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ID
1997497
Banca
CESPE / CEBRASPE
Órgão
POLÍCIA CIENTÍFICA - PE
Ano
2016
Provas
Disciplina
Química
Assuntos

O ácido sulfúrico (H2SO4), em água, ioniza completamente um de seus hidrogênios e, parcialmente, o outro. Considerando-se que a constante de hidrólise da água seja igual a 1,0 × 10-14 e que 0,30 seja valor aproximado para log 2, é correto afirmar que uma solução aquosa de H2SO4 com concentração analítica igual a 0,010 mol/L e comportamento ideal apresentará

Alternativas
Comentários
  • O pH depende da concentração molar total do H3O+. Assim, temos que considerar ambas as etapas de ionização. O ácido sulfúrico é o único ácido poliprótico comum para o qual a primeira ionização é completa. A segunda etapa aumenta ligeiramente a concentração molar do H3O+. Assim, o pH será ligeiramente menor do que o devido à primeira etapa de ionização sozinha.

    Para determinar o pH, vamos montar uma tabela de equilíbrio muito usual. Para as molaridades iniciais de H3O+ e HSO4- vamos considerar que todas as moléculas do H2SO4 perderam completamente seu primeiro próton.

    Sabendo-se que Ka2 é relativamente grande (0,012), não se permite aproximação. Deve-se, então, resolver o problema utilizando-se da equação do segundo grau. Isto é:

    H2SO4(aq) + H2O(liq) → H3O+(aq) + HSO4(aq)

    Com base na reação tem-se que a concentração molar do H3O+ é igual à concentração molar original do ácido, antes da ionização, isto é, 0,010 M. Esse valor corresponde a um pH = 2,00.

    A segunda etapa de ionização é:

    HSO4-(aq) + H2O(liq) → H3O+(aq) + SO4=(aq)

    Assim:

                                     HSO4-         H3O+        SO4=

    Conc. Inicial                0,010          0,010           0

    Variação                      - x              + x            + x

    Conc. de equilíbrio     0,010 – x     0,010 + x       x

     

    Logo, na segunda etapa de ionização temos;

    Ka2= (0,010 + x)(x)/0,010 – x

    x2+ 0,022x – (1,2x10-4) = 0

    x = 4,5x10-3M

    [H3O+] = 0,010 + x = 0,010 + 4,5x10-3= 1,4x10-2M

    pH = log 1/1,4x10-2= 1,85≅1,90

    pOH= 14 - pH = 12,1

     

    Fonte: http://www.vestibular.uff.br/2006/Provas/etapa2/vest2006_2aetapa_0801_Quimica_A.pdf

     

  • Como a questão não trazia o valor de ka1 e ka2, a intenção do examinador era levar o candidato por outro caminho.

    Em um primeiro momento, sabendo que a primeira ionização ocorre completamente, tem-se que:

    H2SO4 + H2O --> H3O+ + HSO4-

    Ca = 0,01 mol/L; sendo a proporção entre H2SO4 e H3O+ de 1:1, logo a [H3O+] devido à primeira ionização é igual a 0,01 mol/L

    Nesse primeiro momento podemos avaliar que o maior pH possível para essa solução é igual a 2. Qualquer incremento na [H3O+] devido à segunda ionização irá apenas diminuir o pH. Mas de quanto será essa diminuição?

    Em um segundo momento, vamos considerar que, na melhor da hipóteses, ka2 seja igual a ka1, ou seja, a ionização também é completa e a quantidade de [H3O+] liberado na segunda ionização também será de 0,01 mol/L.

    HSO4- +  H2O --> H3O+ + SO42-

    Dentro desse contexto, a [H3O+] final, somando-se as concentrações de H3O+ da primeira e da segunda ionizações, SERIA 0,01 + 0,01 = 0,02 mol/L.

    Com isso,

    pH = -log [H3O+]

    pH = -log 0,02

    pH = -log 2 x 10^-2

    pH = 1,7 e pOH = 14 - 1,7 = 12,3

     

    MAS A SEGUNDA IONIZAÇÃO NÃO OCORRE COMPLETAMENTE...

     

    Portanto,

    [H3O+] (total) < 0,02 mol/L

    1,7 < pH < 2,0

    12 < pOH < 12,3