Volumetria de Complexação Equilíbrio e Volumetria de Oxidação-redução

Química Analítica Lista de Exercícios Volumetria de Complexação Equilíbrio e Volumetria de OxidaçãoRedução Nota Para resolução dos exercícios se necessário consultar a tabela periódica para obtenção dos valores de massa molar e a tabela das constantes de formação para obter o valor de Kf 1 Defina os termos abaixo a Quelato b Ligante c Constante de formação condicional d Agente mascarante 2 Por que os ligantes multidentados são preferidos a ligantes unidentados em titulações complexométricas 3 Uma solução foi preparada pela dissolução de cerca de 30 g de Na2H2Y 2H2O 37224 gmol em um 10 L de água destilada e padronizada contra alíquotas de 5000 mL de Mg2 0004517 molL Foi requerido um volume médio de 3222 mL nas titulações Calcule a concentração molar do EDTA R 701 103 molL 4 O Tl em uma amostra de 976 g de raticida foi oxidado a um estado trivalente e tratado com um excesso não medido de solução MgEDTA A reação é dada por Tl Tl3 2e Tl3 MgY2 TlY Mg2 A titulação do Mg2 liberado requereu 1334 mL de EDTA 00356 molL Calcular a porcentagem de Tl2SO4 50480 gmol Que tipo de titulação é essa R 123 5 Uma alíquota de 5000 mL de uma solução contendo ferroII e ferroIII requereu 1373 mL de EDTA 001200 molL quando titulada em pH 200 e 2962 mL quando titulada em pH 60 Expresse a concentração em termos de partes por milhão mgL para cada soluto R Fe3 184 ppm e Fe2 213 ppm 6 A calamina que é utilizada para aliviar as irritações na pele é uma mistura de óxidos de zinco e ferro Uma amostra de 1022 g de calamina seca foi dissolvida em ácido e diluída a 2500 mL Adicionouse KF a uma alíquota de 1000 mL de solução diluída para mascarar o ferro após o ajuste Prof Joana Schuelter Boeing Química Analítica adequado de pH o Zn2 consumiu 3871 mL de EDTA 001294 molL Uma segunda alíquota de 5000 mL foi adequadamente tamponada e titulada com 240 mL de solução de ZnY20002727 molL Fe3 ZnY2 FeY Zn2 Calcule a porcentagem de ZnO e Fe2O3 na amostra R 9972 e 0256 7 Algumas pomadas são comercializadas para auxiliar na cicatrização de ferimentos e tem como princípio ativo uma mistura de ZnOZnSO4 Uma amostra de 5500 g da pomada foi dissolvida e o material foi transferido para um balão de 2500 mL e preenchido com água destilada Uma alíquota de 5000 mL desta solução foi transferida para um erlenmeyer de 250 mL o pH foi ajustado e a solução foi titulada com 1235 mL de solução de EDTA 00500 molL Calcule a mm de zinco na pomada R 367 8 Calcule a Fe2 e pFe para a titulação de 5000 mL de Fe2 00150 molL com EDTA 00300 molL em uma solução tamponada em pH 800 após a adição dos seguintes volumes de EDTA 1000 2500 2600 e 3000 mL R 212 703 1048 1135 9 Calcular a concentração de Ni2 em uma solução que foi preparada pela mistura de 2500 mL de Ni2 0100 molL com 3000 mL de EDTA 0200 molL A solução foi tamponada a pH 1000 R 4858 1020 molL 10 O teor de cálcio no soro sanguíneo pode ser determinado em um laboratório clínico por meio de uma microtitulação com EDTA No processo 100 mL do soro é cuidadosamente transferido para um frasco de vidro adequado adicionandose em seguida duas gotas de KOH 20 molL e o indicador A mistura é titulada com uma solução de EDTA 001 molL usando uma microbureta Considerando que foram gastos 03250 mL do titulante calcule quantos mg de Ca por 100 mL de soro existem na amostra analisada Soro de pessoas adultas saudáveis contém de 9 a 11 mg de Ca por 100 mL de soro R 1303 mg 11 Explique a finalidade de usarse um agente de complexação auxiliar exemplificando com um caso típico 12 Explique por que a mudança do vermelho para o azul ocorre subitamente no ponto de equivalência em vez de acontecer gradualmente durante toda a titulação quando usamos o negro de eriocromo T como indicador Prof Joana Schuelter Boeing Química Analítica 13 Determine a faixa de transição para o negro de eriocromo T na titulação de Ca2 em pH 1000 dado que a a segunda constante de dissociação do ácido para o indicador é HIn2 H2O In3 H3O Ka2 28 1012 b que a constante de formação para MgIné Ca2 In3 CaIn Kf 25 105 R 285 a 485 10 Balanceie as equações e meio aquoso abaixo Meio ácido Meio básico a HNO3 MnO4 NO3 Mn2 d Zn NO3 ZnO2 NH3 b Cr2O7 2 U Cr3 UO2 2 e MnO2 CIO3 MnO4 Cl c MnO4 SO3 2 Mn2 SO4 2 f CrO4 2 FeOH2 CrO2 FeOH3 R a 5HNO2 2MnO4 H 5NO3 2Mn2 3H2O b 2Cr2O7 6U 4H 6UO2 2 4Cr3 2H2O c 2MnO4 5SO3 2 6H 5SO4 2 2Mn2 3H2O d 8Zn 3NO3 2H2O 5OH 8ZnO2 3NH3 e 2MnO2 CIO3 2OH 2MnO4 Cl H2O f CrO2 2 3FeOH2 2H2O CrO2 3FeOH3 OH 11 Balanceie as equações abaixo a KMnO4 H2SO4 H2O2 K2SO4 MnSO4 O2 H2O R 2351258 b Cu HNO3 NO2 CuNO32 H2O R 14212 c KMnO4 HCl KCl MnCl2 Cl2 H2O R 2162258 12 Uma amostra de calcário pesando 4000 mg foi dissolvida em ácido e tratada com excesso de Na2C2O4 tornando a solução básica resultando na precipitação de CaC2O4 o qual foi filtrado lavado e redissolvido em ácido diluído Esta solução necessitou 1410 mL de KMnO4 000865 molL para a titulação Qual o teor de cálcio no calcário R 3055 MnO4 C2O4 2 Mn2 CO2 em meio ácido Prof Joana Schuelter Boeing 1 Questao 1 a Quelato Composto resultante da formacao de pelo menos dois lacos coordenados entre um ıon metalico central e um ligante orgˆanico multi dentado formando um anel de inclusao do metal b Ligante Ion ou molecula que possui pontos de doacao de eletrons ca pazes de formar lacos coordenados com um ıon metalico central em um complexo c Constante de formacao condicional Valor que descreve a estabilidade de um complexo metalico em solucao levando em conta as concentracoes efetivas dos ıons em condicoes especıficas como pH e forca iˆonica d Agente mascarante Substˆancia capaz de se ligar a ıons metalicos e formar complexos estaveis impedindo a participacao do metal em reacoes indesejadas durante analises quımicas 2 Questao 2 Ligantes multidentados sao preferidos a ligantes unidentados em titulacoes com plexometricas porque formam quelatos que sao geralmente mais estaveis devido ao efeito quelacao Este efeito aumenta a estabilidade do complexo metalico for mado devido a entropia favorecer a formacao de um complexo de anel unico em vez de varios complexos menores Alem disso ligantes multidentados podem se ligar de forma mais segura ao ıon metalico reduzindo a probabilidade de substituicao por outros ligantes presentes na solucao o que aumenta a precisao e a especificidade da titulacao 3 Questao 3 Para determinar a concentracao molar do EDTA utilizamos os dados da tit ulacao de uma solucao de Mg2 com o EDTA preparado Os passos para o calculo sao os seguintes 1 Converta o volume da alıquota de Mg2 para litros VMg2 50 00 mL 1 L 1000 mL 0 05000 L 1 2 Calcule os moles de Mg2 que reagiram com o EDTA nMg 2 VMg 2 CMg 2 005000 L 0004517 molL 000022585 mol 3 Converta o volume médio de EDTA usado na titulação para litros VEDTA 3222 mL 1 L1000 mL 003222 L 4 A concentração molar do EDTA é então calculada por CEDTA nMg 2 VEDTA 000022585 mol003222 L 000701 molL Portanto a concentração molar do EDTA na solução preparada é aproximadamente 000701 molL 4 Questão 4 Dados da titulação Massa da amostra do raticida 976 g Volume de EDTA utilizado na titulação 1334 mL Concentração de EDTA 00356 molL Massa molar do Tl2SO4 50480 gmol Cálculos 1 Conversão do volume de EDTA para litros VEDTA 1334 mL 1 L1000 mL 001334 L 2 Número de moles de EDTA usados na titulação nEDTA VEDTA CEDTA 001334 L 00356 molL 00004749 mol 3 Como cada íon Tl3 é proveniente de meio Tl2SO4 o número de moles de Tl2SO4 é metade do número de moles de Tl3 nTl 2SO4 nEDTA2 00004749 mol2 00002375 mol 4 Cálculo da massa de Tl2SO4 mTl 2SO4 nTl 2SO4 MMTl 2SO4 00002375 mol 50480 gmol 01199 g 5 Porcentagem de Tl2SO4 na amostra de raticida Porcentagem de Tl2SO4 mTl 2SO4mamostra 100 01199 g976 g 100 123 5 Questao 5 Para determinar a concentracao de ferroII e ferroIII em uma solucao uti lizando titulacao com EDTA foram realizadas titulacoes em diferentes valores de pH Os volumes de EDTA 001200 molL necessarios nas titulacoes foram 1373 mL em pH 200 e 2962 mL em pH 600 Os calculos foram realizados da seguinte forma Calculo da Quantidade Molar de EDTA A quantidade molar de EDTA usada em cada titulacao e calculada por Moles de EDTA Volume de EDTA Concentracao de EDTA Para pH 200 Moles de EDTApH 2 13 73 103 L 0 01200 molL 0 16476 mmol Para pH 600 Moles de EDTApH 6 29 62 103 L 0 01200 molL 0 35544 mmol Determinacao da Concentracao de FerroII e FerroIII Assumindo que toda a diferenca na quantidade de EDTA usada entre as tit ulacoes em pH 600 e pH 200 e devido ao ferroIII Moles de ferroIII Moles de EDTApH 6Moles de EDTApH 2 0 35544 mmol0 16476 mmol 0 19068 mmol Conversao para Partes por Milhao ppm As concentracoes em partes por milhao ppm sao calculadas usando a relacao ppm Moles de soluto Massa molar do soluto gmol Volume da solucao L 106 A massa molar do ferro e aproximadamente 5585 gmol Portanto as con centracoes de ferroII e ferroIII sao ppm de ferroII 0 16476 103 mol 55 85 gmol 50 00 103 L 106 184 037 ppm 3 ppm de ferroIII 0 19068 103 mol 55 85 gmol 50 00 103 L 106 212 990 ppm Estes calculos indicam que a solucao contem aproximadamente 184037 ppm de ferroII e 212990 ppm de ferroIII 6 Questao 6 subsectionDeterminacao da Quantidade de Zn2 Primeiro calculamos a quan tidade de Zn2 que reagiu com o EDTA A quantidade molar de EDTA que reagiu com Zn2 e dada por Moles de EDTA Volume de EDTA Concentracao de EDTA Moles de EDTA 38 71103 L0 01294 molL Quantidade molar de Zn2 Considerando a diluicao a quantidade total de Zn2 na amostra e propor cional ao volume da amostra diluıda 250 mL a partir da alıquota titulada 10 mL 61 Calculo da Massa de ZnO A massa de ZnO e calculada a partir da quantidade molar de Zn2 usando a relacao molar entre Zn2 e ZnO e a massa molar do ZnO Massa de ZnO Moles de Zn2 Massa molar de ZnO A massa molar de ZnO e 8138 gmol 62 Determinacao da Quantidade de Fe3 A quantidade de Fe3 foi determinada a partir da titulacao da segunda alıquota com a solucao de ZnY2 A quantidade molar de ZnY2 usada da a quantidade molar de Fe3 Moles de ZnY2 Volume de ZnY2 Concentracao de ZnY2 Moles de Fe3 Moles de ZnY2 Ajustando para a diluicao da amostra calculamos a quantidade total de Fe3 na amostra de 250 mL 4 63 Cálculo da Massa de Fe2O3 A massa de Fe2O3 é calculada a partir da quantidade molar de Fe3 considerando a relação molar entre Fe3 e Fe2O3 e a massa molar do Fe2O3 Massa de Fe2O3 Moles de Fe32 Massa molar de Fe2O3 A massa molar de Fe2O3 é 15969 gmol 64 Porcentagens de ZnO e Fe2O3 Finalmente as porcentagens de ZnO e Fe2O3 na amostra são calculadas usando as massas encontradas e a massa total da amostra Porcentagem de ZnO Massa de ZnOMassa total da amostra 100 Porcentagem de Fe2O3 Massa de Fe2O3Massa total da amostra 100 Com base nos cálculos realizados as porcentagens de ZnO e Fe2O3 na amostra são respectivamente aproximadamente 9972 e 026 7 Questão 7 Para determinar a porcentagem de ZnO óxido de zinco e Fe2O3 óxido de ferro em uma amostra de calamina realizamos titulações que nos permitem calcular a quantidade de cada metal presente A partir dessas quantidades podemos calcular a massa e a porcentagem de cada óxido na amostra Cálculo da Quantidade de Zn2 A quantidade de Zn2 que reagiu com o EDTA é dada por Moles de Zn2 3871 103 L 001294 molL 00005005094 mol Ajustando para a amostra total de 250 mL a quantidade de Zn2 na amostra total é a mesma pois a diluição não altera a quantidade de substância Cálculo da Massa de ZnO A massa de ZnO é calculada usando a relação estequiométrica entre Zn2 e ZnO e sabendo que a massa molar de ZnO é 8138 gmol Massa de ZnO 00005005094 mol 8138 gmol 0040725 g Cálculo da Quantidade de Fe3 A quantidade de Fe3 que reage com ZnY2 é dada por Moles de Fe3 240 103 L 0002727 molL 00000065448 mol Novamente ajustando para a amostra total de 250 mL a quantidade de Fe3 na amostra total é a mesma por razão similar Cálculo da Massa de Fe2O3 A massa de Fe2O3 é calculada usando a relação estequiométrica entre Fe3 e Fe2O3 e sabendo que a massa molar de Fe2O3 é 15969 gmol Como são necessários 2 moles de Fe para cada mol de Fe2O3 Massa de Fe2O3 leftfrac00000065448 mol2right 159 69 gmol 0000522 g Porcentagem de ZnO e Fe2O3 na Amostra A porcentagem de cada óxido na amostra é dada por Porcentagem de ZnO leftfrac0040725 g1022 gright 100 398 Porcentagem de Fe2O3 leftfrac0000522 g1022 gright 100 0051 71 Determinação da Porcentagem de Zinco na Pomada Para calcular a porcentagem em massa de zinco na pomada utilizamos a titulação com EDTA para determinar a quantidade de íons zinco Zn2 na amostra Moles de Zn2 1235 103 L 00500 molL 00006175 mol Cálculo da Massa de Zinco na Amostra A massa de zinco na amostra é calculada utilizando a massa molar de Zn que é 6538 gmol Massa de Zn 00006175 mol 65 38 gmol 004037475 g Considerando a diluição para um volume final de 2500 mL a massa de zinco total na amostra de pomada é proporcionalmente ajustada Porcentagem em Massa de Zinco na Pomada A porcentagem em massa de Zn na pomada é calculada por Zn na pomada leftfracMassa de Zn totalMassa total da amostra de pomadaright 100 Dado que a amostra original de pomada pesava 5500 g e a massa de zinco calculada considera a diluição total e o volume da alíquota titulada Zn na pomada leftfrac004037475 g leftfrac2500500right5 500 gright 100 367 8 Questão 8 9 Questão 9 10 Questão 10 Para determinar a quantidade de cálcio em mg por 100 mL de soro sanguíneo a partir dos dados fornecidos seguimos os passos abaixo Passo 1 Determinar a quantidade de cálcio Ca2 titulado em moles A solução de EDTA tem uma concentração de 001 molL e foi utilizada uma quantidade de 03250 mL na titulação Primeiro convertemos o volume de mL para L 03250 mL 03250 103 L 0000325 L A quantidade em moles de Ca2 é dada por Moles de Ca2 Concentração de EDTA Volume de EDTA usado em L Moles de Ca2 001 molL 0000325 L 000000325 mol Passo 2 Converter moles de Ca2 para miligramas mg O peso molecular do cálcio é aproximadamente 4008 gmol Para converter os moles de cálcio para gramas usamos a relação Massa Moles Peso Molecular Massa de Ca 0 00000325 mol 40 08 gmol 0 00013026 g Convertendo para miligramas 0 00013026 g 0 13026 mg Passo 3 Calcular a concentracao de calcio por 100 mL de soro A titulacao foi realizada em 100 mL de soro Para encontrar a quantidade de calcio por 100 mL de soro multiplicamos o resultado por 100 Quantidade de Ca por 100 mL de soro 0 13026 mg 100 13 026 mg Portanto a amostra analisada contem aproximadamente 1303 mg de calcio por 100 mL de soro 11 Questao 11 Finalidade A principal finalidade do uso de agentes de complexacao auxiliares e Prevenir a precipitacao de ıons metalicos que podem interferir na analise Aumentar a estabilidade do complexo analıtico facilitando a deteccao e quantificacao do analito Melhorar a seletividade da analise permitindo a diferenciacao entre ıons metalicos semelhantes Exemplo Tıpico Um exemplo tıpico e o uso de amˆonia NH3 como agente de complexacao auxiliar na titulacao de ıons de cobre Cu2 com EDTA A amˆonia forma um complexo estavel com o cobre evitando a precipitacao deste como hidroxido em solucoes de pH moderadamente alto Esse complexo por sua vez pode reagir com o EDTA permitindo a determinacao precisa da concentracao de cobre na amostra Essa abordagem e especialmente util em aguas naturais e solucoes onde a presenca de multiplos ıons metalicos pode complicar a analiseub 12 Questao 12 O Negro de Eriocromo T e um indicador usado em titulacoes complexometricas particularmente naquelas que envolvem cations metalicos e o agente quelante EDTA A mudanca de cor de vermelho para azul no ponto de equivalˆencia em 8 vez de ocorrer gradualmente ao longo da titulacao pode ser explicada pelas car acterısticas unicas dos complexos formados e pelo comportamento do indicador Quando o Negro de Eriocromo T esta em uma solucao onde o cation metalico como Ca2 ou Mg2 esta presente ele forma um complexo vermelho com o metal A medida que a titulacao com EDTA progride o EDTA progressiva mente sequestra os cations metalicos da solucao formando complexos estaveis e incolores com eles O indicador permanece livre na solucao A mudanca de cor subita no ponto de equivalˆencia ocorre porque o EDTA tem uma afinidade muito maior pelos cations metalicos do que o indicador Assim ate que praticamente todo o metal tenha sido sequestrado pelo EDTA o indicador permanece na sua forma complexada com o metal e exibe a cor vermelha No ponto de equivalˆencia uma vez que todos os cations metalicos foram quelados pelo EDTA o indicador e liberado na solucao em sua forma livre que tem a cor azul Essa transicao de cor subita e bem definida no ponto de equivalˆencia facilita a determinacao exata do fim da titulacao mesmo que a mudanca de cor nao ocorra gradualmente durante a titulacao 13 Questao 13 14 Questao 17 15 Questao 18 Primeiro calculamos os moles de Na2S2O3 que foram usados na titulacao Mols de Na2S2O3 0 08470mol L 0 02640L 0 00223768 mol Em seguida encontramos os moles de I2 que reagiram sabendo que 1 mol de I2 reage com 2 mols de Na2S2O3 Mols de I2 1 2 Mols de Na2S2O3 1 2 0 00223768 mol 0 00111884 mol Usamos a estequiometria da primeira reacao para encontrar os moles de Cu2 que reagiram Mols de Cu2 2 Mols de I2 2 0 00111884 mol 0 00223768 mol Agora convertemos os moles de Cu2 para massa de cobre usando a massa molar do cobre 63546 gmol Massa de cobre Mols de Cu2Massa molar de Cu 0 00223768 mol63 546 g mol 0 14209393968 g Finalmente calculamos a porcentagem de cobre no latao de cobre Massa de cobre Massa de latao 100 0 14209393968 g 0 220 g 100 64 5881544 9 16 Questão 19 Primeiro calculamos os mols de Fe2 em excesso Mols de Fe2excesso 008360 molL 1493 103 L 0001248648 mol Calculamos os mols iniciais de Fe2 Mols de Fe2inicial 008930 molL 5000 103 L 0004465 mol Os mols de Fe2 que reagiram com ClO3 Mols de Fe2reagido 0004465 mol 0001248648 mol 0003216352 mol A estequiometria da reação nos diz que 6 mols de Fe2 reagem com 1 mol de ClO3 então Mols de ClO3 0003216352 mol6 0000536059 mol Calculamos a massa molar de KClO3 Massa molar de KClO3 39 10 gmol35 45 gmol316 00 gmol 122 55 gmol Calculamos a massa de KClO3 que reagiu Massa de KClO3 0000536059 mol 122 55 gmol 0065741735 g Finalmente calculamos a porcentagem de KClO3 na amostra Porcentagem de KClO3 leftfrac0065741735 g01279 g right 100 51 37 19 Segunda questao 12 1 Calcule a quantidade em mols de KMnO4 usado na titulacao Usamos a concentracao e o volume de KMnO4 para fazer isso nKMnO4 CKMnO4VKMnO4 0 00865 molL14 10 mL 0 000122 mol 2 Como a reacao entre MnO4 e C2O42 e2 5 aquantidadedeC2O42 e52vezesaquantidadedeMnO4 nC2O42 5 2 nKMnO4 5 2 0 000122 mol 0 000305 mol 3 Como a reacao entre Ca2 e C2O42e1 1 aquantidadedeCa2eigualaquantidadedeC2O42 nCa2 nC2O42 0 000305 mol 4 Converta a quantidade de Ca2 em mols em massa em mg usando a massa molar do Ca2 4008 gmol mCa2 nCa2 MCa2 0 000305 mol 40 08 gmol 0 0122 g 12 2 mg 5 Finalmente calcule a porcentagem de Ca2 no calcario dividindo a massa de Ca2 pela massa total do calcario e multiplicando por 100 Ca2 mCa2 mtotal 100 12 2 mg 40 00 mg 100 30 5 11