Santiago de Compostela - Espanha, 20 a 27 de setembro de 1999

* Você tem 5 horas para fazer as duas experiências, incluindo o tempo necessário para escrever os resultados na folha de respostas.

Neste exercício prático você tratará de determinar a concentração de carbonato de sódio e bicarbonato de sódio (carbonato ácido de sódio ou, ainda, hidrogeno-carbonato de sódio) em uma solução que lhe será fornecida no laboratório. Para isto, usará um procedimento volumétrico, titulando a solução problema fornecida com ácido clorídrico de concentração exatamente conhecida.

O íon carbonato é uma base dibásica que pode ser determinado facilmente com um ácido forte. A titulação pode ser feita até hidrogeno-carbonato (bicarbonato) usando como indicador a fenolftaleína ou até ácido carbônico usando como indicador o alaranjado de metila. O ponto final mais adequado é obtido quando se faz a titulação até ácido carbônico, já que a precisão da análise é maior.

No quadro seguinte são indicados os intervalos de viragem de alguns indicadores com suas respectivas cores:

Por outro lado, o cloreto de hidrogênio é uma espécie química gasosa que no laboratório se manipula em solução aquosa. Portanto, as concentrações das soluções obtidas por diluição do produto comercial serão simplesmente aproximadas e será necessário titular previamente esta solução de ácido clorídrico com um padrão tipo primário (PTP), por exemplo carbonato de sódio puro, com a finalidade de conhecer sua concentração exata, antes de proceder à titulação da amostra problema.

O trabalho experimental começa a partir deste momento e será levado a cabo em duas etapas:

Etapa A - Titulação do HCl com um padrão tipo primário (carbonato de sódio puro) com a finalidade de determinar sua concentração exata.

Etapa B - Determinação da quantidade de carbonato de sódio e bicarbonato de sódio, em uma amostra problema por titulação com o ácido clorídrico cuja concentração exata foi calculada na etapa A.

MATERIAIS

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

A.1. - Preparar 250,0 mL de uma solução de ácido clorídrico aproximadamente 0,1M (mol/L) a partir do reagente concentrado.

A.2. - Preparar 100,0 mL de uma solução de carbonato de sódio (padrão tipo primário) de concentração precisamente conhecida e adequada para titular com ela o ácido clorídrico, tendo em conta que se a titulação fosse realizada em presença de fenolftaleína, deveríamos utilizar volumes aproximadamente iguais de ambos os reagentes.

A.3.- Pipetar uma alíquota adequada da solução padrão de carbonato de sódio e transferi-la a um erlenmeyer de 250 mL. Adicionar aproximadamente 100 mL de água destilada e algumas gotas de indicador alaranjado de metila. Titular com a solução de ácido clorídrico contido na bureta, agitando constantemente o erlenmeyer, até que a solução troque de cor. Repetir esta operação outras 2 vezes, e anotar o volume de solução de ácido clorídrico gasto em cada uma das titulações.

B) Titulação da mistura problema

Pipetar uma alíquota de 10.0 mL da solução problema e transferi-los para um erlenmeyer de 250 mL, adicionar aproximadamente 100 mL de água destilada e algumas gotas do indicador fenolftaleína. Titular com a solução de ácido clorídrico, agitando continuamente a solução, até que se produza uma troca de color. Anotar o volume de ácido clorídrico gasto. Continuando, adicionar à solução do erlenmeyer, algumas gotas de alararanjado de metila, e continuar a titulação até a primeira mudança perceptível de cor. Anotar o volume de ácido clorídrico gasto.

                                          pK₁(H₂CO₃)    =   6,4 ;       pK₂(H₂CO₃)    =  10,3 .

A.1.1 - Escreva a equação global, balanceada, da reação que ocorre na etapa A.3.

A.1.2- Cálculos realizados para a preparação de 250.0 mL de solução de ácido clorídrico aproximadamente 0,1M (mol/L).

Anotar o volume do ácido clorídrico 37% utilizado para preparar 250,0 mL da solução 0,1M (mol/L)

A.2.1.- Cálculos realizados para determinar a massa teórica de carbonato de sódio (padrão tipo primário) para preparar 100.0 mL da solução padrão.

Anotar a massa teórica calculada de carbonato de sódio (padrão tipo primário) para preparar 100 mL de solução apropriada para titular o ácido clorídrico do item A.1

A.2.2.- Massa do carbonato de sódio (padrão tipo primário), medida (pesada) experimentalmente, para preparar a solução do item A.2

A.2.3.- Cálculos realizados para determinar a concentração da solução padrão tipo primária.

Anotar a concentração exata da solução (padrão tipo primário) do item A.2

A.3.1.- Volume da alíquota retirada da solução (padrão primário) para realizar a titulação

A.3.2.- Em que forma se encontra o indicador no começo da titulação?

            [    ] Ácida                 [    ]  Básica

A.3.3.- Volume de HCl gasto em cada titulação:

Titulação 1)

Titulação 2)

Titulação 3)

Volume de HCl que será utilizado nos cálculos.

A.3.4.- Indicar os cálculos realizados para obter a concentração exata da solução de ácido clorídrico.

Concentração exata da solução de ácido clorídrico

B.1.- Em que forma se encontra o indicador fenolftaleína no começo da titulação

                                 [    ]Ácida            [    ]  Básica

B.2.- Em que forma se encontra o indicador fenolftaleína depois do primeiro ponto de equivalência:

B.3 - Volume de ácido gasto em cada uma das titulações com fenolftaleína:

1)

2)

3)

B.4.- Em qual forma se encontra o alaranjado de metila quando ele é adicionado à solução?

                   [    ]Ácida                            [    ] Básica

B.5.- Qual é a forma do indicador alaranjado de metila depois do segundo ponto de equivalência?

                  [    ]Ácida                       [    ]Básica

B.6.- Volume de ácido gasto em cada uma das titulações com alaranjado de metila.

1)

2)

3)

B.7.- Indicar a(s) reação(ões) que ocorre(m) durante a titulação com a fenolftaleína:

B.8.- Indicar a reação(es) que ocorre(m) durante a titulação com alaranjado de metila.

B.9.- Volume de ácido clorídrico que será utilizado para calcular a concentração de carbonato de sódio

B.10.- Volume de ácido clorídrico que será utilizado para calcular a concentração de bicarbonato de sódio

B.11.- Calcular a concentração molar de carbonato de sódio na amostra problema.

B.12 - Calcular a concentração molar de bicarbonato de sódio na amostra problema.

B.13 - Concentraçao molar de carbonato de sódio

B.14 - Concentração molar de bicarbonato de sódio

B.15 - Se o carbonato de sódio da solução-problema estivesse impurificado com hidróxido de sódio, em lugar de bicarbonato, os volumes de ácido gastos com fenolftaleína e com alaranjado de metila seriam diferentes?

O volume gasto com fenolftaleína seria maior

B.16 - Que reações ocorreriam com o indicador fenolftaleína ao titular a mistura de carbonato de sódio e hidróxido de sódio?

B.17 - Que reações ocorreriam com o indicador alaranjado de metila ao titular mistura de carbonato de sódio e hidróxido de sódio?

B.18 - Na tabela do exame experimental são indicados os intervalos de viragem de diversos indicadores, assim como suas cores nas formas ácida e básica. Poderíamos utilizar alguns destes indicadores para realizar estás titulações?

Indicador(es) possível(eis) para substituir a fenolftaleína

Indicador(es) possível(eis) para substituir o alaranjado de metila

B.19 - Dentre as curvas de titulação, apresentadas na folha seguinte, qual representaria melhor a reação de titulação que estamos fazendo com a solução problema?

                   [    ] A        [   ]  B           [   ] C                   [    ] D

PRÁTICA 2: PREPARAÇAO DO ACETATO DE ETILA

A prática consiste na preparação do acetato de etila a partir do ácido acético e etanol, mediante uma reação de especificação.

O acetato de etila sintetizado será posteriormente destilado e purificado para permitir o cálculo do rendimento da reação.

Materiais

SÍNTESE DO ACETATO DE ETILA

Em um balão de fundo redondo de 50mL, contendo o agitador magnético, coloque 12mL de ácido acético glacial e 15 mL de etanol absoluto. Colocar cuidadosamente 2 mL de ácido sulfúrico concentrado. Em sua bancada de laboratório você dispõe de quantidades exatas de cada reagente em frascos adequadamente etiquetados.

Montar o sistema de refluxo conforme o desenho apresentado. Prenda o balão de forma segura e conecte a entrada de água na torneira dágua para refrigeração e ligue a saída do destilador ao local de escoamento dágua. Ligue o agitador magnético e aqueça o banho de silicone (ou de óleo ou de azeite) regulando o botão da placa aquecedora na temperatura indicada no aparelho.

Desça o sistema montado até que o conteúdo do balão de destilação esteja completamente submerso no banho de silicone (de azeite ou de óleo). Aqueça a mistura em refluxo por 30 minutos.

DESTILAÇAO DO ACETATO DE ETILA

Suspenda o balão de reação do banho de silicone (ou azeite ou óleo) e espere 5 minutos para que seu conteúdo resfrie.

Coloque o balão de destilação no banho de silicone (ou de azeite ou de óleo) e recolha a fração de líquido que destila entre 70-80 ^oC

Não esqueça de desligar a torneira de água que esta ligada ao destilador.

PURIFICAÇAO DO ACETATO DE ETILA

Passe o líquido destilado a um funil de decantação e lave com 10 mL de solução aquosa de Na₂CO₃ 10% e repita a lavagem por mais 2 (duas) vezes. (densidade do acetato de etila = 0,902 g/cm³).

Pese o frasco com acetato de etila. Calcule a massa de substância que você obteve.

Entregue o frasco etiquetado com a substância ao professor responsável para determinação da pureza por RMN-1H.

Para preparar 100 ml de uma solução tampão de pH 4,00 se dispõe, unicamente, de uma solução de ácido acético 0,50mol/L ( K_a= 1,75.10^-5 ) e de hidróxido de sódio sólido.

1 - Explicar, por meio das reações químicas correspondentes, como se pode preparar esta solução tampão.

2 - Calcular a massa, em gramas, de NaOH necessária para preparar a solução tampão (supor que a adição de hidróxido de sódio sólido à solução de ácido acético não produz variação de volume).

3 - Calcular as concentrações de ácido acético e de acetato de sódio na solução tampão.

4.1 - Se adicionar 5,0 ml de uma solução de ácido clorídrico 1,0x10^-2 mol/L a 20,0 ml da solução tampão preparada, qual será a variação de pH que ocorre? Escreva a equação química correspondente.

4.2 - Calcular a variação de pH que ocorre quando adicionamos 5,0 ml de ácido clorídrico 1,0x10^-2 mol/L a 20,0 ml da solução de ácido acético inicial. Escreva a equação química correspondente.

5.1 - Se a outra porção de 20,0 ml da solução tampão adicionar 5,0 ml de uma solução de hidróxido de sódio 1,0x10^-2 mol/L qual será a variação de pH que ocorre Escreva a equação química correspondente.

5.2 - Calcular a variação de pH que se produz quando adicionamos 5,0 ml de hidróxido de sódio 1,0x10^-2 mol/L a 20 ml da solução de ácido acético inicial. Escreva a equação química correspondente.

6 - Marque a qualidade da capacidade tampão da solução preparada.

Massas molares : Na: 22,99 g mol^-1 O: 16,00 g mol^-1 H:1,01 g mol^-1

IVa) Identificar, se a espécie BrO- é termodinamicamente estável com relação a dismutação das espécies BrO3- e Br-_. Justifique sua resposta escrevendo as equações redox e calculando os potenciais.

IVb) Indicar qual valor terá o E^o Br2/Br- no meio ácido.

IVc) Determinar o potencial de redução do íon bromato a brometo.

   A síntese dos compostos E e F a partir do 2-butino, requer os seguintes reagentes:

H₂; Na; OsO₄; acetona; ácido m-cloroperbenzóico; NH₃ (liq.); H₃O+ ; catalisador de Lindlar (Pd/BaSO₄ ou Pd envenenado); ácido não aquoso.

Coloque os reagentes adequados nos quadros acima das setas e indique estrutura e nome dos compostos desconhecidos especificando, quando for o caso, a estereoquímica.

Os compostos E e F são estereoisômeros do 2,2,4,5-tetrametil-1,3-dioxolano. E é um único composto e não é opticamente ativo, enquanto que F é uma mistura racêmica.

A obtenção de D a partir de A e de C a partir de B, ocorre através de uma seqüência de 2 etapas individuais. Indique, separadamente, os reagentes envolvidos em cada uma das etapas.

Em todos os casos em que for possível obter mais de um estereoisômero, nomeie-os todos, indicando a estereoquímica e desenhe suas estruturas.

Alguns reagentes podem ser utilizados mais de uma vez.

Alguns reagentes podem ser usados de forma associada em uma mesma reação.

         Um composto químico, utilizado habitualmente como anestésico, é absorvido pelo corpo humano, a uma velocidade proporcional à sua concentração na corrente sangüínea. Supondo que um paciente necessita de uma dose de 10,0 mg de anestésico por kg de peso, para manter a anestesia a um nível mínimo durante uma intervenção cirúrgica.

Calcule a quantidade, em mg, que se deverá administrar a um paciente de 50,0 kg para mante-lo corretamente anestesiado durante uma operação que irá durar 2,5 horas. Assuma que o anestésico se introduz na corrente sangüínea do paciente numa única injeção, e que à temperatura de 36ºC este desaparece à velocidade de 0,20% por minuto.

Se a energia de ativação do processo de absorção do anestésico é de 64,5 kJ/mol, calcule qual seria a dose a administrar, ao mesmo paciente, se a sua temperatura corporal fossem 40ºC.

           Introduzem-se 4,40 g de CO₂ em um recipiente de 1,00 L que contêm carbono sólido em excesso, a 1000 K, de modo que se alcance o equilíbrio CO_2(g) + C_(s) = 2CO_(g). A constante de equilíbrio, K_P, para esta reação, a 1000 K, é 1,90. Considere o comportamento de gás ideal.

(a) Calcular a pressão total (em bars) no equilíbrio.

(b) Se, uma vez estabelecido o equilíbrio, for introduzida uma quantidade adicional de He_(g) até duplicar a pressão total, qual é a quantidade de sustância de CO no equilíbrio, nestas novas condições?

(c) Se, uma vez alcançado o equilíbrio no item a) se duplica o volume do recipiente, introduzindo He_(g) para manter a pressão total, que quantidade de sustância (moles) de CO haverá no equilíbrio, nas novas condições?

(d) Se a quantidade inicial de C_(s) no recipiente for 1,20g, que quantidade de sustância (moles) de CO₂ deveríamos introduzir de modo a que no equilíbrio só restem traços (vestígios) de carbono (10^-5 g).

(e) Se ao aumentar a temperatura em 10ºC a constante de equilíbrio duplica, qual será o valor do D Hº para a reação, supondo que o valor desta grandeza se mantém constante no intervalo de temperaturas considerado?

(f) A 1000 K, a pressão de CO₂ em equilíbrio com CaCO_3(s) e CaO_(s) é igual a 3,90 kPa. Misturam-se C, CaO e CaCO₃ e deixa-se que alcancem o equilíbrio a esta mesma temperatura em um recipiente fechado e inicialmente vazio. Qual é a pressão de CO (em bars) no equilíbrio?

Dados: R = 8,314 J K^-1 mol^-1. R = 0,08206 atm L K^-1 mol^-1.

Massas molares: C = 12,01 g mol^-1, O = 16,00 g mol^-1.