigênio já dissolvido na solução não é significativa, mas a agitação contínua do erlenmeyer aberto pode absorver uma quantidade de oxigênio suficiente para causar erro. Como agente oxidante utiliza-se o iodo e este por sua vez é padronizado com solução de Na2S2O3. Portanto, o preparo e a padronização de ambas as soluções é uma etapa importante que antecede a determinação do ácido ascórbico. Procedimentos Preparo de solução de I2 ~ 0,05 mol/L Pesar 20,0 g de KI, transferir para béquer de 250 mL e dissolver em cerca de 40 mL de água destilada. Pesar cerca de 12,7 g de I2 ressublimado (cuidado - usar balança comum), transferir para o béquer que contém a solução concentrada de KI. Agitar a frio até que todo o iodo esteja dissolvido. Transferir para balão volumétrico de 1 litro, completar o volume e armazenar em frasco âmbar de rolha esmerilhada. Manter em local escuro e fresco. Padronização Transferir três alíquotas de 20,00 mL da solução de iodo para erlenmeyers de 250 mL. Titular com solução padrão de Na2S2O3 ~ 0,1 mol/L até que a solução se torne amarela clara. Adicionar 2,0 mL da dispersão de amido e continuar a titulação até viragem de azul para incolor. Calcular a concentração em mol/L da solução de I2. Determinação de ácido ascórbico Usa-se como amostra comprimidos de vitamina C (Cebion, Redoxon). Dependendo do tipo de amostra recebida, um comprimido inteiro pode levar muito tempo para dissolver ou pode possuir uma massa de ácido ascórbico muito grande para essa titulação. É recomendável que cada comprimido seja quebrado de tal forma que sua massa seja equivalente a 400-500 mg de ácido ascórbico. Dissolver a amostra pesada em balão volumétrico de 100,0 mL, adicionando aproximadamente 50 mL de água destilada. Fechar o frasco e agitar fortemente até que todo o material se dissolva. Uma pequena quantidade de agente aglutinante nos comprimidos pode não se dissolver e ficar visível como pequenas partículas brancas que não causarão erro. Completar o volume do balão com água destilada. Pipetar três alíquotas de 25,00 mL e transferir para erlenmeyer de 250 mL. Adicionar 2,0 mL de solução de goma de amido. Titular rapidamente com a solução de I2 até o aparecimento de uma coloração azul. Calcular o teor percentual de ácido ascórbico na amostra. Questões 1) Você agora é um professor de Química Analítica e está preparando uma aula prática. Nela você vai utilizar uma solução de KMnO4 0,04 mol/L. Que massa de oxalato de sódio você vai dizer ao seu aluno para pesar, de modo que na padronização sejam consumidos cerca de 15 mL de solução? 2) A tioacetamida é hidrolisada em água formando sulfeto de hidrogênio. 50,00 mL de uma solução aquosa de tioacetamida foram fervidos por 10 minutos e os gases recolhidos em uma solução diluída de NaOH. Esta solução consumiu 31,84 mL de solução de KMnO4 0,06155 mol/L na titulação. Calcule a concentração (mol/L) de tioacetamida na solução original. CH3CS(NH2) + H2O CH3CO(NH2) + H2S H2S + MnO4 - + H + SO4 2- + Mn 2+ + H2O 55 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 56 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Capítulo 5 - Exercícios complementares 5.1 Gravimetria 1) Tratou-se 25 mL de solução de HCl com um excesso de AgNO3. Formou-se assim um precipitado de AgCl cuja massa é 0,3931 g. Qual a massa de HCl puro presente em 250 mL de solução? 2) Uma amostra de K2CO3 pura foi aquecida para retirar o CO2. Se a perda de massa da amostra foi de 0,9554 g, qual foi a massa de amostra pesada? 3) Uma mistura de 1,2221 g de NaCl e 2,5012 g de CaCO3 foi calcinada de modo a converter o CaCO3 em CaO. Qual é a massa da mistura após a calcinação? 4) Que quantidade de BaCl2.2H2O deve ser usada para precipitar todo o sulfato de 0,2721 g de Na2SO4? 5) Que massa de (NH4)2C2O4.H2O deve ser pesada para precipitar todo o cálcio de 0,8213 g de CaSO4? 6) Uma amostra de alúmen de potássio [K2Al2(SO4)4.24H2O] foi dissolvida em água e o alumínio precipitado com NH3. Este precipitado foi calcinado formando o Al2O3. Se uma amostra de alúmem, pesando 2,145 g, dá origem a 0,2280 g do Al2O3, qual a porcentagem de Al na amostra original? 7) Uma análise de magnésio é realizadapela precipitação deste elemento com fosfato de amônio e subsequente calcinação dando origem ao Mg2P2O7. Uma amostra pesando 0,4771 g fornece 0,2509 g de Mg2P2O7. Qual a porcentagem de MgO na amostra? 8) Calcular a massa de óxido de cobre (II) obtida a partir de 2,54 g de cobre metálico. 9) Que massa de cobre é liberada na reação de 3,6 g de zinco metálico com sulfato de cobre (II)? 10) Quantos gramas de precipitado são obtidos na reação de 2,34 g de sal comum de cozinha com nitrato de prata? 11) Queimam-se 8,00 mg de carbono completamente. O gás obtido é recolhido em uma solução de Ba(OH)2 produzindo o BaCO3. Calcule a massa do carbonato obtida. 12) Quantos gramas de KClO3 são necessários para formar oxigênio suficiente para queimar completamente 25,00 mg de Fe e formar Fe3O4? KClO3 KCl + O2 Fe + O2 Fe3O4 13) Analisando uma amostra de sal de cozinha constatou-se que ela encerra 54% de cloreto. Supondo que todo o cloreto seja devido ao NaCl, qual a porcentagem deste sal nesta amostra? 14) Deseja-se obter 40,0 g de mercúrio segundo a reação abaixo, usando HgS 80% puro. Qual a massa desse sulfeto a ser empregada? HgS + O2 Hg + SO2 15) Uma amostra de 523,1 mg de brometo de potássio impuro foi tratada com excesso de nitrato de prata, sendo obtidos 814,5 mg de brometo de prata. Qual é a pureza do brometo de potássio? 16) Que peso de óxido de ferro (III) pode ser obtido de 0,4823 g de uma amostra de um fio de ferro 99,89% puro? Como se processaria essa transformação? 17) O conteúdo de alumínio em uma liga foi determinado gravimetricamente, sendo o alumínio precipitado com 8-hidroxiquinoleina (oxina) produzindo Al(C9H6ON)3. Supondo que 1,021 g de uma amostra produziram 0,1862 g de precipitado, qual é a porcentagem de alumínio da liga? 18) O conteúdo de ferro de um minério deverá ser determinado por gravimetria, pesando-o como óxido de ferro (III). Os resultados devem ser obtidos com quatro algarismos significativos. Se a proporção de ferro no minério varia entre 11 e 15%, qual deve ser o mínimo de amostra que deve ser tomada para que sejam obtidos 100,0 mg de precipitado? 19) O cloreto de 0,12 g de uma amostra de cloreto de magnésio 95% puro deve ser precipitado na forma de cloreto de prata. Calcule o volume de solução de nitrato de prata 0,100 mol/L necessário para precipitar todo o cloreto e ainda fornecer um excesso de 10%. 20) Íons amônio podem ser analisados por precipitação com ácido hexacloroplatínico na forma de hexacloroplatinato (IV) de amônio que, após calcinação, transforma-se em platina metálica. Calcule a percentagem de amônia em 1,00 g de uma amostra que produziu 0,100 g de platina, por este método. 21) Uma amostra contendo apenas os óxidos de cálcio e bário pesa 2,00 g. Após transformar esses óxidos nos correspondentes sulfatos o peso é igual a 4,00 g. Calcule as percentagens de óxido de cálcio e óxido de bário na amostra original. 22) Uma mistura contendo apenas sulfato de bário e sulfato de cálcio contém uma percentagem de íons bário igual a 50% da percentagem de íons cálcio. Qual é a percentagem de sulfato de cálcio na mistura? 23) Uma mistura contendo apenas cloreto e brometo de prata pesa 2,000 g. Essa mistura é quantitativamente reduzida à prata metálica, pesando 1,300 g. Calcule o peso de cloreto de prata e de brometo de prata na mistura original. 57 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 24) Calcule a porcentagem de Fe em: a) FeO; b) Fe2O3; c) Fe3O4. 25) Uma amostra de 350 mg contendo KClO3 foi convenientemente reduzida e tratada com solução de AgNO3. O AgCl resultante tinha a massa de 185 mg. Calcule a porcentagem de KClO3 na amostra original. 26) Uma amostra de bronze com massa de 712 mg foi dissolvida e tratada de modo a precipitar sucessivamente SnS2, CuS, ZnNH4PO4.2H2O e PbSO4. Cada precipitado foi separado e calcinado para produzir: 83,2 mg de SnO2; 700,5 mg de CuO; 50,6 mg de ZnP2O7 e 36,3 mg de PbSO4. Calcule a porcentagem de cada metal no bronze. 27) Um algicida comercial contendo um composto orgânico de cobre foi tratado com ácido nítrico concentrado e evaporado até secura. Depois da dissolução do resíduo com ácido clorídrico o cobre foi precipitado com -benzoína. Para uma amostra com massa igual a 15,443 g obteve-se um precipitado, Cu(C14H12NO2)2, com 0,6314 g. Calcule a porcentagem de Cu na amostra original. 28) O cálcio de uma amostra de calcário pesando 607,4 mg foi precipitado com oxalato de cálcio e calcinado a uma temperatura suficiente para transformá-lo em carbonato de cálcio, cuja massa é 246,7 mg. a) Calcule a porcentagem de Ca na amostra; b) Suponha que a amostra tivesse sido calcinada a uma temperatura alta o suficiente para transformar o oxalato em óxido de cálcio. Qual seria a massa de CaO obtida? 29) Um ensaio de perda por calcinação (PPC) fornece o teor de voláteis em uma amostra (basicamente H2O e CO2). Considere um sedimento que é composto de quartzo (SiO2), hematita (Fe2O3) e goethita (FeOOH). Uma amostra pesando 1,0054 g, após o ensaio de PPC pesa 0,9763 g. Com este resultado calcule o teor de água (em g/Kg) e avalie o teor de goethita (em g/kg) na amostra. 30) Considere agora uma amostra contendo quartzo (SiO2) e magnesita (MgCO3). Uma amostra pesando 2,446 g é submetida ao ensaio de PPC em atmosfera de nitrogênio por 30 minutos. Após o resfriamento a amostra pesou 2,216 g. Calcule os teores de magnesita e de quartzo em % p/p. 31) Que volume de solução de (NH4)2HPO4 0,214 mol/L é necessário para se precipitar todo o cálcio de uma amostra de 1,0 g na forma de Ca3(PO4)2. Esta amostra contém 9,74% de Ca. 32) Um comprimido de um antiácido pesando 3,084 g foi dissolvido em um béquer. Esta solução foi transferida para um balão volumétrico de 100 mL e o volume completado com água destilada. A uma alíquota de 25,0 mL adiciona-se 8-hidroxiquinolina suficiente para precipitar o Al e o Mg. Após calcinação os óxidos formados pesaram 0,1775 g. Toma-se uma segunda alíquota de 25,0 mL e adiciona-se solução de NH3 para precipitar o Al como Al(OH)3. Após calcinação a 800 C o precipitado pesou 0,1167 g. Calcule a porcentagem de Al e Mg na amostra do antiácido. 58 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 5.2 Volumetria ácido-base 1) Que diferença existe entre “Ponto Final” e “Ponto de Equivalência” numa titulação? 2) Defina um padrão primário. Cite exemplos. 3) Por que devemos padronizar uma solução antes de utilizá-la em uma titulação? 4) O que é uma “titulação em branco”? Por que ela reduz o erro numa titulação? 5) Descreva a diferença entre ácidos fortes e ácidos fracos e entre bases fortes e bases fracas. Dê três exemplos de cada. 6) O que é um anfótero? Dê três exemplos. 7) Que caráter (ácido, básico ou neutro) você espera que as soluções das substâncias abaixo tenham? Por quê? NaCl, NaOAc, KNO3, NH4Cl, KHCO3. 8) Calcule o pH e a concentração hidrogeniônica de cada uma das seguintes soluções: a) Ácido perclórico 0,100 mol/L b) Hidróxido de sódio 0,100 mol/L 9) Calcule o pH de uma solução 0,010 mol/L de ácido acético nas seguintes condições: a) Solução aquosa b) Solução aquosa, contendo também ácido clorídrico 0,100 mol/L 10) Calcule o pH de uma solução 0,010 mol/L de ácido dicloroacético nas mesmas condições do exercício anterior. 11) Um ácido orgânico monoprótico tem constante de dissociação, Ka igual a 6,7.10 -4 e encontra-se 3,5% ionizado quando 100 g dele foram dissolvidos em 1,0 L de solução aquosa. Calcule a massa molecular desse ácido. 12)Qual é a concentração de uma solução de ácido acético na qual ele se encontra 3% dissociado? 13) O pH de uma solução 0,20 mol/L de uma amina primária, RNH2, é 8,42. Calcule a constante de dissociação dessa amina. 14) Calcule o pH e a percentagem de dissociação de: a) Ácido acético 0,01 mol/L b) Ácido fórmico 0,1 mol/L c) Amônia 0,01 mol/L d) Cloreto de amônio 0,01 e 0,001 mol/L e) Acetato de sódio 0,01 e 0,001 mol/L f) Carbonato de sódio 0,100 mol/L g) Ácido sulfúrico 0,01 mol/L 15) Calcule o pH das soluções preparadas conforme descrito a seguir: a) Diluindo-se 1 mL de ácido clorídrico concentrado (36% p/p, d = 1,2 g/mL) para um volume de 250 mL b) Dissolvendo-se 2,5 g de hidróxido de sódio em água e diluindo-se para um volume final de 250 mL c) Diluindo-se 20,0 mL de hidróxido de sódio 2 mol/L para 100 mL d) Dissolvendo-se 0,080 g de hidróxido de sódio em 100 mL de água e adicionando-se a esta solução 20 mL de ácido clorídrico 0,050 mol/L e) Misturando-se 2,0 mL de uma solução de ácido forte, pH 3,0, com 3,0 mL de base forte, pH 10,0 16) Calcule o pH de uma solução que contém ácido fórmico 0,050 mol/L e formiato de sódio 0,100 mol/L. 17) Calcule o pH de uma solução preparada misturando-se volumes iguais de ácido acético 0,050 mol/L e hidróxido de sódio 0,025 mol/L. 18) Calcule o pH de uma solução preparada misturando-se 5,0 mL de amônia 0,100 mol/L com 10,0 mL de ácido clorídrico 0,200 mol/L. 19) Um tampão ácido acético-acetato tem pH 5,00 e concentração de acetato de sódio igual a 0,100 mol/L. Calcule seu pH após a adição de 10 mL de hidróxido de sódio 0,100 mol/L a 100,0 mL desse tampão. 20) Uma solução tampão foi preparada adicionando-se 25,0 mL de uma solução 0,050 mol/L de ácido sulfúrico a 50,0 mL de solução 0,100 mol/L de amônia. Qual é o pH desse tampão? 21) Qual é o pH de um tampão que contém hidrogenoftalato de potássio 0,25 mol/L e ftalato de potássio 0,15 mol/L? 22) Calcule o pH da solução resultante ao serem misturados 25,0 mL de hidróxido de sódio 0,100 mol/L com 50,0 mL de cada uma das seguintes soluções: a) Água pura b) Hidróxido de sódio 0,100 mol/L c) Ácido clorídrico 0,150 mol/L d) Ácido clorídrico 0,050 mol/L 59 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A e) Ácido sulfúrico 0,010 mol/L f) Ácido acético 0,200 mol/L 23) Que massa de hidrogenocarbonato de sódio deve ser misturada a 10,0 mL de uma solução 5 mol/L de carbonato de sódio para se preparar 1,0 litro de uma solução cujo pH é 10,0 ? 24) Qual o pH final das soluções preparadas misturando (tente escrever as equações na sua forma iônica): a) 15 mL de NH3 0,200 mol/L com 10 mL de HCl 0,100 mol/L e diluindo para 250 mL b) 30 mL de Na2CO3 0,150 mol/L com 30 mL de HNO3 0,100 mol/L e diluindo para 200 mL c) 40 mL de NH4Cl 0,100 mol/L com 20 mL de NaOH 0,150 mol/L e diluindo para 250 mL d) 10 mL de HOAc 0,200 mol/L com 20 mL de NaOH 0,100 mol/L e diluindo para 100 mL 25) Qual o pH de uma solução de Na2C2O4 0,028 mol/L? 26) Uma solução é preparada dissolvendo-se 6,005 g de ácido acético (ou volume correspondente) e completando-se o volume com água destilada para 1,0 litro. Uma alíquota de 50,0 mL dessa solução é retirada e titulada com NaOH 0,100 mol/L. Calcule o pH quando a) 0,0; b) 20,0; c) 50,0; d) 100,0 de NaOH forem adicionados. 27) Que massa de NH4Cl deve ser adicionada a 100 mL de solução de NH3 0,300 mol/L para se obter uma solução cujo pH é 9,00? 28) Que massa de NH4Cl está presente em 500 mL de solução deste sal cujo pH é 5,00? 29) Faça o esboço das curvas de titulação de a) 50,00 mL de HCl 0,1000 mol/L com NaOH 0,1000 mol/L e b) 50,00 mL de HCl 0,0010 mol/L com NaOH 0,0010 mol/L. Considerando os indicadores: fenolftaleína, alaranjado de metila e azul de timol, quais podem ser empregados no exemplo a e quais no exemplo b. Demonstre graficamente nas curvas de titulação, a variação de pH no ponto de equivalência com as respectivas faixas de viragem destes três indicadores. 30) Uma alíquota de 30,00 mL de HCl 0,100 mol/L foi titulada com NaOH 0,100 mol/L. Calcule o pH da solução resultante após a adição de 20%, 50%, 95%, 100% e 105% do volume de hidróxido de sódio correspondente ao ponto de equivalência. 31) Calcule o pH quando 0,0; 10,0; 25,0; 50,0 e 60,0 mL do titulante NaOH 0,100 mol/L são adicionados a 25,0 mL do ácido HA 0,200 mol/L (Ka = 2,0.10 -5 ). 32) Calcule o pH quando 0,0; 10,0; 25,0 e 30,0 mL do titulante HCl 0,200 mol/L são adicionados a 50,0 mL de NaOH 0,100 mol/L. Sugira um indicador adequado. 33) Determine a região onde ocorre a variação brusca de pH e o ponto de equivalência na curva de titulação de amônia (NH3, solução aquosa) com ácido nítrico, ambos 0,500 mol/L. Sugira um indicador adequado. Justifique. 34) Considere a titulação de 50,0 mL de NH3(aq) 0,1026 mol/L com HCl 0,2130 mol/L. Calcule o pH nas situações dadas a seguir e sugira um indicador: a) antes da adição de qualquer titulante; b) após a adição de 10,0 mL do titulante; c) no ponto de equivalência e d) após a adição de 10,0 mL do titulante depois do ponto de equivalência. 35) Uma amostra pesando 0,5720 g da mistura NaHCO3, Na2CO3 e impurezas inertes é titulada com HCl 0,1090 mol/L. Para alcançar o ponto de viragem da fenolftaleína (pH entre 8 e 10) foram gastos 15,7 mL do titulante e para a viragem do alaranjado de metila (pH entre 3 e 4) foram gastos 43,8 mL do titulante. Qual é a percentagem de Na2CO3 na mistura? 36) Uma amostra de bicarbonato de sódio pesando 0,4671 g foi dissolvida e titulada com uma solução de HCl, tendo sido gastos 40,72 mL. A solução de HCl foi padronizada titulando 0,1876 g de carbonato de sódio puro e seco. Nesta titulação foram gastos 37,86 mL. Calcule a percentagem de bicarbonato de sódio na amostra. HCO3 - + H + H2O + CO2 CO3 2- + 2H + H2O + CO2 37) Uma solução padrão de carbonato de sódio foi preparada dissolvendo-se 587,6 mg desse padrão primário para um volume final de 250,0 mL. A seguir foram preparados dois erlenmeyers (a e b) de 250 mL. No erlenmeyer (a) foram colocados 25,00 mL da solução padrão de carbonato de sódio, 50 mL de água destilada e 25,00 mL de uma solução de HCl. Após aquecimento para liberar o gás, o excesso de HCl foi titulado com uma solução de NaOH, tendo sido gastos 12,50 mL dessa solução na titulação. No erlenmeyer (b) foram colocados 75 mL de água destilada e 25,00 mL da mesma solução de HCl. Para titular esta solução foram gastos 22,70 mL da solução de NaOH. Calcule as concentrações das soluções de HCl e de NaOH. 38) Uma alíquota de 5,00 mL de vinagre de vinho foi diluída e titulada com NaOH 0,1104 mol/L consumindo 32,88 mL para atingir o ponto final com fenolftaleína. Se o vinagre tem uma densidade de 1,055 g/mL, calcule sua acidez em % de CH3COOH. 60 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 39) A concentração de hidrogenofosfato e dihidrogenofosfato numa amostra de sangue foi determinada como 0,003 mol/L. Se o pH dessa amostra de sangue é igual a 7,45, quais são as concentrações dos íons dihidrogenofosfato e hidrogenofosfato, respectivamente, nessa amostra? 40) Uma alíquota de 100,0 mL de uma solução contendo HCl e H3PO4 é titulada com NaOH 0,200 mol/L. O ponto final indicado pelo vermelho de metila é atingido com 25,00 mL e o ponto final indicado pelo azul de bromotimol é atingido 10,00 mL depois (total de 35,00 mL). Determine as concentrações dos dois ácidos na amostra (vermelho de metila: pH entre 4,2 e 6,3 – timolftaleína: pH entre 9,3 e 10,5). 41) Uma amostra de P2O5 contém uma pequena quantidade de H3PO4 como impureza. Reage-se, então, uma amostrapesando 0,405 g com água e a solução resultante é titulada com NaOH 0,250 mol/L. Se 42,5 mL são consumidos na titulação, qual a porcentagem de impureza de H3PO4 na amostra de P2O5? P2O5 + 3H2O 2H3PO4 H3PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2O 42) Para padronizar uma solução de ácido sulfúrico, uma amostra pura de Na2B4O7.10H2O, pesando 2,4000 g foi dissolvida em 200,0 mL. Uma alíquota de 20,00 mL da solução de ácido sulfúrico gasta 33,85 mL da solução de bórax. Calcule a concentração em mol/L do H2SO4. B4O7 2- + 7H2O 2B(OH)3 + 2B(OH)4 - 2B(OH)4 - + H2SO4 2B(OH)3 + SO4 2- + 2H2O 43) Para se padronizar uma solução de ácido clorídrico pesa-se uma massa de 0,1724 g de Na2C2O4. Esta massa é calcinada, fornecendo Na2CO3. Esta quantidade de carbonato é, então, dissolvida em uma quantidade arbitrária de água. O volume de solução do ácido gasto na titulação foi de 27,65 mL. Qual é a concentração, em mol/L, do ácido? 44) Uma amostra de bicarbonato de sódio, pesando 4,671 g, foi dissolvida em 250,0 mL. Uma alíquota de 25,00 mL foi titulada com uma solução de HCl, tendo sido gastos 40,72 mL. A solução de HCl foi padronizada titulando 0,1876 g de carbonato de sódio puro e seco. Nesta titulação foram gastos 37,86 mL. Calcule a porcentagem de bicarbonato de sódio na amostra. 45) Que massa de Na2B4O7.10H2O deve ser pesada para se preparar 500 mL de solução que será utilizada na padronização de 25,00 mL de solução de HCl 0,1 mol/L? 46) Uma amostra de fermento em pó químico, pesando 3,750 g e contendo Na2CO3, NaHCO3 e material inerte foi dissolvida em água destilada para 500,0 mL. Uma alíquota de 50,0 mL desta solução consumiu 46,93 mL de HCl 0,1208 mol/L para atingir o ponto final com vermelho de metila. Outra alíquota de 50,00 mL foi tratada com 10,00 mL de NaOH 0,2506 mol/L para converter todo o bicarbonato a carbonato que foi precipitado com a adição de BaCl2. Depois da remoção do BaCO3 precipitado o excesso de NaOH foi titulado com 14,09 mL de HCl 0,09783 mol/L. Calcule a porcentagem de Na2CO3 e de NaHCO3 na amostra. 47) Uma amostra de “Leite de Magnésia” [Mg(OH)2] pesando 0,5045 g foi transferida para um béquer de 200 mL e a ela adicionados 50,00 mL de solução de HCl 0,1023 mol/L. A solução resultante foi transferida para um balão de 100,0 mL. Retirou-se uma alíquota de 20,00 mL, transferindo-a para um erlenmeyer de 250 mL e adicionando-se 100 mL de água. A titulação em presença de fenolftaleína com solução de NaOH 0,0503 mol/L consumiu 17,30 mL. Calcule a porcentagem de Mg(OH)2 na amostra. Descreva o procedimento a ser seguido para o preparo de 0,50 L de uma solução tampão pH 5, a partir de ácido acético e acetato de sódio. Dados: Ka = 1,75 x 10 -5 48) Uma massa de 500 mg de uma amostra contendo fósforo foi pesada. Esta massa foi dissolvida em 2 mL de HNO3 concentrado. À solução resultante foram adicionados 50 mL de água e 2 g de nitrato de amônio. A solução foi aquecida a 60 C e a ela foram adicionados, com forte agitação, 50 mL de solução de molibdato de amônio para precipitação do P. Após repouso, o precipitado de (NH)3PO4.12MoO3 foi filtrado, lavado com solução de KNO3 até eliminação da acidez. O papel de filtro contendo o precipitado foi transferido para um erlenmeyer e a ele foram adicionados 50,00 mL de solução de NaOH 0,100 mol/L para dissolver o (NH)3PO4.12MoO3 de acordo com a reação a seguir. O excesso de NaOH foi titulado com solução de HCl 0,100 mol/L em presença de fenolftaleína, com um consumo de 12,90 mL. Calcule a porcentagem de P na amostra original. (NH4)3PO4.12MoO3 + 23OH - 3NH4 + + HPO4 2- + 12MoO4 2- + 11H2O 61 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 5.3 Volumetria de precipitação 1) O Fe(OH)3 é pouco solúvel. Variações na concentração de íons H + e, portanto, no pH, afetam a solubilidade deste composto em soluções aquosas. Qual é a concentração máxima de íons Fe 3+ em uma solução cujo pH é igual a 3? Fe(OH)3 Fe 3+ + 3OH - Kps = 3,2 X 10 -38 2) É possível separar os íons Fe (III) e Co (II) através de precipitação na forma dos hidróxidos, em uma solução em que ambos estejam na concentração de 0,010 mol/L? (Considere o íon eliminado da solução quando sua concentração for reduzida a 0,1 % do valor original). Kps (Co(OH)2) = 6,3 X 10 -15 3) Calcule as concentrações dos íons cloreto e prata numa solução saturada de cloreto de prata, bem como a solubilidade desse sal em: a) mol/L; b) mg/mL e c) mg/L. Kps = 1,8 x 10 -10 4) Escreva as expressões do produto de solubidade (Ks) dos seguintes compostos: a) Tiocianato de prata b) Iodato de lantânio c) Brometo de mercúrio (I) d) Dicianoargentato (I) de prata e) Hexacianoferrato (II) de zinco f) Sulfeto de bismuto 5) Iodeto de bismuto dissolve-se em água na proporção de 7,76 mg/L. Calcule seu Kps. 6) Suponha que 10 mL de solução de AgNO3 0,20 mol/L tenham sido adicionados a outros 10 mL de NaCl 0,10 mol/L. Calcule as concentrações dos íons prata e cloreto nessas condições. 7) Calcule as concentrações de íons prata e cromato numa solução saturada de cromato de prata. 8) Calcule a solubilidade do iodeto de chumbo, em g/L. 9) Compare a solubilidade do sulfato de chumbo com a do iodeto de chumbo. 10) Quantos moles de cloreto de chumbo podem ser dissolvidos em 300 mL de água? 11) Calcule a concentração de íons bário em equilíbrio em solução após serem misturados 15,0 mL de cromato de potássio 0,200 mol/L, e 25,0 mL de cloreto de bário 0,100 mol/L. 12) Que massa de arsenato de prata pode ser dissolvida em 250 mL de água? 13) Qual é a solubilidade de cromato de prata em cromato de potássio 0,100 mol/L? 14) Os compostos AB e AC2 têm o mesmo produto de solubilidade, que é igual a 4,0x10 -18 . Qual deles é o mais solúvel? 15) Entre sulfeto de bismuto (III) e sulfeto de cobre (II), qual é o mais solúvel? 16) Que massa de fluoreto de cálcio pode ser dissolvida em 500 mL de uma solução de fluoreto de sódio 0,025 mol/L? 17) Quantos moles de iodeto de chumbo podem ser dissolvidos em 250 mL de uma solução de nitrato de chumbo 0,0426 mol/L? 18) Suponha que 25 mL de solução de nitrato de prata 0,064 mol/L tenham sido misturados com 20 mL de uma solução 0,025 mol/L de brometo de sódio. Calcule a concentração de íons prata e brometo na solução. 19) Tem-se 25,0 mL de uma solução 0,050 mol/L de cloreto de sódio e 0,010 mol/L de cromato de potássio. A esta solução, adiciona-se, gota a gota, uma solução 0,100 mol/L de nitrato de prata. Pergunta-se: a) Que sal precipita primeiro ? Por quê? b) Com qual volume da solução de nitrato de prata começa a precipitação do outro sal? 20) Alguns cristais de NaI são adicionados a uma solução de Pb(NO3)2 0,10 mol/L e AgNO3 0,10 mol/L. Que sal se precipita primeiro? Por quê? 21) Qual é a solubilidade do BaCO3 em água? Qual é a concentração do cátion em solução (expresse a concentração em mol/L e mg/L)? 22) Considere uma solução contendo Ag+ e Cu+ cada um na concentração de 0,20 mol/L. Adiciona-se continuamente uma solução de NaI. Em que ordem os sais se precipitarão? 23) Uma solução de nitrato de prata 0,1306 mol/L foi titulada com solução 0,1149 mol/L de tiocianato de potássio. Calcule pAg nos seguintes pontos da titulação: a) antes da adição do titulante b) após adição de 50% do titulante c) após adição de 99% do titulante d) no ponto de equivalência e) após adição de 101% do titulante 24) Uma amostra de manteiga de massa igual a 500,0 mg foi aquecida e vigorosamente agitada com água. O material insolúvel em água foi removido por filtração e a porção aquosa foi acidificada com HNO3 62 C AD E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 1,0 mol/L. Após adição do indicador (Fe(NO3)3, 0,025 mol/L) em quantidade adequada, essa solução foi tratada com 10,00 mL de nitrato de prata 0,1755 mol/L para precipitar íon cloreto e, após adição de pequena quantidade de nitrobenzeno, foram necessários 14,22 mL de tiocianato de potássio (KSCN) 0,1006 mol/L para titular o excesso de prata. Calcular a percentagem de NaCl presente na amostra de manteiga. 25) A determinação de cloreto, brometo, iodeto e tiocianato através de retrotitulação, usando nitrato de prata em excesso, tiocianato de potássio como titulante e alúmen férrico como indicador, é chamado de Método de Volhard. Calcule a concentração de cloreto em g/L e em ppm em uma amostra de água do mar que foi titulada da seguinte maneira: Uma alíquota de 10,00 mL da amostra foi tratada com 15,00 mL de solução de nitrato de prata 0,1182 mol/L. O excesso de prata foi titulada com tiocianato de potássio 0,1010 mol/L recentemente padronizada e houve gasto de 2,38 mL para alcançar o ponto final, isto é, onde ocorreu a formação do complexo vermelho [Fe(SCN)] 2+ , proveniente da reação indicadora. 26) O iodeto contido em uma amostra de iodeto de potássio foi analisado pelo método de Volhard. Uma amostra pesando 1,9752 g foi dissolvida e a esta solução foram adicionados 50,00 mL de solução 0,2319 mol/L de nitrato de prata. A prata restante em solução consumiu 4,25 mL de tiocianato de potássio 0,1123 mol/L para sua titulação. Qual é o teor percentual de KI na amostra original? 27) O fosfato contido em 4,258 g de uma amostra de um alimento foi precipitado como fosfato de prata, conforme a equação a seguir, mediante a adição de 50,00 mL de nitrato de prata 0,0820 mol/L. O sólido foi filtrado e lavado, após o que o filtrado e as águas de lavagem, juntos, foram diluídos para exatamente 250,0 mL. A titulação do excesso de íons prata contidos em uma alíquota de 50,0 mL desta solução consumiu 4,64 mL de tiocianato de potássio 0,0625 mol/L. Calcule e expresse o resultado dessa análise em termos da percentagem de P2O5 na amostra analisada. 3Ag + + HPO4 2- Ag3PO4 + H + 28) A diretora de um laboratório de análise foi avisada que um grande número de amostras para determinação de brometo estava para ser enviada para o laboratório. Pensando em evitar gasto desnecessário de tempo com cálculos de resultado, ela deseja preparar uma solução de AgNO3 em uma concentração tal que o volume gasto seja igual à porcentagem de Br - na amostra. Se cada amostra tem uma massa de 500,0 mg, qual deve ser a concentração molar do AgNO3 que será utilizado? 29) Que massa, em gramas, de sal de cozinha contendo 15% de umidade deve ser pesada de modo a consumir, em uma titulação com AgNO3 0,0502 mol/L, cerca de 30 mL da solução titulante? 30) Uma massa de KCl puro, pesando 3,8460 g foi pesada e dissolvida em 500,0 mL de solução. Um volume de 20,0 mL desta solução são titulados com 18,40 mL de solução de AgNO3. Qual é a concentração das duas soluções em mol/L? 31) Calcule a concentração (mol/L) de uma solução de NH4SCN, sabendo que 25,0 mL dela reagem com o mesmo volume de uma solução de AgNO3 preparada dissolvendo-se 2,6970 g deste sal em 250,0 mL de solução. 32) Você pretende padronizar uma solução de AgNO3 cuja concentração é de aproximadamente 0,1 mol/L. Que massa de NaCl (um padrão primário) deve ser pesada para que se consuma cerca de 15 mL de solução? 33) A massa de NaCl do problema anterior (0,0877 g) utilizada no procedimento de padronização é muito pequena. Em geral, para procedimentos de padronização, devemos utilizar massas superiores a 100,0 mg, pois assim o erro relativo cometido na medida da massa é menor. Se você decidir pesar 120,0 mg de NaCl, que volume de solução de AgNO3 será consumida na titulação? Um laboratório utiliza um processo de determinação de Cl - que consiste em tomar 10,0 mL de uma amostra, passar para um balão de 100,0 mL, retirar uma alíquota de 20,0 mL e titular com solução de AgNO3 0,0104 mol/L. Considerando que o laboratório utiliza buretas de 50 mL e que volumes com este tipo de instrumento devem medidos entre 10 e 50 mL, em que faixa de concentração devem estar as amostras? Em outras palavras, qual é a aplicabilidade do método? Se o seu laboratório recebe amostras que estão fora desta faixa de aplicabilidade, você tem que fazer modificações na metodologia. Que modificações você sugere? 34) O manual de laboratório de uma certa indústria mostra o seguinte roteiro para a determinação do teor de iodeto pelo método de Volhard: Pesar exatamente 1,0000 g da amostra, dissolver e transferir para balão volumétrico de 100,0 mL completando o volume com água destilada. Retirar três alíquotas de 20,00 mL, transferir para erlemmeyer e diluir para cerca de 70 mL. Adicionar a cada erlenmeyer exatamente 20,00 mL de nitrato de prata 0,1000 M sob agitação constante. Titular o excesso de nitrato usando uma solução de KSCN 0,1000 M. Anotar os três volumes, calcular a média e então determinar o teor de iodeto de potássio através da fórmula: % KI (p/p) = 166,0 – 8,30 V, onde V = média dos volumes de KSCN. Mostre como essa fórmula para calcular % KI foi obtida. 63 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 5.4 Volumetria de complexação 1) Um íon metálico, M 2+ , reage com um ligante L, formando um complexo 1:1 com uma constante de estabilidade K, igual a 1,0 x 10 8 . Calcule a concentração de M 2+ numa solução preparada misturando-se volumes iguais de soluções 0,20 mol/L de M 2+ e 0,20 mol/L de L. 2) O íon cálcio forma um complexo 1:1 com o íon nitrato, com uma constante de formação, K, igual a 2. Quais serão as concentrações de Ca 2+ e de Ca(NO 3 ) + numa solução preparada misturando-se 10 mL de cloreto de cálcio 0,01 mol/L com igual volume de nitrato de sódio 2,0 mol/L? 3) Considere 20 mL de uma solução de Fe3+ e Ca2+ ambos 0,010 mol/L, tamponada em pH 2. Adiciona-se a esta solução 20 mL de EDTA 0,010 mol/L. Determine os valores de pCa e pFe. Que porcentagem dos elementos encontra-se complexada? 4) Calcule a concentração de íons prata em equilíbrio quando 25,0 mL de nitrato de prata 0,010 mol/L são misturados com 50,0 mL de trien 0,015 mol/L. 5) Calcule as concentrações das diferentes espécies em equilíbrio numa solução 0,010 mol/L de diidrogeno etilenodiamina tetracetato de sódio (Na2H2EDTA), pH 4,46. 6) Calcule a constante de formação condicional do complexo cádmio (II)-EDTA em pH 5, pH 8 e pH 11. 7) Calcule a concentração de íons Cu 2+ em equilíbrio numa solução 0,001 M de Cu 2+ -EDTA, em pH 9. 8) Calcule a concentração de íons cálcio, Ca 2+ , numa solução preparada adicionando-se 10,0 mL de cloreto de cálcio 0,100 mol/L, 10,0 mL de EDTA 0,100 mol/L, 10 mL de tampão pH 10 e completando-se o volume para 100,0 mL. 9) Um íon metálico M forma com um ligante L o complexo ML. O logaritmo da constante de formação desse complexo é igual a 8. Calcule as concentrações do íon metálico M, em 25,0 mL de uma solução 0,02 mol/L, após a adição dos seguintes volumes de uma solução 0,02 mol/L do ligante L: a) 20,0 mL; b) 25,0 mL e c) 30,0 mL. 10) Calcule a concentração (em mol/L) de íons Cu 2+ em 250 mL de uma solução, tamponada em pH 9, na qual foi dissolvido 0,5 g do complexo Na2[CuEDTA]. 11) Considere 10 mL de uma solução de MgCl2 0,020 mol/L, cujo pH é 10. Determine o valor de pMg após a adição de 5 mL, 10 mL e 15 mL de EDTA 0,020 mol/L. 12) Uma alíquota de 10,00 mL de um “pesticida comercial” contendo um composto organomercúrico foi tratada com ácido nítrico concentrado e evaporada até secura. O resíduode nitrato mercúrico foi dissolvido em ácido nítrico diluído e o volume completado para 250,0 mL com água desionizada. Uma alíquota de 50,00 mL dessa solução foi tratada com 20,00 mL de EDTA 0,04966 mol/L e homogeneizada por 10 minutos. Após ajustar o pH em 10, o excesso de EDTA consumiu 18,04 mL de uma solução de MgCl2 0,04711 mol/L para a sua titulação em presença de erio-T. Calcule a concentração de mercúrio na amostra original na forma de “mg de Hg (MM = 200,59 g/mol) por mL do pesticida”. 13) Uma amostra de massa igual a 1,3774 g, contendo sais de magnésio, mercúrio (II) e zinco, foi dissolvida e o volume aferido em 250,0 mL. Uma alíquota de 50,00 mL foi tratada com 10 mL de um tampão (NH3/NH4Cl) de pH 10 e por 25,00 mL de EDTA 0,05331 mol/L. Após alguns minutos de homogeneização, o excesso de EDTA foi determinado por “retrotitulação” com MgCl2 0,01816 mol/L levando a um gasto de 11,43 mL. Uma segunda alíquota de 50,00 mL foi neutralizada e tratada com excesso de NaCN, em meio alcalino, para complexar os íons mercúrio e zinco. O magnésio na amostra consumiu 16,83 mL de solução de EDTA 0,005583 mol/L para a sua titulação, feita diretamente. Após o ponto final desta titulação, foi adicionado à solução remanescente excesso de formaldeído, o qual reage com cianeto livre e com [Zn(CN)4] 2- conforme a equação a seguir. O zinco liberado consumiu 28,47 mL da solução de EDTA 0,005583 mol/L para a sua titulação. Calcule a percentagem de cada metal na amostra. CN - (aq) + HCHO + H2O H2C(OH)CN + OH 14) A adição de Hg (II) a uma solução contendo CN- resulta na formação do complexo solúvel Hg(CN)2, que se dissocia muito pouco. O excesso de Hg (II) é titulado com solução padronizada de KSCN, na presença de Fe (III) como indicador (veja exercício anterior). Uma alíquota de 50,00 mL de um banho de eletrodeposição foi tratado com 28,34 mL de solução 0,0818 mol/L de Hg(NO3)2 e, a seguir, o excesso de Hg (II) titulado com 1,79 mL de KSCN 0,1006 mol/L. Expresse o resultado desta análise em termos de gramas de KCN (MM = 65,12 g/mol) por litro da solução analisada. 15) Bismuto (III) pode ser determinado indiretamente pela titulação, com solução de EDTA, do Zn2+ produzido na reação a seguir. Um comprimido para tratamento de úlcera péptica pesando 1,100 g foi dissolvido, tratado com amálgama de zinco e a solução diluída para 250,0 mL num balão volumétrico. 64 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Calcule a percentagem de BiONO3 (MM = 287,0 g/mol) no comprimido se uma alíquota de 50,00 mL da solução consumiu 41,73 mL de EDTA 0,004383 mol/L para sua titulação. Zn(Hg) + Bi 3+ Zn 2+ + Bi(Hg) 16) O SO4 2- em 0,2057 g de uma amostra foi precipitado como sulfato de bário mediante tratamento com excesso de uma solução contendo o complexo de Ba 2+ com EDTA, [Ba(EDTA)] 2- . O EDTA liberado na precipitação do íon sulfato consumiu 31,79 mL de Mg 2+ 0,02644 mol/L para sua titulação. Expresse o resultado desta análise em termos da percentagem de Na2SO4 (MM = 142,04 g/mol) na amostra. 17) O Cd2+ e o Pb2+ de 50,00 mL de uma amostra consumiram 40,09 mL de EDTA 0,004870 mol/L na sua titulação. Uma alíquota de 75,00 mL da mesma amostra foi tornada básica e tratada com KCN para mascarar o Cd 2+ na forma de [Cd(CN)4] 2- . Esta solução consumiu 31,44 mL da mesma solução de EDTA para titulação. Calcule a concentração dos dois íons na amostra em ppm. 18) Para a padronização de uma solução de EDTA, uma solução de Ca2+ foi previamente preparada, pesando-se 1,3361 g de CaCO3 em um béquer. Esta massa foi dissolvida em uma quantidade mínima de HCl. A solução obtida foi transferida para um balão volumétrico de 500,0 mL e o volume completado com água. Para a titulação, retirou-se volumes de 20,0 mL; 15,0 mL e 10,0 mL da solução do padrão primário. Cada uma destas quantidades foi transferida para erlenmeyers diferentes, aos quais se adicionou um volume de água suficiente para completar cerca de 100 mL. Adicionaram-se 10 mL de solução tampão pH 10 e titulou-se com o EDTA observando-se um consumo de 22,50 mL, 16.90 mL e 11.30 mL. Qual é a concentração, em mol/L, e do desvio padrão da soluççao de EDTA? 19) Uma etapa importante dos processos analíticos é a chamada validação. No conjunto das amostras analisadas deve haver uma cujo teor do elemento de interesse é conhecido. Esta amostra é o material de referência ou material certificado. Este material deve ter as mesmas características das amostras analisadas. As análises são validadas se o teor do elemento de interesse desta amostra é obtido dentro de certa tolerância (em geral mais ou menos um desvio padrão). Considere então que estamos determinando o teor de cálcio em uma amostra. Tomam-se 0,5030 g do material de referência que, após convenientemente dissolvido, é levado para um balão volumétrico de 250,0 mL. Dali retira-se uma alíquota de 50,0 mL, ajusta-se o pH para 12 e titula-se com solução de EDTA 0,0253 mol/L observando-se um consumo de 17,20 mL. Calcule o teor de Ca na amostra. O certificado deste material informa que o teor de Ca é de (17,1 0,3)%. Diga se o seu resultado está validado. 20) Mais uma vez você é o gerente de um laboratório e está preocupado em minimizar os erros por falha humana no trabalho (como, por exemplo, falha nos cálculos). Você vai determinar aos seus técnicos que transcrevam os resultados para uma planilha Excell onde já existe uma equação que você elaborou. O trabalho do técnico será o de preencher a primeira coluna com as massas de cada amostra, uma segunda com os volumes da titulação e o resultado aparecerá na terceira, que por sua vez será impresso automaticamente. No canto esquerdo superior da planilha ele deve introduzir a concentração do EDTA que ele está usando no dia. O trabalho de determinação do teor de Pb em amostras é realizado da seguinte forma. Pesa-se uma massa da amostra, passa-se para um balão de 250,0 mL e retira-se daí uma alíquota de 100,0 mL. Após ajuste do pH para o valor de 9 e a adição de um agente mascarante, titula- se com EDTA. Qual é a equação que você vai injetar na planilha Excell? 21) Uma amostra de água mineral medindo 100,0 mL foi tamponada em pH 10. Após adição do indicador “negro de eriocromo-T” foi titulada com EDTA 0,020 mol/L tendo sido gastos 16,15 mL para completar a titulação. Outra alíquota de 100,0 mL foi tamponada em pH = 12 gastando-se 10,85 mL para a titulação. No rótulo da garrafa desta água mineral constavam os seguintes teores: sulfato de cálcio (136,1 g/mol) = 170,0 mg/L; bicarbonato de cálcio (162,1 g/mol) = 150,0 mg/L; sulfato de magnésio (120,3 g/mol) : 45,0 mg/L; bicarbonato de magnésio (146,3 g/mol) = 100,0 mg/L. Pede-se para calcular os teores de Ca 2+ e Mg 2+ em mg/L na amostra analisada e comparar com os valores constantes no rótulo. 65 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 5.5 Volumetria de óxido-redução 1) Considere a seguinte titulação: 25,00 mL de uma solução de FeSO4 0,100 mol/L foi titulada com solução também 0,100 mol/L de Ce 4+ (aq), em meio sulfúrico. Considere a temperatura de 25 C e calcule o potencial após a adição de: a) 5,0 mL; b) 25,0 mL; e c) 25,1 mL do titulante. 2) Uma amostra de 25,0 litros de ar, contendo SO2, foi coletada e levada para 200,0 mL de uma solução de I2 0,02017 mol/L. O iodo restante foi titulado com 42,07 mL de Na2S2O3 0,1041 mol/L. Calcule a concentração de SO2 no ar em mg/L. SO2 + I2 + H2O SO4 2- + I - + H + I2 + S2O3 2- S4O6 2- + I - 3) O peróxido de hidrogênio de uma amostra de 10,0 mL de um antisséptico foi tituladacom solução de Ce 4+ 0,1036 mol/L em H2SO4 1 mol/L, consumindo 37,06 mL para atingir o ponto final. Calcule a porcentagem de H2O2 na amostra. H2O2 + Ce 3+ + H + Ce4+ + H2O 4) O arsênio de uma amostra é determinado por iodometria. Pesa-se 10,57 g da amostra que por sua vez é dissolvida em HNO3 para oxidação do As a H3AsO4. Aquece-se a solução para eliminação do HNO3, adiciona-se, então, H2SO4 e KI à solução para gerar I2. O iodo resultante é titulado com solução de Na2S2O3 0,01259 mol/L, observando-se um consumo de 14,13 mL. Determine o teor de As na amostra em mg/kg. H3AsO4 + I - + H + H3AsO3 + I2 + H2O 5) No método de Winkler para a medida do teor de oxigênio dissolvido em água, adiciona-se NaOH à amostra e em seguida uma solução de Mn 2+ . Ocorre assim a formação de Mn(OH)2 que é oxidado a Mn(OH)3 pelo O2 presente na água. Adiciona-se, então, iodeto de potássio e posteriormente ácido sulfúrico; o Mn (III) liberado reage com o iodeto formando iodo. Este por sua vez é titulado com solução padrão de tiossulfato de sódio. Mn(OH)2 + O2 + H2O Mn(OH)3 Mn(OH)3 + H + Mn3+ + H2O Mn 3+ + I - Mn2+ + I2 I2 + S2O3 2- S4O6 2- + I - Considere uma amostra de 25,00 mL de água, tratada como descrito acima e que requer 11,70 mL de uma solução de tiossulfato de sódio 0,1008 mol/L para a titulação. Calcule a concentração do oxigênio dissolvido em mg/mL. 6) O chumbo de uma amostra pesando 0,200 g foi precipitado como cromato de chumbo. O precipitado é, então, filtrado, lavado e a ele se adiciona ácido para formação de bicromato que por sua vez é titulado com solução padrão de sulfato ferroso 0,05 mol/L consumindo 15,50 mL. Qual é a porcentagem de chumbo na amostra original? Pb 2+ + CrO4 2- PbCrO4 PbCrO4 + H + Pb2+ + Cr2O7 2- + H2O 7) Para se determinar o teor de Cl2 em uma amostra de água sanitária, toma-se 20,00 mL desta amostra e passa-se para um balão de 100,0 mL completando o volume com água. Retira-se daí uma alíquota de 10,00 mL, adiciona-se KI em excesso e o iodo gerado é titulado com 11,50 mL de solução de Na2S2O3 0,0127 mol/L. Calcule a concentração de Cl2 na amostra em g/L. Cl2 + H2O HClO + HCl HClO + I - + H + I2 + Cl - + H2O 8) Para se determinar o teor de Mn em uma amostra pesou-se 1,0023 g desta amostra. Esta massa foi dissolvida em HCl e passada para um balão de 250,0 mL, cujo volume foi completado com água. Retira-se daí uma alíquota de 50,00 mL e ajusta-se o pH para 4,5 com tampão de HOAc/OAc - e suspensão de ZnO. A titulação com KMnO4 0,0200 mol/L consome 12,16 mL do titulante. Qual é a porcentagem de Mn na amostra original? MnO4 - + Mn 2+ + H2O MnO2 + H + 9) Dissolve-se 100 mg de MnO2 puro em 25,0 ml de solução de H2C2O4 0,105 mol/L. Que volume de solução de KMnO4 0,0345 mol/L serão gastos na titulação do ácido oxálico em meio ácido? MnO2 + H2C2O4 + H + Mn2+ + CO2 + H2O MnO4 - + H2C2O4 + H + Mn2+ + CO2 + H2O 66 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Capítulo 6 - Respostas dos exercícios 6.1 Estequiometria 1) Coeficientes de balanceamento a) 3/8/3/2/4 b) 2/3/12/2/3/6 c) 1/4/1/1/2 d) 10/2/8/5/1/2/8 e) 6/1/7/3/1/1/7 f) 1/2/1/1/1 g) 1/1/3/1/1/2 h) 2/6/3/2/4 i) 5/1/8/5/1/4 j) 6/1/14/2/3/7 k) 5/16/2/2/8/10 l) 5/5/12/3/3/5 m) 3/1/4/3/1/2 n) 1/2/1/2/2/1 2) a) 914 mg/L; b) 4.150,7 mg/L; c) 15.646,4 mg/L 3) a) Na = 484; SO4 = 948; Li = 220; PO4 = 995,6; c) Mn = 229 SO4 = 400 4) a) 6,46 x 10-3 mol/L; b) 0,0416 mol/L; c) 2 mg/mL d) 4 x 10-3 mol/L; e) 62,5 mg/mL 5) a) [HOAc] = 1,5 x 10-2 mol/L; [OAc - ] = 1 x 10 -2 mol/L b) [HCl] = 1,25 x 10 -2 mol/L; [NH4Cl] = 1,25 x 10 -2 mol/L c) [NaH2PO4] = 1,5 x 10 -1 mol/L; [Na2HPO4] = 1 x 10 -2 mol/L d) [NaHCO3] = 4 x 10 -3 mol/L; [Na2CO3] = 8 x 10 -3 mol/L 6) 10 g 7) 0,5 litro 8) K e Al = 2,317 g; sulfato = 1,185 g 9) 0,7992 g; 0,020 mol/L 10) 1,116 mg/mL 11) 0,0201 mol/L; 0,0201 mol/L 12) 1,28 mg/mL 13) 10 vezes; 10 mL 14) 25 mL 15) 2,5 mL; 5 mL; 10 mL; 25 mL 16) 8,81 mL 17) 11,3548 mol/L 18) 18,4 mol/L; 36,8 vezes 19) 0,8556 mol/L 20) 0,1645 mol/L e 1,958% p/v 21) Na2SO4.10H2O; 55,89% de H2O 22) 33,57 litros 23) 28,03 g de NaOH; 58,87 g de NaHCO3 24) 69,95 litros de ar 25) 8,55 g 26) 42,04 x 1023 moléculas de H2O 27) 53,175 g de HCl 28) 12,6 g de Al 29) 25,45 g de Al2(SO4)3 30) 9,717 g de Cu 31) 2,66 litros de NH3 32) 945,38 g de CaCO3 33) 0,57 litro de CO 34) 58,04% 35) 3,49% de P e 6,64% de K 67 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 6.2 Estatistica 1) a) 5; b) 3; c) 2; d) 4; e) 5; f) 4 2) 68,944 g 3) 0,0208 mol/L 4) 824 30 mg/Kg 5) 109 7,07 g/L e IC = 109 8,79 6) Teórica 7) Os resultados são estatisticamente diferentes, com 5% de significância. 8) Os resultados são estatisticamente semelhantes, com 95% de probabilidade. 9) Nenhum valor deverá ser desprezado. 10) Não há diferença estatisticamente significativa entre os dois equipamentos, com 95% de probabilidade. 11) Não há diferença estatisticamente significativa entre os três indicadores, com 5% de significância. 12) Não há diferença estatisticamente significativa entre as medidas, por isso, o carregamento deve ser aceito considerando 95% de confiança. 13) Os valores 15,42 e 15,68 deverão ser rejeitados. 14) O número 97,9 não deve ser descartado. μ = (108,6 ± 6,8). 15) O valor 4,31 deve ser rejeitado. 16) 102,6 0,4 ppm de CaCO3. 6.3 Gravimetria 1) 1,00 g de HCl 2) 3,00 g de K2CO3 3) 2,6217 g 4) 0,4678 g 5) 0,8566 g 6) 5,63% 7) 18,95% 8) 3,18 g de CuO 9) 3,49 g de Cu 10) 5,74 g de AgCl 11) 0,131 g de BaCO3 12) 0,0244 g de KClO3 13) 89,03% de NaCl 14) 57,99 g de HgS 15) 98,64% 16) 0,688 g de Fe2O3 17) 1,072% 18) 635,85 mg da amostra 19) 26,4 mL 20) 1,86% 21) 75,4% de CaO e 24,6% de BaO 22) 66% 23) 1,135 g de AgBr e 0,865 g de AgCl 24) a) 77,7%; b) 69,9%; c) 72,34% 25) 45,17% de KClO3 26) 9,20% de Sn; 78,59% de Cu; 1,94% de Zn; 3,48% de Pb 27) 0,5% 28) 16,26%; b) 138,24 mg de CaO 29) H2O = 28,9 g/Kg; Goethita = 287 g/Kg 30) 18,0% e 82,0% 31) 7,54 mL 32) Al = 8,01% e Mg = 3,29% 68 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 6.4 Titulometria de Neutralização 1) Teoria 2) Teoria 3) Teoria 4) Teoria 5) Teoria 6) Teoria 7) Neutro; básico; neutro; ácido; básico 8) a) [H+] = 0,1 mol/L, pH = 1,0 b) [H+] = 1 x 10-13 mol/L, pH = 13 9) a) 3,37; b) 1,00 10) a) 2,06; b) 0,99 11) 189,46 g/mol 12) 0,019 mol/L 13) 3,46 x 10-11 14) a) 3,37; 4,32%; b) 2,38; 4,18%; c) 10,62; 4,18; d) 5,62; 0,02% e 6,12; 0,07%; e) 8,37; 0,02% e 7,87; 0,07%; f)11,66; 4,57% g) 2,00; 100% 15) a) 1,32; b) 13,40; c) 13,60; d) 11,92; e) 3,47 16) 4,06 17) 4,73 18) 1,00 19) 5,10 20) 9,27 21) 5,19 22) a) 12,52; b) 13,00; c) 1,18; d) 7,00; e) 12,30; f) 4,25 23) 8,68 g 24) a) 9,54; b) 10,02; c) 9,72; d) 8,51 25) 8,33 26) a) 2,88; b) 4,57; c) 8,73; d) 12,52 27) 2,808 g 28) 4,6800 g 29) a) 25 mL: pH = 1,48; 49 mL: pH = 3,00; 49,9 mL: pH = 4,00; 50 mL: pH = 7,00; 50,1 mL: pH = 10,00 b) 25 mL: pH = 3,48; 49 mL: pH = 5,00; 49,9 mL: pH = 6,00; 50 mL: pH = 7,00; 50,1 mL: pH = 8,00 30) 20% pH = 1,18; 50% pH = 1,48; 95% pH = 2,59; 100% pH =7,00; 105% pH = 11,39 31) 0 mL: pH = 2,70; 10 mL: pH = 4,10; 25 mL: pH = 4,70; 50 mL: pH = 8,76; 60 mL: pH = 12,07 32) 0 ml: pH = 13,0; 10 mL: pH = 12,7; 25 mL: pH = 7,0; 30mL: pH = 1,90. Fenolftaleina 33) 10 mL de NH3: 0 mL: pH = 11,48; 5 mL: pH = 9,25; 9,5 mL: pH = 7,97; 10 ml: pH = 4,92; 11 mL: pH = 1,62; vermelho de metila 34) a) 11,13; b) 9,40; c) 5,21; d) 1,60 35) 31,71% 36) 68,46% 37) NaOH = 0,1087 mol/L; HCl = 0,0987 mol/L 38) 4,13% 39) [HPO4 2- ] = 0,0020; [H2PO4 - ] = 0,0010 40) HCl = 0,030 mol/L; H3PO4 = 0,020 mol/L 41) 24,69% 42) 0,0532 mol/L 43) 0,0931 mol/L 44) 68,47% 45) 476,7 mg 46) Na2CO3 = 64,18%; NaHCO3 = 25,24% 47) 4,42% 48) 1,00% 6.5 Titulometria de Precipitação 1) 3,2 x 10-5 mol/L 2) É possível separar os íons, pois, quando um inicia sua precipitação o outro já acabou: pH = 2,17, início da precipitação do Fe 3+ pH = 3,17, término da precipitação do Fe 3+ 69 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A pH = 7,90, inicia a precipitação do Co 2+ 3) 1,34 x 10-5 mol/L; 1,90 x 10-3 mg/mL; 1,9 mg/L 4) a) Kps = [Ag+][SCN-] b) Kps = [La 3+ ] [IO3 - ] 3 c) Kps = [Hg2 2+ ][Br - ] 2 d) Kps = [Ag + ][Ag(CN)2 - ] e) Kps = [Zn 2+ ] 2 [Fe(CN)6 2- ] f) Kps = [Bi 3+ ] 2 [S 2- ] 3 5) 8,1 x 10-19 6) [Ag+] = 0,050 mol/L; [Cl-] = 3,6 x 10-9 mol/L 7) [CrO4 -2 ] = 6,5 x 10 -5 mol/L; [Ag + ] = 1,30 x 10 -4 mol/L 8) 0,558 g/L 9) 0,558 g/L de PbI2; 0,038 g/L de PbSO4 10) 5,5988 mmol 11) 9,36 x 10-9 mol/L 12) 0,16 mg/ 250 mL 13) 1,80 x 10-6 mol/L 14) AC2 15) Bi2S3 = 1,6 x 10 -20 mol/L e CuS = 2,83 x 10 -18 mol/L 16) 2,498 x 10-6 g/500 mL 17) 1,96 x 10-5 mol/250 mL 18) 1,75 x 10-11 mol/L de Br- e 0,0244 mol/L de Ag+ 19) a) AgCl; b) 12,5043 mL 20) AgI 21) Solubilidade do BaCO3 = 7,16 x 10 -5 mol/L; [Ba 2+ ] = 7,16 x 10 -5 mol/L; 14,1 mg/L 22) AgI precipita primeiro 23) a) 0,88; b) 1,38; c) 3,21; d) 5,98; e) 8,76 24) 3,79% 25) 5,44 g/L e 5,44 x 10-3 ppm 26) 93,44% 27) 1,47% 28) 0,0626 mol/L 29) 0,103 g 30) 40,889 mg0,103 mol/L e 0,112 mol/L 31) 0,0635 mol/L 32) 87,7 mg 33) VAg+ ~20 mL; aplicabilidade entre 0,2% e 1%. Diluição da amostra, pré-concentração, alterar concentração do titulante, usar alíquotas maiores ou menores. 34) nAg+ = 2,0 nSCN- = 0,10V; n que reagiu = 2,0 -0,10V (20 mL) ou 10 – 0,50 V (100 mL); massa de KI = (10-0,50V)x166,1 mg = 1661 – 83,0V; % = [(1661 – 83,0V)*100]/1000 = 166,1 -8,3V 6.6 Titulometria de Complexação 1) 3,16 x 10-5 mol/L 2) [Ca2+] = 0,00167 mol/L; [Ca(NO3) + ] = 0,99667 mol/L 3) pCa = 2,30 (não forma Ca-EDTA); pFe = 6,99; 99,999% 4) 1,0 x 10-8 5) [Y-4] = 3,0 x 10-10; [HY-3] = 1,93 x 10-3; [H2Y -2 ] = 9,65 x 10 -3 ; [H3Y - ] = 1,56 x 10 -4 ; [H4Y] = 5,43 x 10 -8 6) pH = 5,00: 1,01 x 1010; pH = 8,00: 1,55 x 1014; pH = 11: 2,45 x 1016 7) 5,42 x 10-11 mol/L 8) 7,446 x 10-7 mol/L 9) a) 2,72 x 10-3 mol/L; b) 1,0 x 10-5 mol/L; c) 5,0 x 10-8 mol/L 10) 1,21 x 10-10 mol/L 11) 5 mL: 2,18; 10 mL: 5,12; 15 mL: 7,95 12) 14,38 mg/mL 13) Mg = 0,83%; Zn = 3,77%; Hg = 63,5% 14) 5,80 g/L 15) 15,91% 16) 58,0% 70 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 17) Pb = 423,1 ppm; Cd = 209,4 ppm 18) 0,02370 mol/L ± 0,00006 19) 17,34%. O valor obtido valida o certificado. 20) %Pb = [(518 x M x V)x100]/m (mg) 21) Ca = 87,0 mg/L; Mg = 25,7 mg/L. Rótulo: Ca oriundo do CaSO4 = 50,1 mg/L; Ca oriundo do Ca(HCO3)2 = 37,1 mg/L; Mg oriundo do MgSO4 = 9,1 mg/L; Mg oriundo do Mg(HCO3)2 = 16,6 mg/L; 6.7 Titulometria de Oxido-Redução 1) a) 0,735V; b) 1,19V; c) 1,30V 2) 4,72 mg/L 3) 0,653% p/v 4) 631 mg/kg ou ppm 5) 0,377 mg/mL 6) 26,73% 7) 2,59 g/L 8) 9,99% 9) 17,10 mL 71 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Capítulo 7 - Tabelas de Constantes e Tabela Periódica Tabela 7.1. Constantes de dissociação de ácidos e bases Composto Ka1 Ka2 Kb CH3COOH (Ácido acético) 1,862 x 10 -5 CHCl2COOH (Ácido dicloroacético) 0,0549 NH3 ( Amônia) 1,75 x 10 -5 H2CO3 (Ácido carbônico) 4,3 x 10 -7 4,8 x 10 -11 HCOOH (Ácido fórmico) 1,75 x 10 -4 C6H4(COOH)2 (àcido ftálico) 1,2 x 10 -3 3,9 x 10 -6 H2C2O4 6,5 x 10 -2 6,1 x 10 -5 H3PO4 5,0 x 10 -2 6,17 x 10 -8 Tabela 7.2. Constantes de precipitação Composto Kps Composto Kps Ag3AsO4 1,13 x 10 -12 Bi2S3 1,6 x 10 -121 AgBr 4,27 x 10 -13 CaF2 4,0 x 10 -11 AgCl 1,78 x 10 -10 Co(OH)2 2,5 x 10 -16 Ag2CrO4 1,3 x 10 -12 CuI 1,1 x 10 -12 AgI 8,3 x 10 -17 CuS 8,0 x 10 -36 Ag3PO4 1,3 x 10 -20 Fe(OH)3 6,3x10 -38 AgSCN 1,1x10 -12 PbCl2 2,6 x 10 -5 BaCrO4 1,17 x 10 -10 PbI2 1,05 x 10 -9 BaCO3 5,13 x 10 -9 PbSO4 1,6 x 10 -8 Tabela 7.3. Constantes de formação Complexo Kf Ag + + trien Agtrien+ 5,0 x 107 Cd ++ + EDTA -4 CdEDTA- 2,88 x 1016 Ca ++ + EDTA -4 CaEDTA-2 5,01 x 1010 Cu ++ + EDTA -4 CuEDTA-2 6,3 x 1018 Fe +++ + EDTA -4 FeEDTA- 1,3 x 1025 Mg ++ + EDTA -4 MgEDTA-2 4,9 x 108 Tabela 7.4. Valores de α4 em função do pH pH α4 2 3,7 x 10 -14 3 2,5 x 10 -11 5 3,5 x 10 -7 8 5,4 x 10 -3 9 5,2 x 10 -2 10 3,6 x 10 -1 11 8,5 x 10 -1 Tabela 7.5. Potenciais de redução Reação E° Ce 4+ + e - Ce3+ + 1,61 Fe 3+ + e - Fe2+ + 0,77 72 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A 73 C A D E R N O D E Q U ÍM IC A A N A L ÍT IC A Referências Bibliográficas BACAN, N.; DE ANDRADE, J. C.; GODINHO, O. E. S.; BARONE, J. S.. Química Analítica quantitativa Elementar. 2. ed. Campinas: Edgard Blucher Ltda, 1979. 258p. CHRISTIAN, G. D. Analytical chemistry. 4. ed. New York: John Wiley, 1994. 812p. CLIFFORD, A. F. Inorganic Chemistry of Qualitative Analysis. 1ed, Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, Inc; 1961. 515p. FISCHER, R. B.; PETERS, D. G. Chemical Equilibrium. 1 ed, Filadélfia, Londres e Toronto: Saunders Golden Series, 1970. 285p. HARRIS, D. C. Análise Química Quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2005. 876p. OHLWEILER, O. A. Química analítica quantitativa. 3. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1984. v. 1, 273p. OHLWEILER, O. A. Química analítica quantitativa. 3. ed. 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